Аэрогибрид

Прототип аэрогибрида-турбовинтового СВВП (вертолётоплан)

Аэрогибрид — летательный аппарат, сочетающий в себе самолётную и дополнительную, обеспечивающую вертикальный взлёт, схему. В отличие от конвертоплана, использует фиксированную силовую установку, т.е. отсутствует поворотная механика двигателя вместе с воздушным винтом или отдельно воздушных винтов. При этом один режим силовой установки (вертолётный или квадрокоптерный) используется для взлёта, посадки и зависания, а другой (самолётный) - для горизонтального полёта (тянущий, либо толкающий режим), поэтому аэрогибрид фактически является винтовым самолётом вертикального взлёта и посадки (СВВП). При горизонтальном полёте, в отличие от автожира, дополнительная подъёмная сила обеспечивается крылом самолётного типа (например гибрид квадрокоптера и планера - "квадплэйн").

Широкое распространение в авиамоделизме беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) данные схемы получили в виду своей простоты, когда для заказа подобного решения в Китае на AliExpress или сборки из готовых китайских комплектующих не требуется каких-либо особых знаний. Но при этом под данные модели пока не существует стабильно работающего универсального автопилота, способного надёжно обрабатывать все ситуации возникающие во время пилотирования, что сказывается на их общей надёжности.

На сегодняшний день существуют разные решения аэрогибридов: от квадплейнов до экзотических аппаратов, почти всегда работающих в косом потоке, и вертолётопланов. В целом данные летательные аппараты имеют право на существование и пригодны для выполнения определённых задач в своём классе, но в виду непроработанности на данный момент различных технологических вопросов существенно уступают конвертопланам с поворотной механикой.

БПЛА типа квадплейн - одно из компромиссных решений аэрогибридов, популярное у авиамоделистов из-за простоты реализации, т.к. схема квадплейн поддерживается серийными opensource автопилотами. При этом схема вертолетной части представляет из себя квадрокоптер, с управлением по крену и тангажу разнотягом силовых установок. А в самолётном режиме запускается тяговый двигатель (подъёмные двигатели останавливаются) и аппарат летит как самолёт.

Основная проблема квадплейна в том, что в горизонтальном режиме полёта приходится нести на борту отключённые мультироторы, которые снижают аэродинамическое качество, а при переходе из горизонтального полёта обратно в вертолётный режим происходит потеря устойчивости и управляемости. Вторая проблема - плохое масштабирование схемы до относительно бо́льших размеров, т.к. дальше возникают ограничения управляемости. Также одной из проблем данной схемы является невозможность быстрого парирования результирующего вектора тяги в связи с инертностью больших роторов – это вынуждает увеличивать мощность силовой установки и контроллеров, что уменьшает долю полезной нагрузки летательного аппарата и снижает итоговые ЛТХ.

Слабые стороны присущие всем схемам БПЛА типа аэрогибрид:

• Усложнение конструкции летательного аппарата, по сравнению с самолётной и вертолётной схемами;
• Ухудшение обтекания аэродинамических поверхностей индуктивным вихрем, отбрасываемым несущими винтами;
• Увеличение удельного веса собственной массы конструкции БПЛА к взлётной массе;
• Возникновение проблем с устойчивостью и управляемостью, ввиду сложного обтекания, работы несущих винтов в косом потоке, особенно на переходных режимах;
• Малая надежность применяемых для БПЛА систем автоматизированного управления (БПЛА САУ);
• Снижение энергоэффективности схемы (в 2 раза ниже самолетной схемы).

Наиболее перспективной для внедрения не только в качестве БПЛА, но и в гражданской и военной авиации, на данный момент является аэродинамическая схема типа вертолётоплан, но сроки реализации данной схемы неясны из-за своей сложности.

Вертолётоплан - аэрогибрид вертотёта и самолёта, в котором для вертикального взлёта и посадки используется силовая установка, очень похожая на применяемые в самолётах вертикального взлёта, но в то же время отличающаяся тем, что забор воздуха осуществляется турбиной с продольно расположенными лопастями (вертолётными в каком-то смысле), которые в полёте могут полностью складываться в силовой установке, уменьшая аэродинамическое сопротивление.

Достоинства вертолётоплана по сравнению с квадплейном, автожиром и вертолётом:

• Наличие крыла позволяет при необходимости приземлиться "по-самолётному";
• Возможность полностью быстро остановиться в горизонтальном полёте по сравнению с автожиром;
• Возможность катапультирования пилота "по-самолётному", без отстрела лопастей как у вертолёта и автожира;
• Предполагается существенное повышение надёжности пилотируемого аппарата за счёт применения в двух силовых установках по одному двигателю, в отличие от квадплейна, в котором для вертикального взлёта и посадки необходимы минимум три двигателя;
• Меньшая шумность по сравнению с вертолётом и автожиром