Curiouser and curiouser

Он раньше один летал. А это совсем другое измерение. Уникум. Недостижимая вершина.

Это как Wim Hof, который пока был один, европейцы его с интересом изучали, как инопланетянина. А когда появился ученик, то массы постепенно осознали, что волевая терморегуляция возможна, это не просто уродство или что там ещё.

From:

Их популяция стабильна где-то с 60-х, после того, как военные в полезности разуверились...

Так и летают 1-3 человека в мире... кто-то уходит, кто-то перенимает эстафету.

Примерно как с "летающим авто" :)
Идея тянет, а как ни начнут делать - всё как-то... ну... не то выходит. Не то, что всем мечталось.

From:

Думаю, что тут важно поддерживать популяцию :)

Пока кому-то интересно летать 8 минут на одной заправке (и ради этого стартовать с летающей платформы) - пускай, очень здорово. К моменту, когда подоспеют более ёмкие+безопасные носители энергии, уже будет хорошо облётано крыло, хорошо изучены техники выхода из нестабильных состояний, и т.д. В противном случае нужно будет в каждом поколении стартовать с нуля (как с высадкой на Луну), а это же на порядки дороже.

From:

Ну да, разнообразие видов - залог устойчивости экосистемы.

Меня уж два года другая "идея тревожит"(с).
Мультикоптеры - видел? Просто, дёшево, очень сердито. Твердотельные гироскопы, чуток электроники + высокоприёмистые электродвижки - и всё, имеем легко управляемую, очень дешёвую, дико маневренную летающую платформу без вот этих всех ваших аппаратов перекоса, управления шагом, хвостового винта и т.п.. Ведь дико круто же по сравнению с "настоящим" вертолётом в плане простоты (и надёжности).

И вот человека на таком... а не поднять толком. Потому что электродвижки тяжёлые, батарейки ещё тяжелее, и как ни крути, получается игрушка, без вариантов. Так, до сотни килограммов до десятка минут туда-суда потаскать, не более.

Так вот, мысль проста: ДВС жёстко работающий на большой винт постоянного шага. Плюс подруливающие 4 электродвижка по периметру, ведомые стандартной мультикоптерной электроникой. Все движки закреплены жёстко, 4 электродвигла - чуть под углом, чтоб компенсировать вращающий момент большого винта.
Электродвижки вынесены на периферию - за зону, ометаемую большим винтом, поэтому момент силы они создают большой (рычаг же). Отсюда потребность в мощности на них - 3-10% от мощности на главном несущем винте, не более (и 10% - то в пИке). Электропередача на такие мощности - простым и обычным стартер-генератором (как на любом авиамоторе), можно небольшой литий-полимер как буфер (типа, гибрид :)), чтобы развязать общую мощность на рулевых винтах и мощность главного винта.

Получаем "нормальный", "полноразмерный" вертолёт с ДВС, НО - НИКАКИХ дорогущих автоматов перекоса, никакой системы управления, никакой аццкой техники пилотирования и аццкой же аэродинамики "классического вертолёта", никакой безумно дорогой авиагидравлики и т.п., т.д., т.п., т.д.
Дёшево и просто, как мультикоптер (коим он и является). Но - в стокиловаттном диапазоне - пару человек утащить с грузом можно. Взлёт с места, все дела, маневренность даже выше, устойчивость - выше, пилотировать может даже ребёнок, что доказано мультикоптерами ("может" != "можно давать", конечно :)). Большой моделью вертолёта просто так не поуправляешь, а мультикоптером любых размеров - да запросто...

И можно даже без пилота. Такая машина - мультикоптер на стероидах - может очень и очень многое - грузоподъёмность + запас топлива + управляемость и отработанность автопилотов/накопленный в софте опыт.
Вплоть до "Авиатакси" в духе роботов "Амазона": жмакаешь кнопку на телефоне, прилетает кресло.

From:

Главная причина, по которой "меня мучает эта луна" - это то, что теорема существования такой штуки доказана. Мультикоптеры не просто летают, они летают очень успешно и очень массово. Технические риски - нулевые, всё необходимое уже есть. С избытком.
А выгоды и применения - очевидны.

From:

Мне кажется, у тебя предпосылка неверна.

Электрический мультикоптер, поднимающий человека, существует (см. volocopter). Его пока не удалось правильно зарегистрировать, чтобы легально использовать как транспортное средство.

From:

Для чёткости, новизну: новизна в сочетании "большой винт на ДВС + малые винты на электромоторах".
Просто отмасштабировать мультикоптер нельзя: момент инерции больших винтов не даст системе управления реагировать на возмущения достаточно быстро. Малые винты для мультикоптеров достаточно принципиальны (поэтому для поднятия человека пытаются городить уродские конструкции с десятками моторов и винтов).
На ДВС мультикоптер (пока?) невозможен - тяговые характеристики ДВС очень нелинейны, ДВС не просто очень инерционен, у него ещё и разный отклик на разных оборотах, зависящий от усилия на винте и кучи дополнительных условий. У электромоторов момент силы на валу - чистая линия, не зависящая от оборотов, полная предсказуемость + мгновенный отклик (сотни мкс!).

Поэтому управление в "мультикоптерной" схеме сейчас аксиоматично обязано быть на электромоторах с мелкими винтами. Но вот основную тягу может и должен обеспечить ДВС.

From:

Ой... Он существует (и не только этот volocopter, несть им числа). Но он - говно, как и все им подобные.
Игрушки. Тут поможет только радикальный переворот в аккумах.
Всё просто: электродвигатели в 2-5 раз тяжелее ДВС на ту же мощность, а бензин имеет энергоёмкость в 30-300 раз бОльшую, чем самые лучшие аккумы из лабораторий. Десятичные порядки разницы.

Пока это не изменилось, нет смысла сравнивать несравнимое. Пока не изменится основа, электролёты так и останутся игрушкой.

И для вертолёта тут всё много хуже, чем для самолёта: самолёт отталкивает воздух вниз (для борьбы с g), перемещаясь сам (что и есть цель, как правило). Вертолёт отталкивает воздух вниз просто так. Чтоб просто стоЯть на месте, а за перемещение платим дополнительно. Поэтому недостаток энергетики выпячивается на них очень резко. Без массоэффективных аккумов ничего путного не выйдет. Сейчас это только сжигаемое топливо (преимущество - десятки и сотни раз... сотни, Карл!).

From:

А не разумнее ли тогда иметь всего один ДВС, разветвитель потока и много маленьких коммутаторов вектора тяги, управляемых электрически? Зафиксировать обороты и всю лишнюю тягу коммутировать в глушитель.

From:

Нет, на глаз - не разумнее. "Разветвители" и "коммутаторы" потока
- сколько-то весят;
- имеют свои побочные эффекты. Аэродинамика - это хрень. Сложная аэродинамика - это сложная хрень. Чем меньше сложной хрени в аппарате, тем легче жить ему и системе управления, тем он дешевле, тем на нём легче летать и т.п.

Аргумент конкретный.
На изменение больших потоков воздуха требуются большие "коммутаторы". Большие потоки (огромные площади воздуховодов) воздуха - обязательное условие эффективного устройства. Тебе нужно обеспечить некий импульс, и ты можешь делать это увеличивая массу толкаемого воздуха (площадь ометания и размеры винта, площадь воздуховодов) или скорость. Выгоднее - массу, потому что мощность двигла зависит от неё линейно, а от скорости - как квадрат. Размеры коммутатора пропорциональны массам коммутируемого воздуха, так что либо делаешь большие и тяжёлые коммутаторы, либо делаешь их поменьше, увеличивая скорости потока через них и мирясь с увеличением мощности двигла на тот же самый результат.

Аргумент абстрактный.
В любом случае, "коммутаторы" - это дополнительный к винту дивайс, в любом случае он далёк от идеального (идеальный дивайс - это такой, который полностью выполняет свою функцию, при этом не существуя :)). Идеальный дивайс в данном случае - это винт, который меняет потоки без внесения каких-либо устройств вообще. :) Дополнительные винты с управляемыми оборотами достаточно близки к идеальному дивайсу.

Аргумент исторический.
Почти все мыслимые игры с аэродинамикой и ДВС в аппаратах вертикального взлёта были за этот век переиграны. Нужно быть очень самоуверенным (или... странным :)), начиная игры на поле на котором играла масса ОЧЕНЬ умных и сведущих людей, столетие занимавшиеся вопросом на госденьги. С другой стороны, если у тебя есть некий новый фактор, некая волшебная палочка, которой у этих людей не было и которая точно даёт результат очень... странно ей не воспользоваться.
Не, возможно, в болотах есть путь. Возможно, он даже короче. Но при выборе "прямая, освещённая мощенная дорога с указателями, отмеченная на картах" и "в болото" выбирать болото - ну... неправильно, скажем так.
И я не уверен даже, что интересно: вони и жижи много с гарантией, а результат и удовольствие от прогулки маловероятны.

Как-то так. :)

From:

И кстати, насчёт регистрации электролётов... :)
Аварийный запас топлива на том же Ми-8 - 30 минут (при полной штатной нагрузке). Этот запас топлива не может учитываться при планировании полёта (ну, то есть, лётчик просто не полетит, если дальность требует выбирать этот запас).
Я не знаю, какие требования у EASA к аварийному запасу, но чую, что где-то там около того.
Учитывая тенденцию вертолётов без топлива падать, причём, падать не очень управляемо и прям-таки вниз, это кажется более чем разумным. Тем паче, что волокоптер даже авторотация не спасёт, "жёсткая посадка" для него означает "пилот погиб" (для Робинсонов это не так).

А теперь смотрим, что указано в РЕКЛАМЕ этого волокоптера насчёт времени полёта - "ДО часа" (ессно, висения на месте с минимальной нагрузкой :)) и прикидываем, сколько может длиться на этой штуке реальный полёт с полной нагрузкой. Минут 10-15? 20?
Делаем простые выводы.

From:

Тогда уж на соосные винты постоянного шага.
Вокруг которых построен обычный квадрокоптер.

Нужен редуктор, но редуктор тут в любом случае крайне полезен.
На рулевые движки электропривод. Вроде как, 80% эффективности современные генератор+мотор дадут?

Для механофриков можно два соосных винта и сзади два винта изменяемого шага с мехприводом. Благо, хвостовые винты вертолётов выпускаются серийно и механика там простая.

Один вопрос возникает: почему никто ещё не сделал?
По отдельности все компоненты есть. Даже концептуально подобное уже делали.

From:

Соосная схема - лишняя механика, чего хотелось бы всеми силами избежать.
Без редуктора - увы - не обойтись. (При диаметре НВ 4м оптимальные обороты даже двулопастного НВ уже слишком малы даже для дизеля. Прямо на вал посадить не выйдет, хотя, конечно, было бы заманчиво.)

На рулевые движки - именно электропривод. Их малая (относительно главного НВ) мощность даёт возможность несколько пофигистично смотреть на потери электропередачи и массу генератора. Пока масса генератора не слишком далека от обычного стартер-генератора для данного ДВС, можно считать, что электроэнергия на борту халявная, и половина массы электропередачи списана.

Винты изменяемого шага - это для механофриков. :)
Не наш путь. Наш путь - перенос проблемы из реального мира в софт. С софтом работать проще.
Я просто не вижу, что тут может дать такого ценного переменный шаг, из-за чего имело б смысл мириться с дороговизной и усложнением. КПД на малых оборотах? Но вся идея устройства в том, что мощь на НВ примерно постоянна, а с небольшими отклонениями и потерями КПД можно (и НУЖНО!) мириться.
Выжимание десятка процентов КПД (где с традиционными вертолётами особо не поспорить) коцает другие принципиальные характеристики, где и сидит преимущество схемы: простота, дешевизна, лёгкость управления, надёжность.
Тем более, что десяток процентов можно легко потерять/приобрести при изменении параметров винта, покупке более толковых лопастей, выборе ДВС и его режима и т.п.

___

Через два года диванного исследования вопроса я имею твёрдое убеждение, что это не сделали потому, что ещё не сделали. Просто некоторые вещи люди делают не сразу. И как видишь, я её не сделал тоже, а продолжаю удобно сидеть на диване. Он мягкий. :)

From:

Дык, я про то и речь веду, что механика тут не очень лишняя. Потому что редуктор будет в любом случае. А одна зубчатая пара или четыре это уже не так критично. Хотя, если рассматривать с идеологической точки зрения...
Опять же, когда у нас главная часть подъёмной силы создаётся винтом, момент от него будет весьма ощутимый. Соответственно, для компенсации надо потратить существенную часть мощности управляющих движков, которые мы стремимся сделать меньше и компактнее, как раз вводом большого "неуправляемого" жужжала. Я бы даже для управления по курсу поставил в потоке несущего винта рули. Потому как классический квадрокоптер по курсу управляется вяло, а при "разгруженной" схеме перестанет управляться вовсе.

Масса генератора будет существенной, потому как по моим скромным прикидкам, на управляющую систему так или иначе придётся передавать 20-30% мощности. В зависимости от потребной подвижности-управляемости аппарата.
Если заложиться на движок в 100 кВт, надо иметь 30 кВт генератор. Это где-то 200 кг в классическом исполнении. Не вот, чтобы невесомый.

Переменный шаг может дать отвязку от электро-генераторов-моторов, что парадоксальным образом хорошо. В том смысле, что мехтрансмиссия у нас очень отработанная технология, она работает. ВИШ может как тянуть, так и толкать. Если перенести управление по курсу в поток основного ротора, можно ограничиться только двумя управляющими роторами. При этом, работает всё это всё равно под руководством электронного мозга (у меня один такой недавно собака погрызла), т.е. все преимущества fly-by-wire сохраняются. И на стабильном режиме можно, как бы, мощность на управление вообще не тратить. Управляющие винты в нейтраль и висим. Кроме того, терзают меня смутные сомнения на счёт достаточности скорости отклика больших винтов. А ВИШ откликается "сразу". И так как мы всё равно сейчас разминаем извилины, а не строим реальный аппарат, согласись, что такая фигня должна заработать.

О десятках процентов в случае мультикоптеров речи не идёт, на сколько я знаю. Если взять калькулятор мультикоптрера, вроде ecalc, становится видно, что соптимизировать его можно на один единственный режим, обычно это висение. А все отклонения (изменение массы аппарата, горизонтальный полёт, маневрирование, и.т.д) уже достаточно далеко отодвигают винтомоторную группу от оптимального режима.

Электрический вариант тоже должен быть вполне рабочий. Но меня несколько смущает масштабируемость электрического коптера. Всё-таки, даже если мы освободили электрическую часть от создания подъёмной силы, нам надо что-то делать с моментами инерции, аэродинамическими силами, гироскопическим моментом и.т.д. То есть, электрическая часть всё равно получается достаточно громоздкая. Возникает вопрос, потянет ли.

Ещё при создании "полуэлектрического" коптера возникает соблазн использовать электрочасть как резерв на случай отказа ДВС. Скажем, воткнуть туда источник питания, способный обеспечить работу элеткромоторов в "чрезвычайном режиме" в течение минуты. И за эту минуту попытаться сбросить скорость и высоту до приемлемых для аварийной посадки. Хотя, дешевле, наверное, парашют поставить.

Что касается дивана, это очень верно.
Я, в принципе, не вижу никаких препятствий к тому, чтобы проверить идею на модели, например. Хоть с классиккоптером, хоть с ВИШ. Если чего нехватает, детали придут из Китая за три недели.
Но это надо встать с дивана...

Пара подобных моделей, кстати, нагуглилась. Картинки и многабукаф ниасилил
http://hackaday.com/2012/12/03/turning-four-smaller-helicopters-into-one-larger-quadcopter/
http://diydrones.com/profiles/blogs/researchers-say-triquad-is-more-efficient-than-a-quad

From:

Насчёт соосности - убедил, ладно (точнее, я подумал головой и самоубедился). Тем более, что и пропульсивный КПД соосника чуть выше. Опять же бОльшая симметричность - это хорошо при всяких возмущениях.

Нет! 30% на "управляющие" винты - это много, настолько много, что убивает идею. Неприемлимо много. Я согласен на 10% - самое большее. Откуда у меня такая дерзость? Во-первых, из того факта, что управляющие винты сильно разнесены от центра, рычаг очень большой, огромный даже. По сравнению с "классикой", где сила приложена от центра где-то в 1/4 от линейных размеров, тут сила приложена в 1/2. Это само по себе уменьшает требуемую тягу вдвое.
Во-вторых, в этой схеме я могу делать вещи вполне безумные с точки зрения "классики", например, при необходимости _реверсировать_ один винт. Вплоть до 100% реверса. Он же не несёт меня, это чисто управляющий винт, моё управление - куда хочу, туда вращаю. Пока не сковырнусь, конечно. :)
Но управления мне с избытком хватит и при 10 пиковых процентах.
Поэтому вполне достаточно иметь в электричестве 3-5% от полной мощи на НВ. Недостающие 5% при манёврах дешевле брать с буферного аккума, чем с генератора: у генератора в лучшем случае 1кг/кВт, а у лития (на КПД плевать) при 30С - в 10 раз больше (и это вполне терпимый режим, в режиме "попа подгорает" можно и 50С жрать). Этот же буфер можно (нужно) использовать как стартерный аккум, так что мы опять ничего не теряем по массе.

Пра-авильно. :) Потому что это - мультикоптер. У нас НВ - оптимизирован (на висение, но от него никогда никому большего и не нужно). В неоптимальном режиме работают винты управления... и чёрт бы с ними, пусть работают.
В конце-то концов, _постоянные_ потери 10-30% мощи на хвостовой винт в классической схеме Сикорского никого (во всём мире уже 80 лет!) не смущает. Почему меньшие потери _при манёврах_ должны смущать нас?
Всё познаётся в сравнении, какая разница, сколько проиграно в сравнении со сферическим вакуумированым конём, если по сравнению с реальными устройствами ожидается выигрыш?

Она уже тянет ВМЕСТЕ с задачей основной тяги (недолго, правда, :) но тянет, а не долго - это вопрос к батарейкам, а не к "части" как таковой). Откуда сомнения, что она потянет оставшиеся после разгрузки 10% (20% с учётом реверса)?

Аккум лучше иметь в любом случае - как буфер, как ИБП для электроники, как стартерную батерею, наконец.

___
...ещё, чисто теоретически, я рассматривал вариант с поворотом управляющих винтов (что радикально решает проблему с курсом). Но когда прикинул численно... Это просто не нужно. Всё можно делать изменением тангажа. С абсолютным минимумом механики. Механика, которой нет, не может сломаться. Кроме того, она ничего не весит и не стОит. :)

From:

Авария на таком вертолёте менее страшна: авторотация, однако, сильно поможет.
А возможность (даже с батареей на нуле) перекачивать энергию с НВ на управляющие винты и между ними - оставляет (до какой-то степени) управляемость. По меньшей мере, этот вертолёт не закрутится, потеряв тягу на хвостовом винте и сядет в авторотационном режиме без тошниловки.

Можно спокойно и управляемо падать хоть на 10м/с, хоть бы и на 30м/с. :) Парашютисты, летающие на "крыльях", подтвердят, что достаточно торможения на последних 1-3 секундах полёта. А мощности движков заведомо хватит, и хватит даже энергии, запасённой при самом падении с высоты и в винте. :)
То есть, к списку плюшек добавляем офигительную безопасность, которая выше, чем у мультикоптера (авторотация на большом винте куда как лучше, чем на 10 маленьких; достаточно того, что она хотя бы возможна реально :)), выше, чем у классического вертолёта (относительная управляемость сохраняется и безопасная посадка гарантирована даже при полном отказе двигателя), выше чем даже и планера СЛА - посадка "на точку", горизонтальные скорости околонулевые.

Это, кстати, даёт некое новое качество при полёте в населённых местах. :)

From:

Считать-смотреть надо. Мне кажется, пиковые нагрузки при маневрировании и потенциальные нагрузки при возмущениях будут более существенны чем 10% тяги. Но это чиста внутреннее ощущение.
В реальном аппарате плечо управляющих роторов ограничено конструктивными соображениями.
Реверсирование плохо работает на реальных электромоторах с винтами фиксированного шага. У них большая мёртвая зона в районе низких оборотов. Но теоретически возможно. Или возвращаемся к ВИШ :)
Поворот управляющих винтов это одно из решений. Теоретически можно вообще иметь один управляющий винт, который на штанге вращается вокруг аппарата и дует в нужную сторону. Но практически это не практично :)

From:

Вот тут у меня сильные сомнения.
Для посадки на авторотации крайне желателен несущий ВИШ, от которого мы отказались по соображениям механической простоты. Да и несущий винт у нас вытанцовывается относительно малого диаметра.
Кроме того, фейл несущего ротора это не только фейл двигателя, но и самого ротора или трансмиссии. В этом случае авторотация совсем отпадает.
Но как я уже сказал, для небольшого аппарата спасательный парашют вполне приделывается.

From:

Желателен, но не обязателен же.
Ну и то, что мы выкинули аппарат перекоса - уже что-то, да должно значить в плане безопасности.

From:

Я не понимаю, откуда это ощущение берётся.

From:

Мне не очень нравится обсуждение безреференсных схем ЛА. По самым общим соображениям: каждый раз, даже при реализации ОЧЕНЬ удачной схемы, которая не имела прямых эволюционных предков, выясняется очень много нового. И как правило, нехорошего.
В теории нет никакой разницы между теорией и практикой. На практике она есть.

Это одна из главных причин, по которым мне нравится просто "умный мультикоптер с тупым бустом": доподлинно известно, как ведут себя мультикоптеры, что тут можно, а что нет. Тупой буст в виде неуправляемого НВ тоже очень хорошо предсказуем. Схема не предусматривает никакого такого заметного взаимодействия компонент, то есть _ожидать_ некой предсказуемости тоже вполне разумно.
В отличие от всяких более хитрых схем (в том числе, более хитрых по управлению).

Edited Date: 2015-07-28 12:29 pm (UTC)

From:

Не могу обосновать.
Более или менее представляю себе размер откликов моторов квада при маневрировании.
По порядку величины у "разгруженного квада" должно быть то же самое. В плюсе имеем несколько большее плечо управляющих роторов, в минусе большой гироскопический момент от центрального винта, возросшую массу и, соответственно, моменты инерции всей системы. Что можно сэкономить это очевидно, но вот что можно сильно сэкономить, мне сомнительно.
Полезная нагрузка, кстати, должна быть или очень компактной или расположенной симметрично вокруг центра масс. И в случае реального аппарата надо иметь запас мощности управляющих винтов на перебалансировку аппарата при изменении нагрузки.

From:

Начал было про безреференсность. Стёр.

Я знаю конкретную реализацию твоей идеи.
На модели, конечно, и полностью электрический.
И управление по курсу там делается разнотягом несущих роторов.
В остальном, это оно.

В данной реализации оно даже без мозгов на борту обходится, т.е. стабильность и управление "прямые" от рождения.

Eщё прикольный аппарат, правда это классический бикоптер с подвижными винтами.

Edited Date: 2015-07-28 12:47 pm (UTC)

From: