Представляем вашему вниманию перевод двух статей про турбореактивный дрон.

В то время как пропеллерные самолеты все еще имеют место, иногда требуются дополнительные скорость и тяга, которые дает реактивный двигатель. FusionFlight из Далласа, штат Техас, применили этот подход к квадрокоптерам, и в результате получился AB5 JetQuad. Компания заявляет, что AB5 это “самый маленький и самый мощный реактивный дрон с возможностью вертикального взлета и посадки”.

Вместо привычных четырех электрических моторов и пропеллеров, у нынешнего прототипа установлены четыре дизельных микротурбинных реактивных двигателя, которые выдают 200 лошадиных сил (149 кВт) на полной мощности. Благодаря запатентованной системе управления вектором тяги, известной как H-Configuration, тяга этих двигателей может быть направлена либо на вертикальное перемещение при взлете и посадке, либо на горизонтальное перемещение при полете.

По имеющейся информации, серийная версия летательного аппарата будет развивать максимальную скорость в 483 км/ч при заполненном баке в 19 литров, которого хватит на 30 минут зависания в воздухе или 15 минут перемещения. В будущем добавление таких компонентов, как форсажные камеры, может значительно повысить скорость дрона.

Максимальная грузоподъемность дрона составит 18 кг, при этом груз можно закрепить на самом дроне, либо подвесить на тросе – компания заявляет, что двигатели последних версий не будут портить грузы, так как тяга никогда не будет направлена прямо под AB5. Заявленный вес самого беспилотника составляет 23 кг, полный бак добавит еще 18 кг.

CEO FusionFlight Александр Тейтс говорит, что AB5 может выйти на рынок к 2021 году под цене от 200 000 $ до 250 000 $, в зависимости от модели. Потенциальные клиенты скорее всего будут делать упор на скорость и мощность.

“Реактивные двигатели могут выдавать значительно большие мощности чем электрические, а также позволяет беспилотникам летать на гораздо более высоких скоростях, – говорит Тейтс. – Дизельное топливо при равном весе с литиевыми аккумуляторами хранит в 40 раз больше энергии, а также заправка длится несколько минут, в то время как зарядка аккумуляторов требует несколько часов”.

Четырехтурбинный дрон с вертикальным взлетом и посадкой

AB5 JetQuad “Везделет” – новый вид летательных аппаратов. Это и не квадрокоптер, и не вертолет, и не аэроплан. Четыре микротурбинных реактивных двигателя выдают 200 лошадиных сил на полном газу и работают с запатентованной системой управления вектором тяги. Эта система называется “H-Configuration” – это первая в истории система, в которой реактивные двигатели работают и на вертикальный, и на горизонтальный полет, а также обеспечивают полный контроль положения дрона.

Результатом является компактный, полностью автономный дизельный летательный аппарат, который может взлетать и приземляться практически с любой поверхности, и при этом способен работать на высоких скоростях и имеет высокую грузодъемность. FusionFlight разрабатывают JetQuad с 2016.

Также стоит отметить, что высокоточная система управления вектором тяги (СУВТ) имеет исключительные преимущества по сравнению с современными мультикоптерами. СУВТ приводится в действие сервомоторами с высоким крутящим моментом, которые срабатывают значительно быстрее, чем электрические моторы и пропеллеры на других дронах. В результате JetQuad более гибок и лучше управляется. СУВТ также позволяет направлять выхлоп двигателя в направлении кормы дрона при горизонтальном полете, а значит JetQuad может использовать мощность всех четырех двигателей и достигать максимальных скоростей, которые немыслимы для близких по размеру летательных аппаратов с вертикальным взлетом и посадкой.

Компактный и легковесный

AB5 JetQuad специально спроектирован так, чтобы его легко мог нести один человек. Без заправки и груза дрон весит примерно 22 килограмма и имеет удобные поручни. Кроме того, небольшой размер дрона означает, что его можно перевозить с помощью обычных наземных транспортных средств. Серийная версия JetQuad будет иметь убирающееся шасси, оснащенное ударно-пружинными системами для дополнительной амортизации во время посадки и обеспечения дополнительной гибкости при взлете и посадке на неровных поверхностях.

Значительная грузоподъемность

Гладкая и плоская форма JetQuad обеспечивает дрону хорошую аэродинамику, а также дает возможность размещения множества различных грузов. Грузы различного веса и размеров могут быть легко установлены спереди, сзади и сверху. Особо крупные грузы можно разместить внизу летательного аппарата в конфигурации, очень похожей на систему Sky Crane марсохода Curiosity, разработанного NASA.

В конфигурации “Sky-Crane” JetQuad может зависать на высоте 4,5 метров над местом разгрузки и медленно опускать груз на землю при помощи четырех электрических катушек. СУВТ специально разработаны для отвода горячих газов от транспортного средства во время зависания в воздухе, что позволяет не сжигать грузы во время полета и при разгрузке. Более того, реактивные двигатели могут также генерировать электричество для питания сложных систем компьютерного зрения, необходимых для безопасной работы такого высокоскоростного дрона.

Простота и масштабируемость

Конструкция JetQuad проста и элегантна. Дрон собран из нескольких модулей, и каждый модуль может быть разобран и заменен с минимальными усилиями. Полная конструкция дрона содержит всего 8 движущихся компонентов – 4 турбины и 4 серводвигателя. Такое небольшое количество движущихся частей дает превосходную надежность и снижает производственные затраты, особенно по сравнению с вертолетами того же класса. Для сравнения, вертолеты имеют сотни движущихся частей и требуют частого и дорогостоящего обслуживания.

Простота дизайна AB5 JetQuad также приводит к масштабируемости. На увеличенной версии JetQuad, оснащенной большими топливными баками, можно разместить любые авиационные реактивные двигатели. Такой беспилотник может выполнять перевозку особо тяжелых грузов вместо аналогичных по размеру вертолетов, дорогих для аренды. Та же увеличенная платформа также может позволить создать первую летающую машину без внешних пропеллеров. Такая машина будет выглядеть и ощущаться как обычный автомобиль, и сможет парковаться на стандартном парковочном месте.

Кроме того, реактивные двигатели по своей природе являются простыми и надежными устройствами, которые также могут быть улучшены дополнительными функциями для значительного повышения их эффективности, в результате чего можно получить еще более быстрый и грузоподъемный летательный аппарат.

Так, например, форсажные камеры могут быть легко объединены с запатентованными СУВТ, в результате чего JetQuad сможет двигаться быстрее скорости звука – ни одна технология в области дронов с вертикальным взлетом и посадкой не имеет такого потенциала.

Наконец, форм-фактор JetQuad идеален для использования в несущем корпусе. Несущий корпус значительно улучшит аэродинамику и, что самое важное, обеспечит естественный подъем во время полета на большой скорости. Дополнительный подъем означает, что работа двигателей может быть немного снижена, что в конечном итоге экономит топливо и значительно увеличивает срок службы и дальность полета дрона.

Ключевые преимущества: реактивные двигатели и дизель

Производительность AB5 JetQuad выше, чем у любых дронов, построенных по другим технологиям, по двум причинам: использование реактивных двигателей для движения и дизеля в качестве топлива. Микротурбины (небольшие реактивные двигатели) имеют лучшую удельную мощность среди всех известных воздушно-реактивных двигателей. Это означает, что реактивные двигатели могут выдавать значительно большую мощность по сравнению с аналогичными по размеру двигателями внутреннего сгорания или электромоторами (которые используются в конструкции большинства современных дронов).

Кроме того, дизельное топливо доступно в любой точке мира и имеет в 40 раз большую энергоемкость чем у обычных литий-полимерных батарей, а также на заправку требуются минуты, а не часы, как в случае с зарядкой батарей. В собранном состоянии устройство представляет собой очень компактный и надежный беспилотник, который может лететь быстрее любого другого беспилотника аналогичного размера, а также имеет большую грузоподъемность.

Уровни шума

Очевидно, что 4 реактивных двигателя производят много шума, поэтому в текущей конфигурации JetQuad довольно шумен – порядка 120 дБ, если вы стоите рядом с ним. Однако, есть несколько технологий подавления шума, которые еще предстоит изучить, такие как модифицированные системы впуска и выпуска, а также активное шумоподавления и использование встроенных динамиков. Будущие версии JetQuad, безусловно, будут более тихими благодаря этим технологиям, но в данный момент дрон может работать только в условиях, которые не требуют низкого уровня шума.

Более того, также стоит упомянуть, что характеристика шума играют важную роль. Так, например, звуки лопастей вертолета при низких оборотах раздражают человеческий слух сильнее, чем равномерный свист реактивных двигателей. Важно отметить, что двигатели в JetQuad работают на более высоких оборотах, чем в квадрокоптерах или вертолетах (около 100 000 оборотов в минуту). Получающийся высокочастотный звук едва слышен уже на небольших расстояниях от дрона – он очень быстро рассеивается в атмосфере. Для сравнения, звуки лопастей вертолетов на низких оборотах производят низкочастотный звук, который далеко распространяется и слышен за много километров.

Заявка на патент “AirBooster Technology”

Все пилотируемые и беспилотные конструкции, которые используют нашу текущую платформу (AB5 – горизонтальная конфигурация двигателей в форме “H”), также нашу предыдущую платформу (AB4 – вертикальная конфигурация двигателей) защищены патентом, находящимся на рассмотрении, название технологии – “AirBooster Technology”. Патент был подан в 2016 году и в настоящее время рассматривается ведомством по патентам и товарным знакам США.

Технические характеристики

Обратите внимание, что эти характеристики относятся к текущему прототипу AB5. Серийная модель будет иметь оптимизированную аэродинамику и СУВТ, что приведет к улучшению показателей.

Модель: AB5

Объем топливного бака: 22.7 литра

Вес полной заправки: 18.1 килограмм

Тип топлива: Дизельное

Вес незаправленного дрона: 22.7 килограмма

Вес переносимого груза: 18.1 килограмм

Общий взлетный вес: 59 килограмм

Общая тяга при отрыве: 72.6 килограмм

Отношения тяги к весу при старте: 1.2

Максимальная мощность двигателя: 200 лошадиных сил

Продолжительность работы (парение): 30 минут

Продолжительность работы (крейсерская скорость): 15 минут

Крейсерская скорость: 428 км/ч и выше

Дальность полета (туда и обратно): 40 километров

Габариты: 1.2 м x 1.2 м x 0.6 м

Максимальное потребление топлива: 1.3 литра в минуту

Высота (предполагаемая): 9144 метров и больше