Орнитоптер "Рарок-2"

Люди всегда хотели научиться летать. От мифического Икара и Леонардо да Винчи до Можайского и братьев Райт мечта о небе не давала человечеству покоя. И, наконец, в 1903 году братья Райт взлетели. Сегодня мы порхаем между континентами, зависаем на вертолетах над пропастями и горами, соревнуемся в мощи военной авиации. Но знаете, что удивительно? За более чем сто лет существования авиации мы ничуть не изменили принцип полета. Даже новейшие самолеты по механике полета это пластинка, поставленная под определенным углом к набегающему потоку воздуха. А вертолет с точки зрения простой механики вообще мало отличается от детской игрушки с винтом и веревочкой. Единственным качественным прорывом в авиации можно назвать только преодоление скорости звука. В остальном наши летательные аппараты уступают природному устройству крыльев насекомых и птиц, которым не требуются километровые взлетно-посадочные полосы и тонны горючего, чтобы пролетать тысячи километров, совершать в воздухе невообразимые пируэты и садиться на любую поверхность. Не пора ли нам поучиться у них?

Решение, которое подсказывает природа – это машущекрылые аппараты. Но сначала несколько слов о том, почему мы имеем то, что имеем, и какие плюсы из имеющегося можно извлечь? Главное преимущество самолета – высокое качество горизонтального полета. В экономическом плане это означает, что он тратит мало топлива на перевозку килограмма полезной нагрузки. Но у самолета есть существенный минус – многокилометровые взлетно-посадочные полосы, которые требуют больших затрат на строительство и эксплуатацию, а их выход из строя грозит катастрофой. Вертолет же способен взлетать и садится на пяточек, но он тратит в разы больше топлива, чем самолет, на доставку того же груза. Есть еще конвертопланы, автожиры и другие промежуточные решения, но, как правило, они только наследуют недостатки своих родителей. А вот махолет, напротив, должен сочетать в себе плюсы и самолета, и вертолета. Кроме того, у него будет еще одно важное преимущество: он практически бесшумен за счет того, что крыло движется с инфразвуковой частотой. Выходит, дело за малым: реализовать.

Однако, несмотря на все, казалось бы, неоспоримые достоинства махолета, к постройке таких летательных аппаратов инженеры относятся крайне скептически. И правда, это очень непростая задача с массой неизвестных: аэродинамика, динамика, прочность, потребные мощности и пр. Поэтому естественно, что на заре авиации её так и не смогли решить. Кто-то даже посчитал, что невозможно построить аппарат с машущим крылом массой больше 12 кг. На этом все и успокоились. А когда наука шагнула вперед, были созданы достаточно совершенные машины другого плана, и к разработкам махолетов стали относиться как к чудачеству. Но когда-то и постройка привычного нам самолета казалась людям безумством.

Как ни удивительно, но этой задачей авиаконструкторы никогда не занимались достаточно серьезно: со всеми расчетами, анализом и соответствующей методологией. И всё же лидеры в этой области есть. За рубежом над созданием махолета трудился James DeLaurier из Торонтского Университета. В 2006 году ему удалось построить модель весом 3,5 кг, которая успешно летала. После этого он решил сразу построить пилотируемый аппарат, но последний, к сожалению, так и не смог продемонстрировать устойчивый полет. В России в этом направлении работал Валентин Афанасьевич Киселев, профессор МАИ. И его команде удалось заставить полететь 12-ти килограммовую модель. Мы сами трудились с Валентином Афанасьевичем над моделью весом 25 кг. К сожалению, наши взгляды на решение этой задачи разошлись. Камнем преткновения стал подход к проектированию и конструкции аппарата.

После неудачи с моделью Киселева мы приняли решение не прекращать попыток, но на этот раз всё сделать иначе. К счастью, нашелся человек, который согласился выступить спонсором проекта и профинансировать создание новой модели, конструкция которой принципиально отличалась от аппарата Киселева. Для двух только что закончивших институт парней это было весьма амбициозно. Но у нас уже был опыт, правда, довольно горький: мы знали, как делать НЕ надо. По факту же мы не знали ничего и могли опираться только на некоторые предположения. Самым сложным оказалось довести конструкцию до надежной работоспособности. Прочность и механика оказались гораздо более трудно решаемыми задачами, чем аэродинамика. К тому же нам долгое время не везло с изготовителями: то допуски не соблюдены, то металл не закален и еще много других сюрпризов. Все это очень затянуло проект. От первой модели до первого полноценного полета нам понадобилось полтора года. Полтора года постоянных задач, проблем, поломок и переговоров с заказчиком. Но все это стоило того: летающая, управляемая, модель махолета весом 30 кг. Мало того, что она доказала саму возможность машущего полета аппарата больших размеров, она еще и открыла массу тайн самого этого полета.

Мы приоткроем вам некоторые из этих тайн.

На нашей модели обтекание крыла не ламинарное, т.е. крыло все время находится в возмущенном потоке. И поэтому совершенно непонятно, как оно создает подъемную силу и тягу.

Динамика аппарата (управляемость) очень сильно отличается от самолетной и вертолетной. Махолет ведет себя в воздухе так, будто ему абсолютно все равно, как лететь: под каким углом, с какой скоростью – он всё равно остается управляемым.

Коэффициент подъемной силы аппарата на некоторых режимах достигал 4,5. Это примерно во столько же раз превышает значение для самолета.

В действительности тайн намного больше, и многие из них мы еще сами не разгадали.

Готовая модель аппарата, естественно, перешла к заказчику. Мы же отказались продолжить работу в силу разных причин. Но, как вы понимаете, построить еще одну такую же не составляет никакого труда. И не имеет никакого смысла. Нужно использовать полученный опыт, чтобы создать принципиально иной аппарат, лишенный недостатков предыдущей модели.

Нам удалось сделать то, что считалось невозможным, и это здорово. И нам думается, что наш проект весьма активно поддержали бы за рубежом. Но как-то не хочется. И не хочется связываться с нашими крупными компаниями и научными центрами вроде "Сколково". Нам бы хотелось, чтобы наш проект стал по-настоящему народным, чтобы отчитывались о результатах мы не перед каким-то “дядей”, а лично перед вами - всеми, кому не безразлично развитие русской авиационной науки. Мы буем рады всем, кто захочет принять участие в проекте.

Нам очень нужны люди. В первую очередь молодые талантливые ученые в области аэродинамики, динамики, прочности, автоматики, двигателестроения. И очень-очень нужны талантливые токари и фрезеровщики, технологи – те, кто умеет работать с металлом. Они на вес золота, поверьте, мы это знаем, как никто. И нам бы также очень хотелось, чтобы вы оказали нам информационную поддержку в их поиске.

Мы хотим сделать наш проект максимально открытым, чтобы вы всегда были в курсе того, что у нас происходит. Для этого мы создали группу в ВК для координации работы и канал на Youtube для демонстрации успехов. Смета проекта будет полностью открытой. Это значит, что вы будете знать о всех тратах в проекте. Будем ли мы сами получать деньги? Только за труд над проектом. Мы с вами определим, сколько будет стоить час работы каждого участника команды – столько он и будет получать. Но "открытый" это значит не только, что мы будем все освещать, но вы так же сможете принять участие в разработке на конкурсной основе. Задания для конкурсов - это технические задачи, которые следует решить, что бы добиться наилучших результатов от проекта. Что же мы ожидаем от будущего аппарата? Самое важное - он должен продемонстрировать конкурентоспособность с вертолетами и самолетами. Это значит он должен летать со скоростью близкой к скорости одноклассного самолета, иметь возможность сверхкоротких взлета и посадки, высокую маневренность и надежность.

В новом аппарате мы планируем получить следующие характеристики:

1. Взлетный вес – 30кг

2. Полезная нагрузка – 7,5кг.

3. Запас топлива – 40 мин полета

4. Короткие взлет-посадка - не более 10 метров.

Все остальные характеристики будут определены в ходе проектирования.

Новый аппарат будет иметь ряд принципиальных отличий.

Во-первых, это привод. И здесь у нас есть два ключевых направления: традиционный ДВС-редуктор и поршневой приводы.

Первый является приоритетным, так как в нем нет ничего неожиданного и вся сложность заключается в качественном проектировании редуктора и механики, в чем у нас уже есть хороший опыт. Но данное решение имеет один существенный минус – вес. Система, где возвратно-поступательное движение преобразуется во вращательное с высокой скоростью, а потом обратно в возвратно-поступательное, но с малой частотой, просто не может быть легкой, простой и дешёвой, потому что это слишком сложно. Поэтому мы придумали особый привод, где топливо используется непосредственно для маха крыльев, без посредников. Такое решение может сделать махолет по-настоящему уникальным летательным средством, так как оно дает ряд ключевых преимуществ – высокий КПД, малошумность, малую массу силовой установки. Но это пока только в теории, так как такой привод требует существенной проработки.

Вторым важным отличием будет компоновка. В виду особенностей динамики махолета делать его по классической самолетной схеме не выгодно – большие потери на балансировку. Поэтому махолет будет выполнен по схеме «утка» с передним горизонтальным оперением.

Третье и самое интересное – крылья. Аэродинамика махолета заставляет по иному взглянуть на крыло. Оно должно стать быстро адаптивным, гибким и легким. Тут нам помогут композитные материалы.

Но все сразу делать нельзя, все эти три решения тесно связаны, и если мы попытаемся прыгнуть через голову – мы завязнем. Задачи нужно решать последовательно, отталкиваясь от успеха.

Поэтому в первом исполнении модель будет иметь новую компоновку, новый ДВС-редукторный привод и классические по конструкции крылья. Только после серии успешных испытаний мы сможем двинуться дальше. Этот этап составляет 30% заявленной суммы.

Большинство средств пойдет на разработку и изготовление новых решений – поршневого привода и адаптивных крыльев. Нам сложно спрогнозировать сумму этой исследовательской части.

Наш проект в первую очередь направлен на развитие науки, но не теоретической, а прикладной, это значит, что все наши решения мы будем реализовывать и проверять, а этот путь достаточно затратен. Но за счет полной открытости проекта средства будут потрачены исключительно на реализацию и развитие проекта.

У аппарата нет прямых аналогов. Его можно сравнивать только с вертолетами или самолетами этого же класса. И, как мы уже говорили, он должен сочетать в себе преимущества того и другого. Получится ли у нас? Это зависит только от наших талантов. Если же говорить о первой модели, она уступала по основным параметрам конкурентам, но это не удивительно. Ведь мы ее создавали, чтобы доказать принципиальную возможность машущего полета, а не чтобы сразу превзойти всех конкурентов.

Если удастся доказать, что машущий полет действительно эффективен и конкурентоспособен, то вполне возможно, что можно будет создать и пилотируемые аппараты на несколько человек, индивидуальные средства передвижения по воздуху: из города в город, например. Или использовать беспилотные аппараты для доставки почты и прочих небольших грузов в черте города, ведь махолет практически бесшумен. Безусловно, махолет является конкурентом, прежде всего, вертолету, но это не значит, что он его вытеснит. Скорее, он займет свою нишу, близкую к нише вертолета.

Руководителем проекта являюсь я, автор этого текста, Мельник Андрей Викторович. Идеей построить махолет болею с 12 лет. Поэтому занимался в авиамодельном кружке, где и научился большей части того, что сейчас умею делать руками. Знания мне дали педагоги Московского Авиационного института, самого атмосферного учебного заведения Москвы. С первого курса работал с Валентином Афанасьевичем Киселевым над его моделью махолета, даже засветился в передаче "Авиаторы", посвященной этой теме. Конструкторским талантом обязан Ендогуру А.И. – научил, показал, посвятил. После института работал конструктором в компании "МАК", создавали беспилотный аппарат массой 100 кг. Через год перешел в компанию "Новый полет", под чьим крылом мы создавали махолет. Теперь я сам себе конструктор – проектирую и конструирую всё, что попадется под руку. Сторонник идеи, что населению Земли пора уже как-то задуматься, куда оно идет, поэтому организовал с единомышленниками команду РЦ "НООСФЕРА", где мы решаем задачу, как можно устроить общество так, чтобы оно перестало двигаться в пропасть. Амбициозно, но что-то же делать надо. Считаю, что не столь важно само создание аппарата, сколько разобраться, как он летает. Это может открыть совсем иные перспективы для развития авиации.

Главным конструктором проекта является Дмитрий Геннадиевич Шувалов, мой однокурсник. Талантливый инженер, тоже любитель ввязываться в авантюры, делать то, что никто никогда не делал. Он придумал уйму того, что заставило уже созданную нами модель аппарата полететь. Мы вместе прошли весь путь создания модели, делили успехи и терпели неудачи.

Теперь пора создавать новую команду. Безусловно, мы сможем создать новый аппарат и вдвоем, но проект надо выводить на следующий уровень – исследовать, доводить до совершенства, запускать серию и т.д. А тут самое ценное – это команда.

Конечно, мы будем предъявлять к участникам проекта самые высокие требования, но об этом вы и сами узнаете, если решите поучаствовать в команде.

Мы начнем проект сразу после получения минимального необходимого количества средств. Составим подробный план реализации. Проведем собеседования со всеми, кто отважится принять участие. А дальше дело за малым: спроектировать, изготовить, собрать и испытать. Мы планируем провести первые испытания весной 2017 года.

Результатом финансирования нашего проекта должна стать модель аппарата с конкурентоспособными характеристиками, которая позволит не только доказать возможность машущего полета, но и его высокие преимущества.

Мы небольшая команда Мельник А. В. и Шувалов Д. Г. Смогли за два года создать принципиально отличающийся от всех существующих летательный аппарат массой 30кг. Так никто никогда не летал - мы первые! Но это только начало пути, с вашей помощью мы можем прийти к совсем другой авиации – более манёвренной, экологичной и безопасной.

Отдельное спасибо Ивану Растригину за иллюстрацию "Махолет будущего".