ПРОГРАММА

ПРОЕКТ Альфа

> Альфа-материалы
> Альфа-конструкция
> Альфа-технология
> Альфа-расчёт

ПРОЕКТ МоНеТКА

Сопоставление летательных аппаратов различных типов

Введение

Беспилотный тепловой дирижабль, на создание которого нацелена представляемая программа, может быть использован в различных областях:

• для перевозки грузов,
• для рекламы,
• для патрулирования,
• для сельского хозяйства,
• для развлечений и спорта.

В этих областях он имеет ряд преимуществ (как, впрочем, и ряд недостатков) перед другими видами летательных аппаратов (ЛА): самолётами, вертолётами, газонаполненными дирижаблями, а также пилотируемыми тепловыми дирижаблями.

Вообще, каждый вид ЛА имеет как свои преимущества, так и свои недостатки перед ЛА других видов. Скажем, самолёту для взлёта и посадки нужен более длинный разбег, чем вертолёту, который может взлетать и садиться вертикально и даже зависать над землёй на небольшой высоте. Зато у самолёта гораздо выше скорость и дальность полёта; кроме того, он проще в пилотировании и экономичнее вертолёта.

Это сравнение можно продолжить для воздухоплавательных ЛА: газонаполненных дирижаблей, тепловых дирижаблей и, наконец, беспилотных тепловых дирижаблей, на создание которых нацелена разрабатываемая мною программа. Ведь все они так же, как и вертолёт, тоже могут вертикально взлетать и садиться и тоже зависать над точкой. При этом они проще в управлении, чем вертолёт (и даже чем самолёт), а главное - гораздо более экономичны и безопасны.

Можно отметить и другие преимущества воздухоплавательных ЛА перед вертолётом и самолётом: они экологичнее (меньше шумят и загрязняют окружающую среду), они, при одинаковой мощности с другими ЛА, поднимают больше груза...

Но основное преимущество - они проще в пилотировании, в обслуживании, а главное - в изготовлении (особенно тепловые ЛА). Значит, построить и использовать их сможет гораздо больше людей, чем сейчас, когда этим могут заниматься только специальные организации: конструкторские бюро, авиационные предприятия, аэроклубы и т.д. - и очень редкие энтузиасты-одиночки, способные самостоятельно построить самолёт или вертолёт и летать на нём.

Конечно, у воздухоплавательных ЛА есть и свои недостатки по сравнению с самолётами и даже вертолётами. Их скорость ниже, а размер больше и поэтому они больше зависят от погоды. Для газонаполненных дирижаблей необходимы большие ангары, а у тепловых дирижаблей скорость пока гораздо ниже, чем у вертолётов, а тем более самолётов, и поэтому и дальность их полёта меньше.

Отдельно нужно сказать о достоинствах и недостатках беспилотных ЛА. По сравнению с пилотируемыми аппаратами они, конечно, более безопасны: даже в случае аварии пилоту ничего не грозит. Поэтому требования по безопасности к пилотируемым ЛА гораздо жёстче, а значит, эти аппараты получаются дороже и проходят гораздо больше проверок, чем беспилотные. В результате их и сделать тяжелее, и получить разрешение на полёты очень трудно,

Кроме того, вместо пилота и необходимого ему оборудования (кресло, парашют, приборы и органы управления) беспилотный ЛА может взять на борт дополнительно около 100 килограммов полезной нагрузки.

Вместе с тем, пилот полнее воспринимает всё происходящее на борту ЛА и вокруг него, чем оператор беспилотного ЛА, который судит о ходе полёта издалека и по приборам. Поэтому какие-то нештатные ситуации пилот может отработать лучше, чем оператор - даже если у того есть компьютер, на который выдаются показания всех приборов, картинка с бортовой видеокамеры и т.п.

Сравнение типов ЛА друг с другом

Основные преимущества и недостатки различных типов ЛА по сравнению друг с другом приведены в Таблице. Далее каждая клетка этой таблицы раскрывается подробнее.

Сравнение с САМОЛЁТОМ (первая колонка и первая строка Таблицы)

Как уже говорилось, главное преимущество ВЕРТОЛЁТА перед САМОЛЁТОМ - это способность зависать над одной точкой на любой высоте, а значит - и вертикально садиться или взлетать. Существуют, конечно, и самолёты вертикального взлёта и посадки, но они не применяются в тех областях, на которые нацелена наша программа.

Второе важное достоинство вертолёта перед самолётом - это более высокая удельная грузоподъёмность: отношение веса полезного груза к весу конструкции ЛА (без горючего, экипажа и пр.). Самый грузоподъёмный в мире вертолёт Ми-26 поднимает 20 тонн полезного груза при собственном весе 28,2 тонны [1], тогда как у самолёта Ил-76 собственный вес составляет 128 тонн, а полезная нагрузка - 47 тонн [2]. Правда, самолёт "Мрия" может поднять и 250 тонн, но его собственный вес тоже в 2 раза превышает полезную нагрузку [3].

Преимущества САМОЛЁТА перед ВЕРТОЛЁТОМ, как видно из Таблицы, состоят в большей скорости, высоте и дальности полёта, а также в более простом пилотировании. Выдерживать самолёт в прямолинейном полёте может и автопилот, а во время Великой Отечественной войны не раз бывало, что самолёт продолжал лететь (а иногда и приземлялся) даже после того, как пилот был убит. На вертолёте это почти невозможно: даже в горизонтальном полёте его надо всё время удерживать от сваливания - это легко проверить даже на компьютерном симуляторе.

Что касается скорости и дальности полёта, то у вертолётов они раза в несколько раз ниже, чем у самолётов той же грузоподъёмности. Так, уже упомянутый Ми-26 летит со скоростью меньше 300 км/час и не дальше 800 км [1], а у Ил-76 при этой скорости только убираются закрылки при взлёте, дальность же полёта составляет почти 5 тыс. км [2]

Гораздо больше преимуществ по сравнению с САМОЛЁТОМ можно перечислить у ДИРИЖАБЛЯ. Помимо тех же преимуществ, которые есть перед ним у ВЕРТОЛЁТА (способность зависания, вертикального взлёта и посадки, а также более высокая удельная грузоподъёмность), у ДИРИЖАБЛЯ, прежде всего, гораздо выше экономичность: стоимость одного часа полёта или одного тонно-километра. По разным оценкам (см. [4,5]), ДИРИЖАБЛЬ в несколько раз лучше САМОЛЁТА по этому показателю.

Нужно отметить и относительную безопасность ДИРИЖАБЛЯ по сравнению с САМОЛЁТОМ: после отказа от использования в дирижаблях водорода больших катастроф с ними не происходило, а меньшая скорость и вес конструкции снижает тяжесть последствий аварии - как для экипажа, так и для тех, на кого эта конструкция может упасть в результате такой аварии. И даже при взрыве в 1936 году самого большого в истории дирижабля LZ-129 "Гинденбург", наполненного водородом, из 97 человек, находившихся на борту, удалось спасти 62 [8] - при катастрофах современных авиалайнеров спасти, к сожалению, не удаётся обычно почти никого.

Кроме того, простота пилотирования ДИРИЖАБЛЯ ещё больше повышает его безопасность: ведь ошибки и другие нештатные ситуации при приземлении и взлёте - самая частая причина аварий САМОЛЁТОВ.

Наконец, нельзя не отметить и экологичность ДИРИЖАБЛЯ: по сравнению с САМОЛЁТОМ он почти бесшумен, меньше загрязняет воздух и не требует строительства больших аэродромов. Для военных применений важно и то, что оболочка ДИРИЖАБЛЯ радиопроницаема [11], то есть его сложно обнаружить радиолокатором. Для других специальных применений (патрулирование, мониторинг и пр.) важной характеристикой является длительность полёта, по которой ДИРИЖАБЛЬ является абсолютным лидером, поскольку может держаться в воздухе неделями и даже месяцами [17].

Что касается преимуществ САМОЛЁТА перед ДИРИЖАБЛЕМ, то они связаны с размерами последнего: из-за этого скорость его значительно меньше (не превышает 180 км/час [6]), а влияние погоды - больше. Вообще, зависимость от погоды можно считать самым большим недостатком ДИРИЖАБЛЯ как перед САМОЛЁТОМ, так и перед ВЕРТОЛЁТОМ.

Все перечисленные выше преимущества перед САМОЛЁТОМ характерны и для ТЕПЛОВОГО ДИРИЖАБЛЯ. У него такая же, как у любого ДИРИЖАБЛЯ способность зависания, вертикального взлёта и посадки, более высокая удельная грузоподъёмность, экономичность, безопасность, экологичность и сложность обнаружения, и он так же прост в пилотировании.

Но в дополнении к этому ТЕПЛОВОЙ ДИРИЖАБЛЬ проще ещё и в обслуживании, поскольку с ним нет ни проблем дозаправки гелием, ни необходимости возведения эллинга и причальной мачты, к которой швартуется газонаполненный ДИРИЖАБЛЬ, чтобы его не унесло с этой стоянки ветром. Ведь после приземления ТЕПЛОВОГО ДИРИЖАБЛЯ горячий воздух просто выпускается из оболочки, которая сворачивается и умещается в довольно небольшой упаковке, хранить которую вместе с мотором и другим бортовым оборудованием можно в любом гараже или в сарае.

И, как уже говорилось, особенно важно, что ТЕПЛОВОЙ ДИРИЖАБЛЬ доступнее, потому что его проще сделать самому или с друзьями, чем САМОЛЁТ. Проще и организовать полёты на нём, потому что для полётов любого ДИРИЖАБЛЯ достаточно несколько десятков метров высоты над землёй, которые сейчас авиация практически не использует. А САМОЛЁТУ обычно нужно минимум 200-300 метров высоты для правильного захода на посадку - поэтому он может явиться помехой для других воздушных судов, и полёты на нём требуют более строгой организации.

Правда, у САМОЛЁТА есть и дополнительное преимущество перед ТЕПЛОВЫМ ДИРИЖАБЛЕМ, кроме тех, которые у него есть перед обычным, газонаполненным ДИРИЖАБЛЕМ (скорость и меньшее влияние погоды). У ТЕПЛОВОГО ДИРИЖАБЛЯ гораздо меньшая дальность полёта, чем у САМОЛЁТА: даже рекорд России составляет пока тут всего 342 км [7]. Гораздо меньше у него и высота полёта: САМОЛЁТ, как известно, может взлететь и выше границ атмосферы и даже безо всяких реактивных двигателей подниматься выше 25 км [18].

БЕСПИЛОТНЫХ ТЕПЛОВЫХ ДИРИЖАБЛЕЙ пока не существует, но их преимущества и недостатки по сравнению с САМОЛЁТОМ, в целом, можно ожидать те же, что у пилотируемых ТЕПЛОВЫХ ДИРИЖАБЛЕЙ. Можно, пожалуй, говорить о большей удельной грузоподъёмности: ведь при перевозке груза пилот является, фактически, такой же обязательной ("бесполезной") нагрузкой, как и элементы конструкции ЛА, а в БЕСПИЛОТНОМ ТЕПЛОВОМ ДИРИЖАБЛЕ эта "бесполезная" нагрузка отсутствует.

Важно также отметить, что отсутствие риска для пилота ещё больше облегчает организацию полётов, поэтому доступность БЕСПИЛОТНОГО ТЕПЛОВОГО ДИРИЖАБЛЯ будет ещё выше, чем пилотируемого - а уж тем более, чем САМОЛЁТА.

Преимущества же САМОЛЁТА перед БЕСПИЛОТНЫМ ТЕПЛОВЫМ ДИРИЖАБЛЕМ не отличаются от тех, которые есть у него перед пилотируемым ЛА того же типа - за исключение того, что нештатные ситуации, как уже говорилось, пилот может отработать лучше, чем оператор беспилотного ЛА.

Сравнение с ВЕРТОЛЁТОМ (второй столбец и вторая строка Таблицы)

О преимуществах САМОЛЁТА перед ВЕРТОЛЁТОМ говорилось выше: это более высокая скорость и дальность полёта, а также в более простое пилотирование.

Преимуществ у ДИРИЖАБЛЯ перед ВЕРТОЛЁТОМ очень много. Прежде всего, это высокая удельная грузоподъёмность: на 1 тонну веса конструкции дирижабли поднимают 1 тонну груза. Так, самый большой в истории дирижабль LZ-129 "Гинденбург" объёмом 200 тыс. кубометров был наполнен водородом, создающим подъёмную силу 1,2 кг/куб.м - значит, его взлётный вес был меньше 240 тонн (иначе бы он не мог подняться с земли). При этом он мог поднимать груз в 120 тонн [8].

Дальность полёта у ДИРИЖАБЛЯ тоже больше, чем у ВЕРТОЛЁТА. Дальность беспосадочного полёта дирижабля LZ-129 "Гинденбург" достигала 14 тыс. км [12]. При этом первый кругосветный перелёт дирижабля LZ-127 "Граф Цеппелин" занял в 1929 году лишь 21 день [9], а первый кругосветный перелёт вертолёта состоялся лишь в 1982 г. и занял 29 дней [10].

Экономичность у ДИРИЖАБЛЯ выше, чем у ВЕРТОЛЁТА, при перевозке грузов на порядок [5], а по стоимости лётного часа - в 2-6 раз [13].

Безопасность, экологичность, сложность обнаружения и длительность полёта у ДИРИЖАБЛЯ по сравнению с ВЕРТОЛЁТОМ выше по тем же причинам, что по сравнению с САМОЛЁТОМ. Безопасность выше ещё и потому, что огромный быстро вращающийся винт ВЕРТОЛЁТА - это одновременно и его основной элемент конструкции, и главный источник опасности, как для самого ЛА, так и для окружающих. Если при аварии ВЕРТОЛЁТА ломается лопасть несущего винта, то он становится неуправляемым и камнем падает вниз. Самолёт, конечно, падает так же, если у него сломается крыло, но лопасти у вертолётов ломаются легче, чем крылья у самолётов.

Что касается пилотирования, то у ДИРИЖАБЛЯ оно вообще самое простое из рассматриваемых ЛА, а у ВЕРТОЛЁТА - самое сложное.

ВЕРТОЛЁТ по сравнению с ДИРИЖАБЛЕМ менее подвержен влиянию погоды; кроме того, ему не нужны ни эллинг, ни причальная мачта.

Переходя к сопоставлению ТЕПЛОВОГО ДИРИЖАБЛЯ с ВЕРТОЛЁТОМ, можно сказать, что все преимущества первого (удельная грузоподъёмность, экономичность, безопасность, простота пилотирования, экологичность, сложность обнаружения) сохраняются теми же, что перечислены выше для ДИРИЖАБЛЯ, за исключением дальности полёта, которая у ВЕРТОЛЁТА выше.

К достоинствам ВЕРТОЛЁТА в этом сопоставлении можно прибавить ещё его более высокую скорость и высоту полёта. Зато преимущества в виде отсутствия эллинга он лишается: эллинг ТЕПЛОВОМУ ДИРИЖАБЛЮ не нужен тоже.

Более того, можно сказать, что по простоте обслуживания ТЕПЛОВОЙ ДИРИЖАБЛЬ уже превосходит ВЕРТОЛЁТ - по тем же причинам, по которым он превосходил по этому показателю САМОЛЁТ.

И уж тем более он превосходит ВЕРТОЛЁТ по доступности: вертолёты стоят дороже самолётов того же класса, потому что у них более мощные двигатели, более сложная механика и т.д. Например, вертолёт Ка-226, перевозящий 1350 кг груза, стоит 1,5 миллиона долларов[14], а самолёт Ан-3, перевозящий 1800 кг [15] стоит от 0,5 до 1 миллиона долларов [16].

Наконец, при переходе к БЕСПИЛОТНОМУ ТЕПЛОВОМУ ДИРИЖАБЛЮ можно ожидать того же изменения результатов его сопоставления с ВЕРТОЛЁТОМ, какие были отмечены выше при сопоставлении с САМОЛЁТОМ: по удельной грузоподъёмности и доступности он будет ещё больше превосходить ВЕРТОЛЁТ, чем было у пилотируемого ТЕПЛОВОГО ДИРИЖАБЛЯ, а по остальным характеристикам результаты сопоставления сохранятся.

Разумеется, у пилотируемого ВЕРТОЛЁТА будет то же преимущество в отработке нештатных ситуаций перед БЕСПИЛОТНЫМ ТЕПЛОВЫМ ДИРИЖАБЛЕМ, которое было отмечено и в случае сопоставления последнего с пилотируемым САМОЛЁТОМ.

Сравнение с ДИРИЖАБЛЕМ (третий столбец и третья строка Таблицы)

Сравнение САМОЛЁТА и ВЕРТОЛЁТА с этим типом ЛА было сделано выше.

ТЕПЛОВОЙ ДИРИЖАБЛЬ превосходит обычный (газонаполненный) ДИРИЖАБЛЬ по простоте обслуживания и по доступности, но уступает ему в скорости, высоте и дальности полёта, удельной грузоподъёмности и длительности полёта (пояснения, цифры и ссылки см. выше).

При переходе к сопоставлению с БЕСПИЛОТНЫМ ТЕПЛОВЫМ ДИРИЖАБЛЕМ можно ожидать, что его показатели по простоте обслуживания и доступности будут ещё лучше; остальные же оценки сохранятся такими же, как и в случае пилотируемого ТЕПЛОВОГО ДИРИЖАБЛЯ. Кроме того, добавятся уже отмеченные выше и преимущества, и недостатки беспилотного варианта построения данного ЛА.

Сравнение с ТЕПЛОВЫМ ДИРИЖАБЛЕМ

Сравнение с ТЕПЛОВЫМ ДИРИЖАБЛЕМ остаётся сделать лишь для его БЕСПИЛОТНОГО варианта.

Как уже говорилось выше, главным достоинством такого варианта является резкое повышение доступности ЛА за счёт того, что жёстких требований, связанных с безопасностью пилота, к такому ЛА уже нет, а поэтому его проще, быстрее и дешевле строить, испытывать и применять на практике.

Кроме того, переход к беспилотному варианту позволяет улучшить такие показатели ЛА, как грузоподъёмность, экономичность, безопасность и простота обслуживания.

Все эти соображения полностью применимы к ТЕПЛОВОМУ ДИРИЖАБЛЮ.

Что касается недостатка беспилотной схемы, связанного с отработкой нештатных ситуаций, то в данном случае он, наверное, будет проявляться не так сильно. Ведь тепловые дирижабли при их невысокой скорости и небольшой дальности и высоте полёта вряд ли будут использоваться вне зоны прямой видимости их оператором, который управляет этим дирижаблем. А значит, нештатная ситуация будет возникать и развиваться у него на глазах, и он сможет лучше среагировать на неё, чем оператор, управляющий ЛА, который находится от него за много километров.

Оценка результатов сравнения

Наличие достоинств и недостатков у каждого вида ЛА показывает, что абсолютного преимущества перед другими не имеет ни один из этих видов. Ведь для различных областей применения ЛА одни их преимущества или недостатки могут быть не так важны, а другие, напротив, очень важны.

Никто ведь не сомневается, что быстрее всего доставить пассажира на другой континент может именно САМОЛЁТ, а для "скорой помощи" лучший ЛА, конечно, ВЕРТОЛЁТ. А вот если надо ночью опрыскать посевы на поле сложной формы, зажатом между лесными массивами, то лучше, чем БЕСПИЛОТНЫЙ ТЕПЛОВОЙ ДИРИЖАБЛЬ, с этим вряд ли кто справится.

В общем, в тех областях, которые были перечислены во Введении, дальность, скорость и высота полёта, а также сложность обнаружения не так уж важны. Зато очень важны безопасность, экономичность, простота пилотирования и обслуживания и особенно доступность.

В связи с этим можно сказать, что дирижабли - как газонаполненные, так и тепловые - тут вне конкуренции. Выбор между этими вариантами определяется двумя соображениями. Прежде всего, может оказаться, что какой-то из оставшихся вариантов не вписывается в существующие ограничения. К примеру, нужно поднять груз в 10 тонн, а тепловых дирижаблей такой грузоподъёмности пока просто не существует. Или нужно уложиться в такую сумму, которая ниже стоимости самого дешёвого газонаполненного дирижабля.

Если таких жёстких ограничений нет, то выбор будет, наверное, зависеть от того, насколько стабильным является тот объект применения, для которого нужно выбрать ЛА. Если дирижабль на этом объекте будет применяться долго, то более высокие затраты на эллинг и обслуживание газонаполненного дирижабля будут оправданны - ведь по остальным лётным характеристикам (прежде всего, грузоподъёмности и продолжительности полёта) он превосходит тепловой дирижабль.

Если же такого стабильного объекта нет, а требуется эпизодически выполнять непродолжительную (2-3 часа) работу или если технология применения ЛА для этой цели ещё не отработана, то преимущество будет на стороне теплового дирижабля.

Причём, именно в беспилотном его варианте, поскольку особых преимуществ, как мы видели, пилотируемый тепловой дирижабль в тех областях применения, на которые нацелен мой проект, не имеет.

Выводы

1. Выбор типа летательного аппарата надо делать путём сравнительного анализа его достоинств и недостатков перед другими типами ЛА в конкретной области применения.

2. Дирижабли могут с успехом применяться в народном хозяйстве, часто превосходя эффективностью другие летательные аппараты - как, например, в тех областях, на которые нацелен данный проект.

3. Тепловые дирижабли в этих областях применения могут быть лучше газонаполненных, если те не вписываются в какие-то ограничения (например, по стоимости), если технология конкретного применения ещё не отработана или если работа, которую должен выполнить ЛА на данном объекте, носит не постоянный, а эпизодический характер и занимает каждый раз всего несколько часов

4. Беспилотный тепловой дирижабль, обладая почти всеми достоинствами пилотируемого, превосходит его по грузоподъёмности, экономичности, безопасности, простоте обслуживания и доступности для широкого круга пользователей.

Библиография

1. Вертолет Ми-26. Технические характеристики (цит. по сайту http://www.vesti.ru/files_print.html?pid=1965)

2. Д.В.Верещиков, С.Н.Салтыков. Самолет Ил-76 Аэродинамика и динамика полета (цит. по сайту http://www.testpilot.ru/review/il76/index.htm)

3. Украинский самолет претендует на место в Книге Гиннеса. РИА "Новости", 17.06.04 (цит. по сайту http://rian.ru/science/20040617/613759.html)

4. Дирижабль, который и летает, и плавает (цит. по сайту http://www.aviaport.ru/news/2005/09/22/95214.html)

5. Арлазоров М.С. Циолковский. М. Молодая гвардия, 1963 Глава 2 (цит. по сайту http://www.astronaut.ru/bookcase/books/arlasorov/text/11.htm)

6. В Питере построят первый в РФ грузовой дирижабль (цит. по сайту http://www.aeromarket.ru/news/00-04-23.html)

7. Рекорды: один за другим (цит. по сайту http://www.rosto-dosaaf.ru/sv4/159/index.html)

8. Дирижабли Германии (цит. по сайту http://info.dolgopa.org/album/06_17.htm)

9. Graf Zeppelin: кругосветный перелет 1929 года (цит. по сайту http://www.aviaport.ru/news/2004/07/27/81970.html )

10. Первый кругосветный перелёт на вертолёте. (цит. по сайту http://skypioneers.kiev.ua/roll/record/?59)

11. Возвращение дирижабля (цит. по сайту http://www.aviaport.ru/news/2005/09/23/95265.html)

12. ТОЛСТЫЕ, ЛЕГКИЕ, МЕРТВЫЕ... "Огонёк" №13, 2003 (цит. по сайту http://www.ogoniok.com/archive/2003/4816/37-52-55/)

13. Рынок дирижаблестроения обретает новое дыхание (цит. по сайту http://www.inventors.ru/index.asp?mode=986)

14. Ка-226 (цит. по сайту http://www.aviaport.ru/directory/aviation/136.html)

15. Многофункциональный самолет Ан-3 (цит. по сайту http://www.aviant.ua/an-3.html )

16. Проект модернизации самолёта Ан-2 (цит. по сайту http://www.mtb.spb.ru/rus/docums/Work/Aviation/projects/an2.html)

17. Пентагон потратит $1 млрд. на дирижабли (цит. по сайту http://www.gazeta.ru/2002/06/01/kz_m53345.shtml)

18. Самолет на солнечной энергии установил новый рекорд высоты (цит. по сайту http://nature.web.ru/db/msg.html?mid=1168198)