Композитные дирижабли

Hybrid Air Vehicles ( Великобритания) одна из компаний, которая занялась этой нишей рынка и разработала свой гибридный летательный аппарат Airlander10.

Как сообщалось, основная технология изначально разрабатывалась (в сотрудничестве с Northrop Grummer) в качестве разведывательной платформы для программы вооруженных сил США Long Endurance Multi Intelligence Vehicle (LEMV)

Когда финансирование было свернуто, компания Hybrid Air Vehicles выкупила прототип , вернув его в Великобританию и приступила к его переоборудованию для гражданского использования хотя получившееся в результате воздушное судно внешне похоже на гигантский дирижабль из прошлого, его разработчики предпочитают термин « легче, чем воздушное транспортное средство» и подчеркивают, что на самом деле он заимствует технологии не только из конструкции дирижабля, но так же из конструкции самолетов и вертолетов.

В ноябре 2017 года после серии все более успешных испытательных полетов Airlander 10, гибридный летательный аппарат, разработанный в Великобритании, потерпел неудачу, которая удручающе знакома всем, кто хоть как-то связан или просто интересуется аэрокосмической отраслью. Выйдя из ангара на базе в Кардингтоне, гигантский 92-метровый дирижабль внезапно сдулся и рухнул на аэродром, вызвав бурную реакцию очевидцев и шквал газетных заголовков, которые ошибочно сравнивали Airlander 10 с печально известным детищем графа Цеппелина.

Жесткие дирижабли построенные немецким генералом Фердинандом Фон Цеппелином доминировали в отрасли с 1910 года до хорошо известной катастрофы Гинденбурга 6 мая 1937года, когда судно загорелось и разбилось, в результате чего погибли 35 из 47 человек. После чего дирижабли исчезли из широкого использования и их место очень быстро заменили самолеты.

В отличие от злополучного LZ12S Hindenburg в котором использовался водород, в современных версиях дирижаблей используется гелий, инертный газ, который не загорается и конструктивно распределен по нескольким камерам.

Аirlander10, двухкорпусной летательный аппарат в составе конструкции которого широко используются композиционные материалы, состоит из нежесткой оболочки/камеры — основной конструкции, которая удерживает гелий под давлением и придает транспортному средству эллиптическую форму; четырех двигателей, которые работают на дизельном топливе и модуль полезной нагрузки (кабина), прикрепленная к днищу гелиевой камеры.

Если взглянуть на дирижабль, то можно увидеть, что он не военно-спартанский и не сугубо утилитарный, как региональные самолеты. Белый Airlander10 эллиптической формы это своего рода сочетание экскурсионного автомобиля и роскошного плавучего отеля с восемью отдельными двухместными каютами с ванными комнатами, каждая с панорамными окнами, рестораном, гостиной и баром. В большой общей зоне есть панорамные окна и специальный смотровой зал со стеклом с обеих сторон и вместо пола.

Транспортное средство с коротким взлетом/посадкой использует комбинацию плавучей подъемной силы от гелия, аэродинамической подъемной силы ( от воздушного потока) и векторной тяги от двигателей. Подъем обеспечивает заполненная гелием воздушная камера объемом 45300 м3, длина которой примерно равна футбольному полю.

4 пропеллера, приводимых в движение дизельными двигателями могут разгонять дирижабль до 130 км/час, а крейсерская скорость 93 км/в час.

Возможность вертикального взлета и посадки могут открыть доступ к таким труднодоступным местам, как Северный полюс или Макгадикгади-Пан в Ботсване где взлетно-посадочные полосы невозможны. Airlander10 может приземляться на любую плоскую поверхность, включая приводнение. Приземляется воздушный корабль на «велосипедной» скорости около 33 км в час, в отличие от типичной скорости приземления самолета — 274 км в час. Airlander10 имеет дальность полета 7400 км , максимальную скорость 130 км/час и может оставаться в воздухе до 5 дней и способен перевозить до 100 пассажиров или до 10 тонн груза.

Из чего же сделан Airlander10?

Cлои камеры аэростата выполнены из сочетания высокоэффективной мультифиламентной пряжи Vectran , сотканной из жидкокристаллического полимера ( ароматического полиэфира), полиэфирной пленки Mylar и поливинилфторидной пленки Tedlar, для прочности, удержания гелия и долговечности.

Жесткие конструкции Airlander10, включая компоненты хвостового оперения, выполнены из тканого препрега на основе стекловолокна и отверждены внеавтоклава при низких температурах.

Модуль полезной нагрузки, каналы задних двигателей и передние пилоны изготовлены из препрега на основе углеродного волокна, отвержденного также вне автоклава.

Базовый модуль полезной нагрузки ( кабина) имеет длину около 23 метров и ширину около 4 метров, поэтому разработчики отказались от автоклава.

Производство Airlander10 организовано по системе «Умное производство»: компания Hybrid Air Vehicles выступает интегратором и имеет гибкую сетку подрядных организаций — изготовителей компонентов воздушного судна.

Airlander 10 интересен не только использованием композитных материалов. В настоящее время компания работает над интеграцией технологии топливных элементов для достижения сверхнизких и нулевых выбросов углерода. Благодаря плавучей подъемной силе и четырем дизельным двигателям транспортное средство в настоящее время генерирует на 75% выбросов меньше, чем стандартные самолеты и вертолеты.

Airlander 10 оснащен четырьмя дизельными двигателями. Следующая версия Airlander 10 будет иметь 2 передних дизельных двигателя и 2 электродвигателя сзади.

Для разработки двигателя был создан проект HAV1 в партнерстве с компанией Collins Aerospace и Ноттингемским Университетом. В рамках проекта был изготовлен прототип двигателя мощностью 500 кВт , который был представлен на международном авиасалоне в Фарнборо 2022. Компания Collins Aerospace продемонстрировала рабочий прототип двигателя, который прошел наземные испытания. Разработчики нацелены на удельный уровень мощности 9 кВт на кг и КПД 98% за счет использования новой топологии двигателя и композитной конструкции.

Полученные результаты привели к открытию еще одного проекта — разработке двигателя на водородных топливных элементах.

Используемые топливные элементы — с применением протонообменной мембраны. Водород в сжатом или криогенном виде пропускается через моноэлектродные блоки и в результате химической реакции на протонообменной мембране в присутствии катализатора вырабатывается электроэнергия.

В составе топливного элемента с протонообменной мембраной используется фторсодержащий сополимер ( для самой мембраны) и углеродное волокно ( в виде носителя для катализатора и в составе биполярных пластин).

Однако, по мнению разработчиков, внедрение водородных топливных элементов сопряжено со следующими трудностями:

Проект не может найти производителя топливных элементов заявленной мощности с подтвержденным опытом и надежностью силовой установки. Самое близкое- проект ZeroAvia, у которой на настоящее время есть прототип силовой водородной установки для самолета на 16 пассажиров.

В большинстве случаев, водород, использующийся в качестве топлива — «голубой», то есть водород, полученный путем паровой конверсии метана, но при условии улавливания и хранения углерода, что дает примерно двукратное сокращение выбросов углерода.

А для проекта важно использование «зеленого» водорода, то есть полученного с помощью энергии ветра или солнечных батарей.

Команда проекта фокусируется на использовании водорода, сжиженного под давлением, но также рассматривает криогенный водород. К 2030году команде Airlander10 потребуются резервуары для хранения водорода под давлением около 600 бар, которые имеют максимально легкий вес.

По данным Hybrid Air Vehicles новый дирижабль будет иметь гораздо более низкий расход топлива по сравнению с большинством самолетов, которые в настоящее время эксплуатируются. За счет применения гибридного двигателя выбросы углекислого газа в атмосферу снизятся на 90%, а к 2030му году полеты на дирижаблях будут с нулевым выбросом углерода.

Зрелость проекта Airlander 10 оценивается как TRL7, летные испытания успешно пройдены и отмечается высокий уровень технологической готовности. Воздушный корабль близок к стадии серийного производства. Уже получено одобрение от проектной организации и производственной организации Управления Гражданской Авиации Великобритании.

Теперь Airlander 10 предстоит получить сертификат для глобальной эксплуатации.

Уже несколько компаний представили программы воздушных круизов. Например, шведская компания Ocean Sky анонсирует первый воздушный круиз на февраль 2024. До 16 пассажиров, а также 8 членов экипажа, включая 4 пилотов, шеф-повара и руководителя экспедиции отправятся из Лонгйира на норвежском архипелаге Шпицберген до Северного полюса в кабине площадью почти 200 м², прикрепленной к массивной воздушной камере, наполненной гелием.

Эта кабина немного больше, чем 2 самолета Боинг 737 МАХ, поставленные рядом параллельно друг другу. Дирижабль совершит полет длительностью 15 часов на высоте около 300 метров, чтобы путешественникам было удобно наблюдать проплывающие под ними пейзажи через специальное смотровое окно в полу кабины. Далее, воздушное судно сделает остановку на 6 часов для наземной экскурсии по Северному плюсу и ужина, а затем экспедиция отправится в обратный 15ти часовой путь.

Также в разработке находится 6-ти дневный маршрут по Южной Африке, который начинается в Виндхук, Намибия ( или Ливингстон, Замбия), затем приземляется на побережье Скелетов в Намибии, в дельте Окаванго в Ботсване и у водопада Виктория на границе Замбии и Зимбабве, а затее возвращается обратно.

Технологии изготовления компонентов и сборки воздушного судна разрабатывались на протяжении 10 лет.

Чуть более 3 лет спустя после первого неудачного полета, которые компания посвятила доработке и оптимизации конструкции, команда разработчиков воздушного корабля Airlander 10 снова заявляет о готовности к сертификации для допуска к коммерческим полетам.

«Мы строим самолет не для трансатлантических перелетов, а для региональной мобильности. Где пассажиры путешествуют на высоте 500-600 км между Ливерпулем и белфастом» сказал технический директор компании.

AirNostrum крупнейший авиаперевозчик Испании заявил о намерении быть первым покупателем дирижабля AirLander10. Компании подписали соглашение о том, что Air Nostrum будет первым покупателем дирижабля, несмотря на то, что воздушное судно еще не прошло сертификацию. Первый Airlander10 будет доставлен в Испанию в 2026году и еще 10 дирижаблей в течение 5 лет.