Войти
| Прототип Гелиоса | |
|---|---|
 | |
| Прототип Гелиоса в полете | |
| Роль | Беспилотный летательный аппарат |
| Производитель | AeroVironment |
| Первый полет | 8 сентября 1999 г. |
| Статус | Разрушен в 2003 г. |
| Основной пользователь | Программа NASA ERAST |
| Количество построенных | 1 |
| Разработано на основе | NASA Pathfinder, Pathfinder Plus и NASA Centurion |
Helios Prototype был четвертым и последним самолетом, разработанным как часть эволюционной серии солнечных - и беспилотные летательные аппараты на топливных элементах с питанием от систем . AeroVironment, Inc. разработала аппараты в рамках программы НАСА «Самолеты и сенсорные технологии для исследования окружающей среды» (ERAST). Они были созданы для разработки технологий, которые позволят долгосрочным высотным самолетам служить атмосферными спутниками, выполнять задачи исследования атмосферы, а также служить в качестве платформ связи. Он был разработан на базе самолетов NASA Pathfinder и NASA Centurion.
Pathfinder Plus (слева) и Helios Prototype (справа) на рампе Dryden 
Председатель AeroVironment Пол МакКриди показывает поперечный разрез лонжерона крыла AeroVironment / Helios Prototype. NASA Centurion был модифицирован в конфигурацию прототипа Helios, добавив шестую секцию крыла длиной 41 фут (12 м) и пятую опору шасси и систем, став четвертой конфигурацией в серии летающих крыльев на солнечных батареях. самолет-демонстратор, разработанный компанией AeroVironment в рамках проекта ERAST. В большем крыле прототипа Helios было больше солнечных батарей, чтобы обеспечить достаточную мощность для последующих полетов на солнечных батареях. Первый полет самолета состоялся 8 сентября 1999 года.
При разработке прототипа Helios программа ERAST преследовала две цели: 1) устойчивый полет на высотах около 100 000 футов (30 000 м) и 2) продолжительность полета не менее 24 часов, включая по крайней мере 14 часов на высоте более 50 000 футов (15 000 м). С этой целью прототип Helios может быть настроен двумя разными способами. Первый, получивший обозначение HP01, был ориентирован на достижение заданной высоты и питал самолет от батарей и солнечных элементов. Вторая конфигурация, HP03, оптимизировала самолет для увеличения продолжительности полета и использовала комбинацию солнечных элементов, аккумуляторных батарей и модифицированной коммерческой системы водородно-воздушных топливных элементов для работы в ночное время. В этой конфигурации количество двигателей было уменьшено с 14 до десяти.
Используя традиционный поэтапный или ступенчатый подход к летным испытаниям, прототип Helios впервые был запущен в серии опытных полетов с батарейным питанием в конце 1999 года. для проверки характеристик более длинного крыла и характеристик управляемости самолета. Аппаратура, которая использовалась для последующих высотных и длительных полетов на солнечных батареях, также была проверена и откалибрована во время начальных полетов на малых высотах в NASA Dryden.
Моменты полета крыла Helios Prototype после взлета., начав свой первый испытательный полет на солнечной энергии с Тихоокеанского ракетного полигона ВМС США на Кауаи, Гавайи, 14 июля 2001 года. Прототип Helios - это сверхлегкий летающий самолет с размахом крыла. 247 футов (75 м), что больше, чем размах крыльев военного транспорта ВВС США C-5 (222 футов (68 м) или Boeing 747 (195 или 224 футов) (59 или 68 м), в зависимости от модели), два крупнейших действующих самолета, построенных в Соединенных Штатах. Helios с электроприводом изготовлен в основном из композитных материалов, таких как углеродное волокно, графит-эпоксидная смола, Кевлар, пенополистирол и тонкая прозрачная пластиковая обшивка. Главный трубчатый лонжерон крыла изготовлен из карбона. п волокно. Лонжерон, который имеет большую толщину сверху и снизу для поглощения постоянных изгибающих движений, возникающих во время полета, также обернут номексом и кевларом для дополнительной прочности. Ребра крыла также выполнены из эпоксидной смолы и углепластика. Профилированный пенополистирол используется для передней кромки крыла, а прочная прозрачная пластиковая пленка покрывает все крыло.
Прототип Helios имеет ту же хорду крыла 8 футов (2,4 м) (расстояние от передней до задней кромки), что и его предшественники Pathfinder и Centurion. Размах крыльев 247 футов (75 м) дает прототипу Helios соотношение сторон почти 31: 1. Толщина крыла одинакова от кончика до кончика, 11,5 дюймов (29 см) или 12 процентов от длины. хорд, и он не имеет конуса или развертки. Наружные панели имеют встроенный 10-градусный двугранный угол для обеспечения большей поперечной устойчивости самолета. Небольшой поворот вверх на концах задней кромки помогает предотвратить срыв законцовки крыла сваливания при медленных посадках и поворотах. Площадь крыла составляет 1 976 квадратных футов (183,6 м), что дает аппарату максимальную нагрузку на крыло всего 0,81 фунта / кв. футов при полете с полной массой 1600 фунтов.
Самолет «летающее крыло» состоит из шести секций, каждая длиной около 41 фута (12 м). Подкрыльевые капсулы прикреплены к каждому стыку панелей, чтобы нести шасси, систему питания от аккумуляторной батареи, компьютеры управления полетом и приборы для обработки данных. Пять гондол аэродинамической формы сделаны в основном из тех же материалов, что и само крыло, за исключением прозрачного покрытия крыла. Два колеса на каждой кабине составляют фиксированное шасси - жесткие колеса для горного велосипеда сзади и колеса меньшего размера для скутера спереди.
Единственные поверхности управления полетом, используемые на прототипе Helios: 72 скользящие edge элеваторы, обеспечивающие регулировку тангажа. Они охватывают все крыло и приводятся в действие крошечными серводвигателями, связанными с управляющим компьютером самолета. Чтобы развернуть самолет в полете, применяется управление рысканием путем подачи дифференциальной мощности на двигатели - ускорение двигателей на одной внешней панели крыла и замедление двигателей на другой внешней панели. Основным испытанием во время первой серии полетов была оценка дифференциальной мощности двигателя как средства управления по тангажу. Во время нормального крейсерского полета внешние панели крыла Helios изогнуты вверх и придают самолету форму неглубокого серпа, если смотреть спереди или сзади. Эта конфигурация размещает двигатели на внешних панелях крыла выше, чем двигатели на центральных панелях. Повышение скорости двигателей внешней панели заставило самолет понизиться и начать снижение. И наоборот, подача дополнительной мощности на двигатели в центральных панелях заставила Helios наклониться и начать набор высоты.
С 2000 по 2001 год HP01 получил ряд обновлений, включая новую авионику, системы контроля окружающей среды на большой высоте. и SunPower солнечная батарея, состоящая из более чем 62 000 солнечных элементов, установленных на верхней поверхности крыла. Эти элементы имели конструкцию ячейки с задним контактом, в которой провода помещались на нижней стороне элементов, чтобы не препятствовать воздействию солнечного излучения.
Helios с очень высокий двугранный крыло незадолго до разрушения 
Гелиос распадается при падении в сторону Тихого океана 
Обломки Гелиоса в Тихом океане 13 августа 2001 года прототип Гелиоса, управляемый дистанционно Грегом Кендаллом, достиг высоты 96 863 фута. (29 524 м) - мировой рекорд по продолжительному горизонтальному полету крылатого самолета. Достигнутая высота была более чем на 11 000 футов (3400 м) - или более чем на 2 мили (3,2 км) - выше предыдущего рекорда высоты для продолжительного полета крылатого самолета. Кроме того, самолет провел более 40 минут на высоте 96 000 футов (29 000 м).
26 июня 2003 г. прототип Helios разбился и упал в Тихий океан. Океан примерно в десяти милях (16 км) к западу от Гавайских островов Кауаи во время полета для проверки дистанционно пилотируемых систем в рамках подготовки к испытаниям на выносливость, запланированным на следующий месяц.
Утром в день аварии прогнозы погоды показали, что условия были в пределах допустимого диапазона, хотя во время предполетной проверки «годен / запрещен» синоптик дал «очень маргинальное значение». Одной из основных проблем была пара зон сдвига ветра у побережья острова. После отложенного взлета из-за того, что ветер не сместился, как прогнозировалось, Гелиос провел больше времени, чем ожидалось, пролетая через зону низкой турбулентности на подветренной стороне Кауаи, потому что он поднимался медленнее, чем обычно, поскольку ему пришлось бороться с тенями облаков и, как следствие, уменьшением солнечной энергии.
Когда самолет набирал высоту 2800 футов (850 м) за 30 минут полета, согласно последующему отчету о расследовании происшествий, «самолет столкнулся с турбулентностью и превратился в неожиданную, стойкую, высокую двугранную. В результате постоянного высокого двугранного угла самолет стал нестабильным в режиме очень изменяющегося тангажа, в котором отклонения воздушной скорости от номинальной скорости полета почти удваивались за каждый цикл колебаний. Расчетная воздушная скорость самолета впоследствии было превышено, и возникшие в результате высокие динамические давления привели к выходу из строя вторичной конструкции передней кромки крыла на внешних панелях крыла, а также к отрыву солнечных элементов и обшивки на верхней поверхности крыла. Самолет врезался в океан в пределах Испытательный полигон Тихоокеанского ракетного полигона был уничтожен. Большая часть конструкции корабля была восстановлена, за исключением контейнера водородно-воздушного топливного элемента и двух из десяти двигателей, которые затонули в океане.. "
В отчете о расследовании была выявлена основная причина аварии, состоящая из двух частей:
Развитие самолета на солнечных батареях с помощью программы ERAST 
Схема конфигурации водородно-воздушного топливного элемента Helios HP03 | Pathfinder | Pathfinder- Плюс | Centurion | Helios HP01 | Helios HP03 | |
|---|---|---|---|---|---|
| Длина фут (м) | 12 (3,6) | 12 ( 3,6) | 12 (3,6) | 12 (3,6) | 16,5 (5,0) |
| Длина хорды (м) | 8 (2,4) | ||||
| Размах крыла, фут (м) | 98,4 (29,5) | 121 (36,3) | 206 (61,8) | 247 (75,3) | |
| Соотношение сторон | 12 к 1 | 15 к 1 | 26 к 1 | 30,9 к 1 | |
| Коэффициент скольжения | 18 к 1 | 21 к 1 | ? | ? | ? |
| Скорость полета узлы (км / ч) | 15–18 (27–33) | 16,5–23,5 (30,6–43,5) | ? | ||
| Максимальная высота, фут (м) | 71,530 (21,802) | 80,201 (24,445) | н / д | 96863 (29,523) | 65,000 (19812) |
| Вес пустого фунта ( кг) | ? | ? | ? | 1322 (600) | ? |
| Макс. масса фунт (кг) | 560 (252) | 700 (315) | ± 1,900 (± 862) | 2048 (929) | 2,320 (1052) |
| Полезная нагрузка фунт (кг) | 100 (45) | 150 (67,5) | 100–600 (45–270) | 726 (329) | ? |
| Двигатели | электрические, 2 л.с. (1,5 кВт) каждый | ||||
| No. двигателей | 6 | 8 | 14 | 14 | 10 |
| Мощность солнечной энергии (кВт) | 7,5 | 12,5 | 31 | ? | 18,5 |
| Дополнительная мощность | батареи | батареи | батареи | Литиевые батареи | Литиевые батареи, топливный элемент |
Воспроизвести медиа На кадрах показан Helios в воздухе Эта статья содержит материал, первоначально взятый из веб-статьи «Беспилотные летательные аппараты» Грега Гебеля, которая существует в открытом доступе. 
В эту статью включены материалы, являющиеся общественным достоянием с веб-сайтов или документов Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства.
 | за сентябрь 2003 г. На Викискладе есть материалы, связанные с Прототипом Гелиоса. |
