Airlander 10 para veículos aéreos híbridos - Hybrid Air Vehicles Airlander 10

Airlander 10
Airlander 10 Hangar.JPG
The Airlander 10 em Cardington Hangar em 21 de março de 2016
Função Dirigível híbrido
origem nacional Reino Unido
Fabricante Veículos Aéreos Híbridos
Primeiro voo 7 de agosto de 2012 (como HAV 304)
Status Protótipo
Número construído 1

O Hybrid Air Vehicles Airlander 10 , originalmente desenvolvido como HAV 304 , é um dirigível híbrido projetado e construído pelo fabricante britânico Hybrid Air Vehicles (HAV). Composto por um dirigível de hélio com asas auxiliares e superfícies de cauda, ​​ele voa usando sustentação aerostática e aerodinâmica e é movido por quatro hélices duto acionadas por motor diesel .

O HAV 304 foi originalmente construído para o programa Long Endurance Multi-intelligence Vehicle (LEMV) do Exército dos Estados Unidos . Seu vôo inaugural ocorreu em 2012 em Lakehurst, New Jersey , nos Estados Unidos . Em 2013, o projeto LEMV foi cancelado pelo Exército dos EUA.

O HAV readquiriu o dirigível e o trouxe de volta ao Aeródromo de Cardington, na Inglaterra. Ele foi remontado e modificado para uso civil, e nesta forma foi redesignado como Airlander 10. A aeronave modificada completou os testes de certificação de projeto antes de ser cancelada quando se soltou de suas amarras devido a um vento forte em 18 de novembro de 2017 no Aeródromo de Cardington.

A produção do Airlander 10 está planejada para 2025.

Desenvolvimento

HAV 304 e o requisito LEMV

HAV 304 em voo, agosto de 2012

Durante a década de 1990, a empresa Hybrid Air Vehicles (HAV) com sede no Reino Unido formou uma parceria com a empresa aeroespacial e de defesa Northrop Grumman dos EUA para promover o tipo nos mercados de defesa, especialmente nos EUA.

Após a demonstração bem-sucedida do demonstrador de pequena escala HAV-3 , e com a Northrop Grumman como o proponente principal, o conceito de dirigível híbrido foi aceito para o projeto US Long Endurance Multi-intelligence Vehicle (LEMV), em preferência ao Lockheed Martin P -791 que também foi enviado.

O programa LEMV pretendia demonstrar um veículo aéreo não tripulado de média altitude e longa duração, capaz de fornecer suporte de Inteligência, vigilância, aquisição de alvos e reconhecimento (ISTAR) para tropas terrestres. Além de HAV, os subcontratados do Reino Unido e dos EUA incluíam Warwick Mills (engenharia e desenvolvimento de tecidos), ILC Dover (desenvolvimento de engenharia especializada e serviços de manufatura), subsidiária da Textron AAI Corporation (US Army OneSystem UAV / estação de controle de aeronaves de vigilância e distribuição de informações), Stafford Aero Technologies ( sistemas de controle de vôo ) e SAIC (processamento de vídeo full-motion). A Northrop Grumman foi responsável pela integração das várias cargas eletro-ópticas / infravermelhas , inteligência de sinais , radar e relé de comunicações para o dirigível.

Requisitos operacionais

Os requisitos incluíram a capacidade de operar a seis quilômetros (20.000 pés) acima do nível médio do mar, um raio de ação de 3.000 quilômetros (1.900 milhas) e uma disponibilidade na estação de 21 dias, fornecer até 16 quilowatts de energia elétrica para carga útil , ser independente da pista e transportar vários sensores diferentes ao mesmo tempo. De acordo com o Exército dos EUA, o LEMV deveria ser uma plataforma multi-missão recuperável e reutilizável. Ele poderia ser localizado adiante para suportar operações geoestacionárias estendidas de locais austeros e capaz de comando e controle além da linha de visão. O protótipo em desenvolvimento surgiu como o HAV 304, um dirigível cheio de hélio com cascos duplos conjugados com uma capacidade interna total de 38.000 m 3 (1.300.000 pés cúbicos). Com um comprimento total de 91 metros (299 pés), o dirigível era mais longo do que qualquer rival contemporâneo. No entanto, vários dirigíveis de meados do século 20 eram mais longos: por exemplo, os dirigíveis alemães da classe Hindenburg tinham 245 metros (804 pés) de comprimento. O dirigível não rígido "maior de todos os tempos", o dirigível militar aerotransportado da era dos anos 1950 ZPG-3W da Marinha dos EUA , era mais comprido com 123 m (404 pés) e maior, com um envelope de 42.450 metros cúbicos (1.499.000 pés cúbicos) capacidade.

Operacionalmente, o LEMV foi projetado para ser voado normalmente de forma autônoma ou como uma aeronave operada remotamente ; por ser transportado para teatros de operação ou dentro do espaço aéreo civil normal, o dirigível também pode ser pilotado por operadores a bordo. De acordo com as projeções da Northrop, um LEMV poderia fornecer o trabalho equivalente a 15 aeronaves de asa fixa de média altitude .

O LEMV foi projetado para ser capaz de uma ampla variedade de funções, incluindo recursos aprimorados de ISR (Inteligência, vigilância e reconhecimento), além de comunicações de linha de visão e coleta de inteligência de sinais . Ele se integraria aos centros de comando das estações terrestres existentes e aos equipamentos usados ​​pelas tropas terrestres em bases operacionais avançadas, disponibilizando seus dados para vários usuários e analistas e reduzindo a falta de informações durante as operações.

Airlander 10 no solo, agosto de 2016

O LEMV seria capaz de operar, como um helicóptero, a partir de pequenas bases avançadas. Esperava-se que seu custo operacional e resistência fossem melhores do que outras opções de vigilância.

O dirigível poderia servir como um retransmissor de comunicação estável, garantindo que grupos de soldados em áreas montanhosas nunca perdessem o contato uns com os outros, mesmo que não tivessem linha de visão direta entre si. O LEMV poderia ter rastreado comboios importantes, estradas importantes ou outras infraestruturas importantes como escoltas de vigilância semipermanentes, monitorar uma área urbana de interesse para se preparar para grandes batalhas ou reforçar a segurança, ou focar no fechamento de pontos de estrangulamento na fronteira. O LEMV teria permitido ao DoD americano voar com as cargas úteis mais avançadas tecnologicamente no curto prazo, conforme elas se tornassem disponíveis.

Conversão do Airlander 10

Após o cancelamento do projeto LEMV, o HAV 304 esvaziado foi recomprado pela HAV, retornou ao Reino Unido e foi colocado no hangar no Aeródromo de Cardington . Lá foi remontado, remodelado e modificado para um papel mais geral; consequentemente, a aeronave não era mais um exemplo do design do HAV 304, tendo sido reconstruída no protótipo Airlander 10 em vez disso.

O Airlander 10 foi projetado principalmente para uso civil. No entanto, ele pode, como o HAV 304, ser equipado para uma ampla variedade de funções de defesa.

Projeto

Visão geral

Airlander 10 no Hangar Um no Aeródromo de Cardington , janeiro de 2016

O HAV 304 / Airlander 10 é um dirigível híbrido , que alcança a sustentação e, portanto, o vôo por meio de forças aerostáticas e aerodinâmicas . Ao contrário da maioria dos projetos de dirigíveis, não possui seção transversal circular, tendo adotado uma forma elíptica com casco arredondado e achatado. Essa modelagem é deliberada para que atue como um corpo de levantamento , contribuindo para a elevação aerodinâmica enquanto o dirigível está em movimento para a frente; gerando até metade da sustentação do dirigível de maneira semelhante à de um avião de asa fixa convencional . A flutuabilidade também é fornecida pelo hélio contido no envelope, cuja pressão mantém a forma única do dirigível , entre 60% e 80% do peso da aeronave é suportado pelo hélio mais leve que o ar. O Airlander 10 é equipado com um conjunto de patins pneumáticos projetados para permitir que a aeronave pouse e decole em uma grande variedade de terrenos, bem como na água.

O Airlander 10 é capaz de permanecer no ar por cinco dias enquanto tripulado e mais de duas semanas quando não tripulado. O tipo tinha potencial para várias aplicações civis e militares; isso inclui fins de transporte, realização de vigilância aérea, atuação como um retransmissor de comunicações, apoio a operações de socorro em desastres e vários serviços de passageiros, como voos de lazer e tarefas VIP de luxo . Muitas dessas funções podem envolver configurações diferentes do módulo de missão do dirigível. Northrop também disse que o LEMV poderia ser usado como uma aeronave de carga, alegando que tinha flutuabilidade suficiente para transportar 7 toneladas (7.000 kg; 15.000 lb) de carga de 3.900 km (2.400 mi) a 50 km / h (30 mph). De acordo com o HAV, o projeto permitiria aos operadores escolher entre a resistência e a capacidade de carga, transportando até um máximo de 14.000 kg (30.000 lb) de carga.

Convés de voo e controles

O Airlander 10 possui uma cabine de comando de tamanho considerável com quatro grandes janelas do chão ao teto, proporcionando um alto nível de visibilidade externa. Embora o dirigível tenha sido originalmente concebido para ser não tripulado , o HAV adotou uma abordagem opcionalmente pilotada como resultado do interesse do cliente em tais operações. Em 2015, foram instaladas posições para um único piloto e um observador no Airlander 10; O HAV pretende adotar uma configuração de piloto duplo junto com uma maior prevalência de controles e instrumentação estilo cockpit de vidro no futuro. O dirigível é controlado por um manete lateral montado no lado direito, algo semelhante ao de uma aeronave de asas rotativas ; não há pedais de leme , o manete lateral sendo automaticamente subordinado às aletas . Aviônicos construídos pela Garmin fornecem a cabine; a suíte inclui um sistema de circuito fechado de televisão que permite ao piloto ver os motores distantes.

As unidades de propulsão e as superfícies voadoras são ambas conectadas ao sistema de controle de vôo via fly-by-optics , usando cabos de fibra ótica para lidar com eficiência com a vasta escala do veículo. Os controles do piloto são vários interruptores e potenciômetros , que são conectados ao Sistema de Controle de Voo para produzir sinais digitais codificados em pulsos de luz por um dos três FCS-Masters e transmitidos para o (s) Satélite (s) FCS apropriado (s) localizado (s) ao redor do veículo. Esses 11 satélites FCS, então, se conectam eletricamente ao equipamento apropriado, incluindo atuadores de superfície voadora, controles do motor, distribuidores de energia secundários, etc. As saídas dessas várias unidades também fazem o caminho de retorno de volta para a cabine de comando através do Sistema de Controle de Voo para fornecer feedback ao piloto nas condições do motor, posições de superfície de vôo, condições de potência secundária, etc. A transição entre os vários modos de vôo do veículo é regulada diretamente pelo sistema de controle de vôo, permitindo que o veículo seja operado localmente, remotamente ou em uma configuração não tripulada. De acordo com o HAV, o desenho do regime de controle de vôo foi facilitado pela estabilidade natural do pêndulo da aeronave.

Estrutura

O casco do dirigível é composto por uma pele feita de uma combinação de três camadas de materiais compostos . A pele mantém o gás e fornece rigidez para que a embarcação mantenha sua forma quando inflada. Os quatro motores, barbatanas e a cabine de comando são fixados diretamente nele. Os materiais usados ​​incluem Vectran , Kevlar , Tedlar , Poliuretano e Mylar ; a camada de Mylar, envolvida por camadas de filme de poliuretano, forma a barreira de gás do dirigível. O Airlander 10 possui apenas diafragmas e balonetes (veja abaixo) como estrutura interna; o peso do módulo de carga útil é distribuído por cada estrutura por meio de cabos que passam pelo casco também. De acordo com o Diretor Técnico do HAV Mike Durham, toda a resistência estrutural do dirigível é derivada do fato de ser inflado até um pouco acima da pressão atmosférica com um diferencial de pressão manométrica de água de 4 polegadas (cerca de 0,15 psi, 1 kPa ou 1% de uma atmosfera padrão) ; esta resistência é devida ao diâmetro do vaso, apesar do diferencial de pressão relativamente baixo.

O casco é dividido internamente por diafragmas em um total de seis compartimentos principais com subdivisões adicionais; essas divisões podem ser lacradas em caso de emergências, como danos em batalha sofridos, permitindo que a maior parte do hélio do dirigível e, portanto, a capacidade de elevação sejam retidos. Os balões são alojados dentro desses compartimentos para regular a pressão do gás; estes são inflados no solo para aumentar a densidade e reduzir a sustentação. Não é permitido que o ar e o hélio se misturem nos balões, permitindo assim que cada um seja equipado com válvulas e ventiladores para aumentar e diminuir o volume de ar de forma independente; esta abordagem é reivindicada pelo HAV como sendo única para o dirigível.

De acordo com estimativas realizadas pela Northrop, a maior ameaça prevista para o HAV 304 são as condições climáticas adversas, como ventos fortes ou tempestades, que podem atingir a aeronave. A ameaça representada pelas condições de vento é em parte devido à sua vasta área de superfície em comparação com a maioria das aeronaves; em particular, as operações terrestres são mais difíceis em tais condições, mas não se pensa que cheguem ao ponto de se tornarem impossíveis. De acordo com o piloto de teste-chefe do HAV David Burns, o perigo dos mísseis era relativamente baixo, pois eles podem passar pela aeronave sem forçá-la para baixo. A pele é supostamente capaz de lidar com fogo de armas pequenas e outras causas de rasgo devido a um nível de redundância embutida e a diferença de pressão relativamente baixa entre o interior e o exterior do casco.

Propulsão

O Airlander 10 é movido por um total de quatro motores a diesel Thielert Centurion 325 hp (242 kW) V8 que acionam conjuntos de hélices de duto de três pás para fornecer o empuxo para vôo e manobra. Esses motores são posicionados em pares, sendo um conjunto localizado na parte traseira do dirigível, enquanto o outro é posicionado ao lado das laterais da fuselagem dianteira, montado em asas de ponta. Cada motor é fornecido com um gerador de 67 hp (50 kW) , que fornece energia elétrica para o dirigível e seus sistemas de missão. O conjunto para cada um dos motores montados lateralmente pode ser girado 20 graus em qualquer direção, vetorizando o empuxo para fornecer controle de vôo, particularmente durante a aterrissagem e decolagem; os motores montados na parte traseira são fixos. Ao empregar a vetorização de empuxo, os motores podem direcionar seu empuxo para baixo para fornecer sustentação adicional durante a decolagem. Uma série de quatro palhetas variáveis ​​de formato triangular são posicionadas atrás dos motores para fornecer maior autoridade de controle, redirecionando o impulso dos motores traseiros sobre as aletas da cauda .

Durante o cruzeiro em altitude, a propulsão pode ser trocada para um acionamento elétrico mais eficiente alimentado pelo gerador central do dirigível. Devido à abordagem de sustentação híbrida aerostática / aerodinâmica, o combustível pode ser gasto sem entrar em um estado de flutuabilidade positiva que exigiria a ventilação de hélio de rotina para pousar, um ponto fraco caro presente em dirigíveis convencionais. O combustível está contido principalmente no compartimento do módulo principal de combustível de 12 metros (40 pés) de até nove toneladas de combustível; o tanque principal é complementado por tanques traseiros e dianteiros separados, contendo até quatro toneladas (4.000 kg; 8.800 lb) . Para otimizar a eficiência de cruzeiro, o ângulo de incidência pode ser ajustado bombeando combustível entre os tanques dianteiro e traseiro.

Histórico operacional

O projeto LEMV e o HAV 304

O HAV 304 durante seu voo inaugural em agosto de 2012

Em 14 de junho de 2010, foi assinado o acordo para o desenvolvimento do projeto entre o Comando de Defesa Espacial e de Mísseis dos Estados Unidos / Comando Estratégico das Forças do Exército dos EUA e a Northrop Grumman. O acordo também incluiu opções para adquirir duas aeronaves adicionais. O cronograma para LEMV era um cronograma de 18 meses começando em junho de 2010 que incluía a inflação de veículos por volta do mês 10. A caracterização operacional adicional teria ocorrido em Yuma Proving Ground , Arizona, no mês 16. O custo do projeto entre $ 154 milhões e $ 517 milhões, dependente de todas as opções. O custo incluiu o projeto, desenvolvimento e teste do sistema de dirigíveis em um período de 18 meses, seguido pelo transporte para o Afeganistão para avaliação militar.

Ao longo do desenvolvimento, foram encontrados desafios tecnológicos e vários atrasos. Em outubro de 2011, a publicação aeroespacial Flight International informou que o LEMV estava programado para realizar seu primeiro vôo em novembro de 2011, três meses depois do originalmente planejado. De acordo com relatos da mídia, o primeiro vôo do LEMV foi reprogramado no início de junho de 2012; no entanto, problemas não especificados atrasaram novamente o voo até agosto de 2012.

O LEMV exigia pelo menos 300 m (1.000 pés) de pista (violando o requisito independente de pista) e um ponto de amarração com uma área plana e livre de 100 m (300 pés) em torno da qual estacionar, o que os impedia de operar no máximo bases grandes e todas as bases pequenas.

Em 7 de agosto de 2012, o LEMV, com a matrícula do Exército dos EUA 09-009, realizou seu voo inaugural sobre a Base Conjunta McGuire-Dix-Lakehurst , em Nova Jersey. O vôo durou 90 minutos e foi realizado com uma tripulação a bordo, sendo pilotado pelo Piloto de Testes Chefe David Burns. O objetivo primário do primeiro vôo era realizar um lançamento e recuperação seguros com um objetivo secundário para verificar a operação do sistema de controle de vôo. Os objetivos iniciais de vôo adicionais incluíam testes e demonstração de aeronavegabilidade e verificação de desempenho de nível de sistema. Neste ponto, a implantação de combate do LEMV no Afeganistão foi projetada para ocorrer no início de 2013.

Dois meses após o vôo de teste, o Exército dos EUA declarou que tinha preocupações sobre o envio do dirigível para o exterior; estes incluíam segurança, transporte para o teatro de operações e o cronograma de implantação. O Exército dos EUA planejou demonstrar o primeiro LEMV no Afeganistão 18 meses após a assinatura do contrato; a certa altura, as propostas incluíam planos para construir mais cinco dirigíveis após a conclusão da missão. Em outubro de 2012, o Government Accountability Office (GAO) declarou que o projeto LEMV estava 10 meses atrasado devido a uma combinação de fatores, incluindo problemas com a produção de tecidos, componentes estrangeiros sendo liberados pela alfândega e o impacto de condições climáticas adversas.

Em 14 de fevereiro de 2013, o Exército dos EUA confirmou que havia cancelado o esforço de desenvolvimento do LEMV. Em uma declaração feita por um porta-voz do Comando de Defesa Espacial e Mísseis do Exército dos EUA, o cancelamento foi resultado de desafios técnicos e de desempenho que foram encontrados, bem como restrições de recursos que entraram em vigor. O conhecimento prático e teórico adquirido foi redirecionado do programa LEMV para o programa JLENS .

Reaquisição e o protótipo do Airlander 10

O protótipo Airlander 10, G-PHRG Martha Gwyn , em agosto de 2016

O Exército dos EUA acreditava que os dados técnicos e o software de computador do projeto poderiam ser úteis para projetos futuros, mas que vendê-los economizaria dinheiro. A Hybrid Air Vehicles expressou interesse em comprar o dirigível, dizendo que queriam usá-lo para voos em climas frios e outros testes para o desenvolvimento de seu proposto dirigível de carga "Airlander 50" de 50 toneladas. A oferta do HAV incluía aviônicos básicos, mastros de amarração e motores sobressalentes, mas não o equipamento especializado ou hélio. Com esta a única oferta sobre a mesa, em setembro de 2013 o Pentágono vendeu o dirigível LEMV de volta ao HAV por $ 301.000.

O dirigível esvaziado foi devolvido ao Reino Unido, onde passou por remontagem e modificação como protótipo do Airlander 10 no Aeródromo de Cardington . Em abril de 2014, o HAV anunciou que estava formando uma equipe da indústria com Selex ES e QinetiQ para desenvolver e demonstrar as capacidades de sensor do Airlander 10, e que um período de demonstração de três meses para o Ministério da Defesa do Reino Unido foi planejado. Um uso sugerido é como uma nave-mãe para o lançamento de vários UAVs.

Em abril de 2014, foi anunciado que tanto a Agência Europeia para a Segurança da Aviação (EASA) e a Autoridade de Aviação Civil (CAA) do Reino Unido haviam aprovado as permissões necessárias para o Airlander 10 retornar ao voo. A certa altura, o HAV pretendia que o dirigível tivesse concluído a remontagem e estivesse pronto para voos de teste em dezembro de 2014; no entanto, houve atrasos enquanto se buscava financiamento adicional de entidades comerciais e governamentais. O projeto recebeu financiamento do Reino Unido e da UE para apoiar o desenvolvimento do dirigível, totalizando £ 7 milhões até março de 2016. Crowdfunding de membros do público em geral também arrecadou £ 2,1 milhões.

Registrado novamente como G-PHRG, em 21 de março de 2016, o Airlander 10 totalmente montado foi apresentado ao público; neste ponto, o HAV anunciou que o tipo seria oferecido para uso civil e militar no futuro. O Airlander 10 também servirá como protótipo para uma versão ainda maior do dirigível, conhecido como Airlander 50 . De acordo com relatos, vários clientes militares mostraram interesse em usos potenciais para o tipo, incluindo em uma configuração não tripulada projetada. Batizado de Martha Gwyn em homenagem à esposa do presidente da empresa, o dirigível tornou-se popularmente conhecido como "o vagabundo voador" pela "semelhança que sua frente rechonchuda compartilha com a traseira de um humano".

Em 17 de agosto de 2016, o primeiro voo de teste ocorreu na base da aeronave, Cardington Airfield em Bedfordshire , Inglaterra , e durou 30 minutos. Durante a aproximação final ao mastro de amarração no final de seu segundo voo de teste em 24 de agosto de 2016, o cabo de amarração do dirigível ficou emaranhado em fios e o nariz atingiu o solo, danificando a cabine. A tripulação saiu ilesa.

O Airlander 10 foi reparado e equipado com "pés" infláveis ​​projetados para serem implantados em 15 segundos, para proteger a cabine em um pouso de emergência. Ele retomou os testes de voo em 10 de maio de 2017. Em 13 de junho de 2017, durante seu quarto voo de teste, o Airlander atingiu uma altitude de 3.500 pés (1.070 m).

Em 18 de novembro de 2017, o dirigível se soltou de suas amarras com um vento forte, puxando automaticamente um painel de proteção de segurança para que esvaziasse e caísse no chão. Duas pessoas sofreram ferimentos leves. Em janeiro de 2019, foi anunciado que a aeronave havia coletado dados suficientes para concluir seu programa de testes e certificação e seria aposentada.

Versão de produção do Airlander 10

Após os voos de teste do protótipo, o Airlander 10 recebeu a aprovação da organização de produção CAA e a aprovação da organização de design EASA .

A partir de janeiro de 2020, a empresa está planejando fabricar um lote de dirigíveis híbridos Airlander 10, de padrão de produção, certificados. Em comparação com o protótipo, eles foram planejados para apresentarem resistência aerodinâmica reduzida, trem de pouso aprimorado e uma cabine de carga útil maior. A HAV estima que a pegada de CO2 por passageiro no Airlander 10 será de cerca de 4,5 kg, em comparação com cerca de 53 kg por passageiro em um avião a jato.

Especificações técnicas

HAV 304

Fonte:

  • Comprimento: 91 m (298 pés 7 pol.)
  • Largura: 34 m (111 pés 7 pol.)
  • Altura: 26 m (85 pés 4 pol.)
  • Envelope: 38.000 m 3 (1.300.000 pés cúbicos)
  • Motores: quatro × 350 hp (260 kW), diesel V8 superalimentado de 4 L

Airlander 10

Dados de hybridairvehicles.com

Características gerais

  • Capacidade: 10.000 kg (22.050 lb)
  • Comprimento: 92 m (302 pés 0 pol.)
  • Envergadura: 43,5 m (143 pés 0 pol.)
  • Altura: 26 m (85 pés 0 pol.)
  • Volume: 38.000 m 3 (1.340.000 pés cúbicos)
  • Peso bruto: 20.000 kg (44.100 lb)
  • Peso máximo de decolagem: 33.285 kg (73.381 lb)
  • Central de potência: motores a diesel V8 turboalimentados de 4 × 4 litros, 242 kW (325 HP) cada

atuação

  • Velocidade de cruzeiro: 148 km / h (92 mph, 80 kn)
  • Resistência: 5 dias tripulado
  • Teto de serviço: 6.100 m (20.000 pés) Velocidade de
    deslocamento de 20 nós (37 km / h)

Veja também

Referências

links externos