NASA Helios

NASA Helios ( NASA Helios Prototype - Helios - lennon prototyyppi , julkaistu NASA - ohjelman puitteissa ) on kokeellinen miehittämätön lentokone , joka käyttää aurinkopaneelien ja polttokennojen energiaa toimiakseen .

Neljäs ja viimeinen prototyyppi, joka on rakennettu osana peräkkäistä miehittämättömien ilma-alusten sarjaa, kehitettiin aiempien mallien - NASA Pathfinder ja NASA Centurion - pohjalta . AeroVironment , Inc. kehitti tämän sarjan osana NASAn suojeluksessa olevaa Environmental Research Aircraft and Sensor Technology (ERAST) -ohjelmaa . Ohjelman tarkoituksena oli kehittää teknologioita "ilmakehän satelliittien" luomiseksi - korkean korkeuden lentokoneita, jotka pystyvät pysymään ilmassa pitkään ja jotka on suunniteltu suorittamaan samanlaisia ​​​​toimintoja kuin keinotekoiset maasatelliitit. Niitä oli tarkoitus käyttää erityisesti ilmakehän prosessien sekä viestintäjärjestelmien toistimien tutkimiseen. [yksi]

Historia

Rakentaminen ja testaus

NASA Helios rakennettiin aiempaan malliin, NASA Centurioniin, lisäämällä kuudes 12 metrin siipiosa ja viides laskuteline. Siitä tuli neljäs prototyyppi teknologian esittelylentokoneiden sarjassa, joka on valmistettu lentävän siiven järjestelmän mukaan ja käyttää aurinkokennoilla. Siiven laajennus edeltäjiin verrattuna mahdollisti laajemman pinta-alan aurinkopaneelien sijoittamisen ja siten riittävän tehon suunnitelluille aurinkovoimalla toimiville kokeellisille lennoille. [1] Prototyyppi lensi ensimmäisen kerran 8. syyskuuta 1999. [2]

Prototyypin rakentamisen aikana oli tarkoitus saavuttaa kaksi eri tavoitetta: 1) varmistaa vakaa lento noin 30 000 m korkeudessa ja 2) varmistaa lento vähintään 24 tuntia, josta vähintään 14 tuntia laitteen piti olla vähintään 15 000 m korkeudessa. Tätä tarkoitusta varten Helios voidaan konfiguroida kahteen eri kokoonpanoon: [3]

• HP01, korkeussuuntautunut kokoonpano, käytti aurinkopaneelien ja akkujen yhdistelmää moottoreiden tehonlähteenä.
• HP03, konfiguraatio, joka on optimoitu maksimaaliseen lennon kestoon, oli aurinkopaneelien, akkujen ja vety-ilmapolttokennojen yhdistelmä tehon tuottamiseksi yöllä. Tässä kokoonpanossa moottoreiden lukumäärää vähennettiin 14:stä 10:een.

Prototyypin lentotestauksessa, joka suoritettiin vuoden 1999 toisella puoliskolla NASAn Hugh L. Dryden Flight Research Centerissä, käytettiin perinteistä vaiheittaista lähestymistapaa ja se sisälsi akkukäyttöisen matalan lento-ohjelman. Sen lisäksi, että vahvistettiin pitkän siiven käyttöön soveltuvuus ja tarkistettiin laitteen lentosuorituskyky, he myös testasivat ja säätelivät antureita ja ohjauslaitteita tulevia kokeita varten maksimikorkeuden ja lennon keston saavuttamiseksi. [yksi]

Records

13. elokuuta 2001 [1] Greg Kendallin etäohjaama Helios saavutti 29 524 metrin korkeuden, joka on nykyinen maailmanennätys jatkuvassa vaakalentokoneessa ilman suihkukonetta. [4] Tämä saavutus ylitti edellisen vastaavan korkeudenennätyksen yli 3 400 metrillä. Lisäksi lentokone vietti yli 40 minuuttia yli 29 000 metrin korkeudessa [1]

Kaatuminen

26. kesäkuuta 2003 koelennolla, jossa testattiin kaukosäädinjärjestelmiä seuraavan kuukauden maksimilentokokeissa, NASA Helios -prototyyppi syöksyi ja syöksyi Tyynellemerelle noin 16 km länteen Havaijin Kauain saaresta . [5] [6]

Onnettomuusaamuna tehty sääennuste osoitti, että sääolosuhteet olivat lentorajojen sisällä. Juuri ennen aikataulun mukaista lentoa ennustajan toimisto kuitenkin kuvaili säätä "lentäväksi, mutta erittäin huonoksi". Yksi suurimmista ongelmista oli pari tuulenleikkausvyöhykettä saaren rannikolla. Lento viivästyi jonkin aikaa, mutta sitä ei peruttu sään puutteesta huolimatta. Lentoonlähdön jälkeen Helios vietti odotettua enemmän aikaa matalan turbulenssin vyöhykkeellä Kauain suojapuolen puolella, kun se nousi tavallista hitaammin. Laitteen käyttäytyminen johtui merkittävästä pilvisyydestä, joka vähensi aurinkopaneelien tehoa ja aiheutti moottorin tehon laskun.

Kone nousi noin 850 metrin korkeuteen ja sitten, kuten onnettomuustutkintaraportissa todetaan:

... noin 30 minuutin lennon jälkeen joutui vakavan turbulenssin vyöhykkeelle ja otti "suunnittelemattoman vakaan konfiguraation vahvalla siipien mutkalla". Tämän siiven muodon seurauksena laite muuttui epävakaaksi useilla eri iskukulmilla, mikä aiheutti vaihtelua vastaantulevan ilmavirran nopeudessa, jolloin huippuarvot olivat noin kaksi kertaa nimellisarvoja suuremmat. Ilmavirran mitoitusnopeuden ylityksen ja siitä aiheutuneiden siiven etureunaan kohdistuvien korkeiden dynaamisten kuormitusten vuoksi siiven ylätason kuori tuhoutui ja siinä sijaitsevat aurinkopaneelit repeytyivät irti. Laite putosi valtamereen koelentoalueella ja romahti kokonaan. Suurin osa rakenteellisista elementeistä nostettiin vedestä, lukuun ottamatta vety-ilma-polttokennoyksikköä ja kahta kymmenestä mereen upponnetusta moottorista [3] .

Tutkintaseloste osoittaa tapahtuneelle kaksi pääasiallista syytä:

• Riittävien analyysimenetelmien puute johti tehtyjen muutosten seurausten epätarkkuuteen, mikä johti ulkoisille vaikutuksille erittäin herkän konfiguraation käyttöön.
• Laitteen konfiguraation muuttaminen suoritettavan ohjelman tehtävien ja teknisten rajoitusten vuoksi johti massojen merkittävään uudelleenjakaumaan ilman suunnittelumuutoksia, mikä alensi luotettavuutta ja turvallisuustasoa. [3]

Rakentaminen

NASA Helios on ultrakevyt lentävä lentokone. Suurin osa rakenteesta tehtiin komposiittimateriaaleista - hiilikuidusta, epoksihartseista, aramidifilamenteista , vaahdosta ja ohuesta läpinäkyvästä muovikalvosta.

Laitteen siiven geometriset parametrit periytyivät edeltäjiltään NASA Pathfinder ja NASA Centurion. Siiven jänne - 2,4 m, profiilin paksuus 290 mm (suhteellinen paksuus - 12 %) ja pysyi muuttumattomana koko pituudeltaan. Siiven takareunassa oli hieman ylöspäin suuntautuva profiili, mikä paransi sen kantokykyä alhaisissa nopeuksissa. Siipirakenteen perustana oli hiilikuidusta valmistettu putkimainen säle , joka on lisäksi vahvistettu osan ylä- ja alaosissa Nomex- ja Kevlar -kuiduilla kompensoimaan siivessä lennon aikana esiintyviä pystysuuntaisia ​​taivutusvoimia. Rivat valmistettiin myös hiilikuidusta (hiilikuitu ja epoksi), siiven etureuna sisälsi vaahtotäyteainetta. Suojana käytettiin läpinäkyvää muovikalvoa.

Prototyypin siipien kärkiväli, noin 75 metriä, ylitti USA:ssa rakennetun suurimman sarjalentokoneen - sotilaskuljetuskoneen C-5:n (67,88 m) ja siviili -Boeing-747 :n (59,6 - 68,5 metristä eri muunnoksilla) - vastaavat ominaisuudet. . Siiven pinta-ala oli 183,6 m², mikä antoi kuorman 3,95 kg/m² ja lentoonlähtöpaino 726 kg. Siipi koottiin kuudesta 12-metrisestä osasta, joiden risteyksessä siitä ripustettiin gondolit - laskutelineiden suojukset. Siiven päätyosat poikkesivat vaakatasosta 10° ylöspäin, jotta lentokoneen sivuttaisvakaus olisi suurempi. Nacellit tehtiin pääosin samoista materiaaleista kuin lokasuojakin, kiinteä laskuteline koostui maastopyörän takapyörästä ja skootterin pienemmästä etupyörästä. Hieman muita suuremmassa keskusgondolissa oli akkuja, polttokennoakku, antureita ja ohjausjärjestelmäyksiköitä.

Laitetta käytti 14 (HP01-konfiguraatiossa) tai 10 (HP03) sähkömoottoria, joiden jokaisen teho oli 1,5 kW. Sähkömoottorit toimivat akuilla - lentoonlähdön aikana, samoin kuin koko lennon ajan alkutestien aikana. SunPowerin valmistamat aurinkopaneelit asennettiin siiven ylätasoon vuoden 2000 alussa ja ne antoivat laitteen moottoreille energiaa lennon aikana sen jatkokäytön aikana. HP03-kokoonpanossa propulsiojärjestelmä oli lisäksi varustettu erityisesti muokatuilla kaupallisilla vety-ilmapolttokennoilla tehon tuottamiseksi yöllä.

Aerodynaamiset ohjaimet koostuivat siiven koko takareunan pituudelta taivutettavista pinnoista, joita ohjattiin servomoottorilla ja joita käytettiin vain kaltevuuden ohjaamiseen . Kääntymisen ohjaamiseen käytettiin moottoreiden työntövoimaa - laitteen kääntämiseen, toisessa siipikonsolissa olevien moottoreiden nopeus kasvoi ja vastakkaisen moottorin nopeus pieneni. Testien aikana tutkittiin myös mahdollisuutta ohjata moottorin työntövoiman ja nousun avulla. Helios-siivessä lennon aikana oli merkittävä mutka, ja äärimmäiset moottorit osoittautuivat korkeammalle kuin ne, jotka sijaitsevat lähempänä rakenteen keskustaa. Tällä kokoonpanolla ulompien moottoreiden työntövoiman lisäys johti nousun laskuun ja pakotti laitteen laskeutumaan, ja keskimmäisten moottoreiden työntövoiman kasvu lisäsi nousua ja tarjosi nousua.

Lennon suorituskyky

Katso myös

• Velis Electro

Muistiinpanot

1. ↑ 1 2 3 4 5 6 NASA Helios -tietolehti . Käyttöpäivä: 11. tammikuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 24. marraskuuta 2010. (määrätön)
2. ↑ NASA Helios -tietolehti - vanha painos; arkistoitu osoitteeseen archive.org
3. ↑ 1 2 3 4 Helios-prototyypin lentokoneonnettomuuden tutkinta Arkistoitu 7. elokuuta 2012 Wayback Machinessa  - Volume 1, TE Noll et al., tammikuu 2004
4. ↑ Ilmailun ja avaruuden maailmanennätykset . Federation Aeronautique Internationale. Haettu 14. lokakuuta 2013. Arkistoitu alkuperäisestä 16. lokakuuta 2013. (määrätön)
5. ↑ "Helios Prototype Solar Aircraft Lost In Flight Mishap", Science Daily , 1. heinäkuuta 2003, katsottu 8. syyskuuta 2003 . Käyttöpäivä: 12. tammikuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 5. maaliskuuta 2016. (määrätön)
6. ↑ Aurinkovoimalla toimiva korkealentokone syöksyi maahan (pääsemätön linkki) . Haettu 11. tammikuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 12. toukokuuta 2008. (määrätön) 
7. ↑ NASA Pathfinder -tietolehti, arkistoitu osoitteeseen archive.org
8. ↑ NASA Centurion Fact Sheet arkistoitu osoitteeseen archive.org