Что такое летательный аппарат циклотрон
Перейти к содержимому

Что такое летательный аппарат циклотрон

  • автор:

Что за летательный аппарат циклолёт разработан в России?

Как сообщил изданию «Наука в Сибири» директор Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН академик Дмитрий Маркович, завершена работа по созданию демонстратора летательного аппарата на альтернативных принципах: циклолёта. Она проводилась совместно с Фондом перспективных исследований (ФПИ).

Циклолёт «Циклон-2020» на выставке «Армия-2021».

Идея летательного аппарата с пропеллером, напоминающим гребное колесо на пароходе, родилась ещё в начале ХХ века. Первое упоминание такой машины датируется 1909 годом: она была построена российским военным инженером Евгением Сверчковым. Тяга и подъёмная сила в конструкции создаются циклическими движителями — вращающимися роторами, на которых установлены несколько лопастей. Они «загребают» воздух и отбрасывают его назад, при этом можно менять установочный угол лопастей, тем самым меняя направление силы тяги.

Подобный аппарат принято называть циклокоптером (или цикложиром). Несмотря на то, что его схема известна более ста лет, первые полноценные полёты удалось совершить только в XXI веке.

В 2017 году Фонд перспективных исследований организовал конкурс «Свободный взлёт», целью которого был поиск новых решений для обеспечения аэромобильности и возможного создания летающих автомобилей. В конкурсе приняли участие специалисты Института теплофизики Сибирского отделения РАН. Они показали результаты своей многолетней работы и предложили создать новый тип летательного аппарата: циклолёт. С 2018 года в рамках проекта «Циклон» (общее название для циклолётов вертикального взлёта), организованного ФПИ, началась работа над его образцом. Спустя два года он был представлен на Международном форуме «Армия-2020», а прошлым летом — на форуме «Технопром-2021» в Новосибирске.

Вопрос-ответ

«Сейчас это 60-килограммовый аппарат. В отличие от вертолёта, он не обладает открытыми лопастями, может подходить близко к домам, — рассказал посетителям форума директор Института теплофизики СО РАН академик Дмитрий Маркович. — За два года мы сделали первый дрон. Сейчас мы завершили проект, прошли испытания, подтверждён его принцип. Следующая задача — через 4 года — двухтонный аппарат с человеком на борту».

Циклолёт сделан из карбона и имеет гибридную силовую установку. В движение его приводят бензиновый двигатель с генератором и электродвигатели с аккумуляторами. Одно из важнейших достоинств машины — низкий уровень шума. Он достигается благодаря тому, что в конструкции нет открытых лопастей. Другие его преимущества — малые габариты и возможность посадки на неподготовленные наклонные площадки. Циклолёт даже способен «причаливать» к вертикальным поверхностям.

Теперь учёные начинают работать над созданием более крупного аппарата массой 2,5 тонны. Он сможет нести полезную нагрузку около 600 килограмм. Как утверждают авторы проекта, его можно будет использовать для нужд МЧС и скорой помощи, а в перспективе — и как городское аэротакси.

«К циклолёту есть интерес со стороны как государственных, так и коммерческих структур. Если мы доведём его до уровня аэротакси, скорой помощи или аппаратов для МЧС, то, конечно, спрос будет, — убеждён Дмитрий Маркович. — Другое дело, что параллельно придётся трансформировать законодательство. У нас ещё нет таких документов, которые регламентировали бы полёты подобных аппаратов в рамках городских образований. Сейчас в России разрешены полёты дронов до 30 килограмм, даже 60-килограммовый аппарат может испытываться только на отдельных полигонах. А двухтонный демонстратор, в соответствии с нашим предварительным графиком, должен быть готов в течение ближайших 4 лет».

Директор института подчёркивает, что аналогичные аппараты сейчас разрабатывают как минимум в 5-6 странах. Чтобы довести российский проект до ума (и до потребителя), необходимо организовать трансфер этой технологии в промышленное использование, то есть просчитать экономику, найти инвесторов и создать индустрию.

Циклолёт для российских военных

Фонд перспективных исследований

Новый беспилотный летательный аппарат, использующий циклические движители (циклолёт) разработан совместными усилиями «Фонда перспективных исследований», Института теплофизики Сибирского отделения РАН и компании «Авакс-Геосервис» в рамках общего проекта.

Этот беспилотник при собственной массе 60 кг способен нести полезную нагрузку 10−20 кг. Ожидается, что после установки на циклолёт гибридной силовой установки он сможет проводить в воздухе без посадки более часа. В настоящее время ведётся работа по модернизации системы автоматического управления, которую планируется завершить до конца 2020 года.

«Такие беспилотные циклолёты смогут выполнять задачи в интересах Минобороны — осуществлять ударные функции. На беспилотник можно крепить пулемёт или неуправляемые бомбы. Также аппарат может осуществлять разведку и за счёт низкого уровня шума делать это незаметно. Запланировано создание большого аппарата, который будет способен перевозить до шести человек. До конца этого года мы должны испытать в аэродинамической трубе один полноразмерный движитель для большой машины», — отметил глава «Фонда перспективных исследований»

Приёмочные испытания циклолёта намечены на февраль 2021 года. К 2024 году планируется построить полноразмерный летательный аппарат. Преимуществами циклолёта названы его компактность и низкий уровень шума на фоне вертолётов или квадрокоптеров. Циклические движители, имеющие защиту от столкновений с объектами, имеют возможность менять направление вектора тяги на 360 градусов, что позволяет циклолёту летать среди препятствий, причаливать к вертикальным поверхностям, совершать взлёт-посадку на наклонную поверхность. Интерес к циклолёту проявило Министерство обороны, которое намерено использовать версию наземного и палубного базирования для проведения десантных операций.

Циклодроны и циклокары — будущая основа российской аэромобильности

Интервью с руководителем проектной группы физико-технического направления Фонда перспективных исследований Яном Чибисовым

Как скоро тяжелый монотонный труд сельского работника на ниве станет только фитнесом и будет продолжаться по желанию? Какова бюрократическая ситуация вокруг инициативы заменить рутинную работу на программу для робота? Наконец, кто на всем этом будет летать?

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Фото: Дмитрий Азаров, Коммерсантъ / купить фото

— Кто и когда стал инициатором проекта «Циклолет» в СССР (России)?

— Из имеющихся источников известно, что в 1909 году российский военный инженер Евгений Павлович Сверчков построил первый в истории циклолет, назвав его очень символично — «самолет». В воздух машина не поднялась, потому что уровень развития зарождающейся на тот момент авиационной промышленности не позволял обеспечить полноценные исследования и проектирование столь сложных аэродинамических компоновок с высокой интерференцией входящих в нее элементов.

В 2017 году Фонд перспективных исследований (ФПИ) организовал открытый конкурс «Свободный взлет», задачей которого являлось отыскание лучшего научно-технического и технико-экономического предложения по транспортному опционально пилотируемому летательному аппарату вертикального или сверхкороткого взлета и посадки. Цель конкурса состояла в поиске нового по отношению к существующей винтокрылой авиации решения для обеспечения аэромобильности.

Одну из заявок на конкурс подала организация ООО «Флэш-М» (Красноярск), включавшая представителей творческой группы «Арей» и ученых из Института теплофизики Сибирского отделения РАН (ИТ СО РАН). В конкурсной работе были представлены результаты многолетней работы по численным и экспериментальным исследованиям конструкций циклических движителей в виде технического предложения по новому типу летательного аппарата с циклическими движителями — циклолету. Также был продемонстрирован экспериментальный образец циклического движителя. Результаты его испытаний подтвердили заявленные в конкурсной работе характеристики.

По результатам конкурса в мае 2017 года ООО «Флэш-М» была объявлена призером. Творческий коллектив получил возможность проведения работ по обоснованию технического облика демонстратора малогабаритного грузопассажирского летательного аппарата вертикального взлета и посадки с циклическими движителями в рамках аванпроекта ФПИ. Аванпроект был успешно выполнен в мае 2018 года. Были представлены обоснованный технический облик циклолета грузоподъемностью 250 кг и новый стендовый образец циклоротора, который позволил валидировать численные расчеты ИТ СО РАН.

По результатам аванпроекта ИТ СО РАН подал в ФПИ заявку на реализацию проекта по созданию демонстратора малогабаритного беспилотного летательного аппарата вертикального взлета и посадки с циклическими движителями, получившего шифр «Циклон», который успешно выполняется в настоящее время.

— Какие концепции были рассмотрены и отвергнуты?

— В процессе подготовки проекта и его выполнения были рассмотрены различные схемы компоновки летательных аппаратов с циклическими движителями.

За рубежом разрабатываются концепции летательного аппарата с двумя циклическими движителями и дополнительным винтом, компенсирующим

вращательный момент (современные вертолеты, используют подобный принцип компенсации вращательного момента рулевым винтом). Данный тип летательного аппарата хоть и достаточно прост в управлении, однако для получения необходимой тяги требует либо использования роторов больших размеров, либо увеличения скорости вращения роторов, что приводит к снижению энергетической эффективности и увеличению уровня шума. Кроме того, такой вариант обладает меньшей надежностью и безопасностью.

Конструкция летательного аппарата, изначально представленная на конкурс ФПИ «Свободный взлет», включала три циклических движителя. Такая схема требует создания более сложной системы управления и ограничивает функционал летательного аппарата.

В ходе реализации аванпроекта и в проекте «Циклон» разработчики пришли к использованию симметричной четырехроторной компоновочной схемы аппарата. В целом схема конструкции циклолета обеспечивает летательным аппаратам ряд преимуществ для выполнения специализированных задач в городских условиях: компактность, низкий уровень шума, высокая маневренность, возможность причаливания к стенам, посадка на наклонные поверхности и т. п.

Также было рассмотрено и исследовано в аэродинамических трубах множество различных конфигураций самого циклического движителя, отличающихся количеством лопастей, их аэродинамическим профилем, геометрией лопастей в плане и удлинением движителя. Роторы российского циклолета проекта «Циклон» — это результат обширных расчетных и экспериментальных исследований в области аэродинамики, конструкции и прочности.

Выйти из полноэкранного режима

«Циклодрон» для оказания дрон-сервисов в сельском хозяйстве, аэромониторинге и транспортных перевозках, где аппарат будет успешно конкурировать с беспилотными вертолетными и мультикоптерными комплексами

Развернуть на весь экран

«Циклодрон» для оказания дрон-сервисов в сельском хозяйстве, аэромониторинге и транспортных перевозках, где аппарат будет успешно конкурировать с беспилотными вертолетными и мультикоптерными комплексами

— Каковы конструктивные особенности прототипа, представленного на форуме «Армия-2020»?

— По результатам проведенных расчетных и экспериментальных исследований был сформирован облик аппарата, а также спроектирован и построен первый летный прототип демонстратора проекта «Циклон», содержащий четыре циклических движителя. Роторы представляют собой пять лопастей с управлением по общему и циклическому шагу, заключенных в непроницаемые боковые диски. Движители с такими параметрами обеспечивают требуемую тягу для взлета, посадки и маневрирования циклолета массой 50 кг. Силовая установка прототипа демонстратора состоит из четырех электродвигателей и аккумуляторной батареи.

На демонстраторе отработана система автоматического управления полетом, позволяющая аппарату осуществлять повороты по курсу, горизонтальные низкоскоростные полеты, полеты со скольжением, зависание с тангажом до 45°, а также вертикальные взлет-посадку как с горизонтальных, так и с наклонных поверхностей.

— Какие структуры или заказчики демонстрируют надежный спрос на циклолет?

— Циклолеты планируется разрабатывать и выводить на рынок в трех последовательных типоразмерах: беспилотный «Циклодрон» взлетной массой 60 кг и грузоподъемностью до 20 кг, опционально пилотируемый «Циклокар» взлетной массой 2000 кг и грузоподъемностью до 600 кг и в самой отдаленной перспективе транспортный «Циклотрак» взлетной массой около 10 000 кг и грузоподъемностью до 4000 кг.

Циклодрон планируется использовать для оказания дрон-сервисов в сельском хозяйстве, аэромониторинге и транспортных перевозках, где аппарат будет успешно конкурировать с беспилотными вертолетными и мультикоптерными комплексами.

Большие преимущества у циклодрона на формируемом рынке срочной доставки в городах благодаря сочетанию стоимости, компактности, вертикальных взлета-посадки и высокой скорости полета, однако пока существуют законодательные ограничения на применение дронов массой более 30 кг.

В беспилотных аппаратах с летными качествами, которые демонстрируют циклодроны, заинтересовано МЧС России. Циклолеты демонстрировались на прошедшей еще в 2019 году выставке «Комплексная безопасность-2019». Спасатели рассматривают циклолеты прежде всего как средство эвакуации и борьбы с пожарами в высотных зданиях.

Циклокар может стать основой отечественного рынка аэромобильности. На мировом рынке аппарат имеет высокие конкурентные преимущества, поскольку обладает уникальным сочетанием технических и экономических качеств по сравнению с вертолетной техникой и разрабатываемыми в настоящее время средствами аэромобильности (CityAirbus, CityHawk и др.): при цене в четыре-шесть раз меньше, чем вертолет той же взлетной массы, циклокар обладает скоростью до 250 км/ч и дальностью полета более 500 км, вмещает до шесть пассажиров или 600 кг груза и при этом занимает всего два парковочных машино-места. Кроме того, этот летательный аппарат будет обладать высокой безопасностью полета, так как он сможет удерживаться в воздухе при повреждении двух из четырех роторов, а также будет оснащен парашютной системой спасения.

Важно заметить, что циклодроны и циклокары будут, как сейчас принято говорить, дружественными для людей. Это выражается прежде всего в периферийной защите каждого циклического движителя, что исключает травмирование находящихся в непосредственной близости с роторами циклолета людей. Вместе с тем аэродинамика циклического движителя обеспечивает более низкий уровень шума по сравнению с воздушным винтом той же тяги, следовательно, комфортное сосуществование жителей российских городов и множества циклолетов, перевозящих над их головами грузы и людей. Так, на летающем в проекте «Циклон» циклолете уровень звукового давления на расстоянии 1 м от висящего в воздухе аппарата не превышает 86 дБ. Это соответствует показателям современного скутера или автомобиля.

В настоящий момент разработан бизнес-план по созданию и развитию специализированного предприятия — российского инновационного центра циклолетной техники «Циклон», призванного разрабатывать и выводить циклолеты на рынки дрон-сервисов и перспективный рынок аэромобильности. Имеется группа инвесторов, заинтересованных в участии в этом инновационном бизнесе, но называть их пока преждевременно.

— Где планируется наладить производство комплектующих и сборку?

— При изготовлении циклодронов и циклокаров широко применяются полимерные композитные материалы, токарная и фрезерная металлообработка. Возможно применение аддитивных технологий при изготовлении легких конструкций элементов движителя, шасси, фюзеляжа.

В бизнес-плане рассматривается несколько критериев выбора места производства. С одной стороны, важны близость к потребителям услуг, логистика. С другой — интересуют экономические преференции, действующие в ряде регионов России. Производство аппаратов планируется организовать либо в Московской области, либо в одной из зон опережающего экономического развития в регионах страны, в которых уже действуют предприятия заинтересованных в проекте потенциальных инвесторов.

— Кем, где и как планируется обучать циклолетчиков?

— Методики обучения пилотов-диспетчеров беспилотных систем планируется отработать в ходе опытного применения циклодронов в Томском опытном районе применения беспилотных авиационных систем, который организуется в настоящее время на территории Томской области. Для этого готовится к запуску специальный проект ФПИ, цель которого — отработать технические детали и обеспечение полетов новой беспилотной циклолетной системы, а в будущем и опционально пилотируемого циклокара. Вопрос штатного обучения управлению циклолетами будет решаться по итогам данного проекта.

Циклолетчиком сможет стать каждый из нас, поскольку и циклодроны и, главное, циклокары имеют систему автоматического управления с режимом директорного управления. По аналогии с потребительскими и коммерческими дронами вы просто задаете направление и скорость полета, занимая место оператора циклодрона или сидя в комфортабельном кресле циклокара. Управлять циклокаром будет проще, чем автомобилем.

— Как видится организация небесной циклоинспекции (или как это называется) для безопасности движения?

— В ближайшее время апробация и развитие организации воздушного движения беспилотников массой более 30 кг планируется в уже упомянутом Томском опытном районе применения беспилотных авиационных систем в рамках реализации «регуляторной песочницы» — экспериментального правового района — в соответствии с федеральным законом №258-ФЗ от 31 июля 2020 года. При этом должен быть отработан режим совместного использования воздушного пространства беспилотниками, самолетами и вертолетами авиации общего назначения, санитарной авиации. Фондом перспективных исследований организована и финансируется работа по созданию системы управления воздушным движением дронов в Томском опытном районе.

На стадии развитого рынка аэромобильности безопасность движения тысяч циклодронов, циклокаров и циклотраков в небе над мегаполисами Земли должна будет обеспечиваться с использованием технологий искусственного интеллекта. Это будет осуществляться посредством контроля воздушного движения с непосредственным использованием автоматических систем управления его участников. Подобная система контроля движения исключит фактор человеческой ошибки управления. Такой подход предоставит более детерминированные условия для безопасного скоростного передвижения, чем существующая автомобильная инфраструктура.

Подготовил Владимир Тесленко

Циклотроны: что это такое и где они используются

×

Хотите узнать больше о деятельности МАГАТЭ? Подпишитесь на нашу ежемесячную электронную рассылку, чтобы быть в курсе самых важных новостей, получать аудио- и видеоматериалы и многое другое.

Александра Пеева , Департамент ядерных наук и применений

Cyclotron facility

Внутренний вид циклотрона «TRIUMF» в Британской Колумбии, Канада, — одной из 1300 циклотронных установок по всему миру, включенных в новую базу данных МАГАТЭ, которая доступна в режиме онлайн. (Фото: Гордон Рой/TRIUMF)

Это название больше похоже на имя персонажа из научно-фантастического фильма, но в действительности циклотрон является ускорителем частиц, т. е. аппаратом, который использует электромагнитные поля для ускорения заряженных частиц до очень высоких скоростей и энергий. Циклотроны применяются для производства радиоизотопов, которые используются в радиофармпрепаратах — определенном виде медицинских препаратов для диагностики и лечения онкологических заболеваний. В мире насчитывается более 1500 циклотронных установок, и недавно МАГАТЭ актуализировало свою интерактивную карту и базу данных, которые содержат информацию о 1300 таких установках в 95 странах.

Созданная в 2019 году База данных по циклотронам для производства радионуклидов является инструментом, помогающим специалистам, таким как радиофармацевты, а также владельцам и пользователям медицинских циклотронных установок находить техническую, практическую и административную информацию о действующих циклотронах и обмениваться такими данными. Эта работа ведется в рамках деятельности МАГАТЭ по укреплению потенциала стран в области производства радиоизотопов и применения радиационных технологий в здравоохранении.

«Развитие циклотронных технологий идет стремительными темпами, а их роль в секторе здравоохранения будет становиться все более важной, особенно в рамках усовершенствованных процедур медицинской визуализации, поскольку производимые с помощью циклотронов радиофармацевтические препараты очень эффективны в выявлении различных видов рака», — говорит химик-специалист МАГАТЭ по радиоизотопам и радиофармпрепаратам Амир Джалилиан.

Методы медицинской визуализации, такие как позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) и однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ), основываются на использовании радиоизотопов, произведенных с помощью циклотронов. Однако в отличие от исследовательских реакторов, на которых также производятся радиоизотопы, в циклотронах не используется ядерный материал и на них не распространяются те же соображения радиационной и физической безопасности, которые применяются к реакторам.

База данных МАГАТЭ позволяет пользователям получать подробную информацию о каждой установке, включая вид, размер и количество размещенных в ней циклотронов. Профессионалы из этой области могут налаживать между собой связи и обмениваться опытом и информацией о своих радиофармацевтических продуктах. На этой платформе также распространяется информация о предстоящих мероприятиях МАГАТЭ и публикациях, посвященных монтажу и применению циклотронов.

База данных создана в рамках работы МАГАТЭ по оказанию странам помощи в области производства радионуклидов. МАГАТЭ предоставляет экспертные консультации и технические рекомендации в связи с установками по производству радиофармацевтических препаратов, помогает создавать кадровый потенциал при помощи учебных курсов и образовательных программ, а также содействует проведению научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в рамках проектов координированных исследований.

Владельцы и пользователи медицинских циклотронов могут передать в Отдел физических и химических наук МАГАТЭ актуальную информацию о своих установках, заполнив соответствующую онлайновую форму.

Для получения дополнительной информации и более подробных сведений об ускорителях и их применениях посетите сайты Базы данных по циклотронам для производства радионуклидов и Портала знаний об ускорителях (ПЗУ).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *