W dziedzinie samolotów pionowego startu i lądowania niekwestionowanym liderem są śmigłowce. Jednak trwają poszukiwania alternatywnych programów, które mogą mieć realne perspektywy. W szczególności w tej chwili rosyjscy specjaliści badają koncepcję tzw. cyklolet lub cyklokopter. W ramach programu Cyclone stworzono i przetestowano już modele ławkowe i prototyp samolotu, a pełnowymiarowy samolot ma pojawić się w niedalekiej przyszłości.
„Darmowy start”
W 2017 roku Rosyjska Fundacja Badań Zaawansowanych (FPI) uruchomiła konkurs Free Takeoff. Jego zadaniem było znalezienie alternatywnych schematów samolotów pionowego/ultrakrótkiego startu, które mogłyby konkurować ze śmigłowcem. Jeden z wniosków do konkursu złożyła firma „Flash-M” (Krasnojarsk), która zrzeszyła przedstawicieli grupy kreatywnej „Arey” i Instytutu Termofizyki Syberyjskiego Oddziału Rosyjskiej Akademii Nauk (IT SB RAS).
„Flash-M” wyszedł z propozycją stworzenia tzw. cykleta. Naukowcy IT SB RAS od dawna pracują nad tą koncepcją i prowadzą badania teoretyczne i eksperymentalne. Zebrano dużą ilość danych i zademonstrowano próbkę laboratoryjną obiecującego napędu cyklicznego/śmigła cykloidalnego. Propozycja Flash-M zainteresowała FPI i to właśnie ta organizacja została zwycięzcą Free Takeoff.
W 2018 roku FPI uruchomiło projekt Cyclone, podczas którego planowano kontynuować prace nad tematem cyclolette, a także zbudować i przetestować pierwsze prototypy. W ramach tego projektu badane są również kwestie dalszej produkcji, wdrażania i eksploatacji pełnowymiarowych urządzeń nadających się do rzeczywistego wykorzystania.
W lipcu 2020 roku „Flash-M” przeprowadził pierwsze testy w locie doświadczonego bezzałogowego statku powietrznego. Ważący 50 kg aparat otrzymał cztery oryginalne śmigła cykliczne. Potwierdzono jego zdolności do pionowego startu i lądowania, lotu poziomego i manewrów. Ponadto zademonstrowali niektóre z możliwości niedostępnych dla śmigłowców. Niedługo potem na forum Army 2020 pokazano kolejny eksperymentalny dron o nazwie Cyclone 2020.
Plany na przyszłość
W kwietniu br. ogłoszono rozpoczęcie nowego etapu prac. Teraz celem projektu Cyclone jest stworzenie pełnowymiarowego opcjonalnie załogowego samolotu o wadze do 2 ton i ładowności 600 kg. Taki „Cyclocar” ma zostać postawiony przed sądem w przyszłym roku. W perspektywie średnioterminowej może rozpocząć się masowa produkcja i wprowadzanie takiej technologii w różnych dziedzinach.
Twórcy Cyclone planują stworzyć całą linię sprzętu w oparciu o wspólne zasady i technologie. Ładunki o wadze do 20 kg będą przewożone przez 60-kilogramowy bezzałogowy statek powietrzny „Cyklodron”. Większe ładunki, m.in. pasażerowie będą musieli przewozić 2-tonowy Cyclocar. W odległej przyszłości może pojawić się ciężki Cyclotrack, który przy masie startowej 10 ton będzie w stanie przewieźć do 4 ton ładunku.
Zakłada się, że nowe typy cyclolet znajdą zastosowanie w transporcie towarowym i pasażerskim. Również wojsko, ratownicy itp. mogą być nimi zainteresowani. W niektórych obszarach o specjalnych wymaganiach taka technologia może zastąpić śmigłowce. Za jego zalety uważa się mniejsze wymiary i wagę, a także większą zwrotność i stabilność.
W celu realizacji zamówień na sprzęt planowane jest utworzenie nowego zakładu budowy samolotów. Organizacja deweloperska ma już biznesplan i podobno są inwestorzy, którzy są gotowi zapewnić jego realizację.
Właściwości techniczne
W ramach programu Cyclone badany i testowany jest uniwersalny schemat samolotu rowerowego, który następnie zostanie wykorzystany we wszystkich planowanych projektach. Ten schemat nadaje się do skalowalności, dzięki czemu kompaktowy „Cyclodron” i ciężki „Cyclotrac” będą do siebie podobne.
Zaproponowany schemat przewiduje budowę samolotu z czterema śmigłami cyklicznymi, umieszczonymi parami po bokach opływowego kadłuba. Projekt proponuje jak najszersze zastosowanie tworzyw sztucznych i materiałów kompozytowych, co zwiększy doskonałość wagi.
Cyclelets otrzymają hybrydową lub całkowicie elektryczną elektrownię. W obu przypadkach obrót śmigieł zapewniają silniki elektryczne. Opracowywany jest system sterowania fly-by-wire z maksymalną automatyzacją. Będzie musiała pracować całkowicie niezależnie lub wykonywać polecenia pilota, rozładowując go.
Główną innowacją projektu jest tzw. ruch cykliczny. To urządzenie to zestaw pięciu ostrzy o ograniczonej długości, montowanych między tarczami bocznymi. Ostrza mają możliwość swobodnego obracania się wokół osi podłużnej; specjalny mechanizm – podobny do tarczy sterującej w helikopterze – ustala ich wspólny i cykliczny krok.
Gdy śmigło się obraca, łopaty poruszają się po torze kołowym. W górnej i dolnej części mechanizm sterujący eksponuje je na kąt natarcia, co zapewnia tworzenie siły nośnej. Podobną zasadę stosuje się do tworzenia ciągu poziomego. Jednoczesne użycie czterech takich śmigieł stwarza szerokie możliwości lotu pionowego i poziomego, różnych manewrów itp.
Konstrukcja urządzenia do poruszania cyklicznego może mieć różne rozmiary. Tym samym na stoisku testowany był już produkt o średnicy i szerokości 1,5 m. Urządzenie napędowe tej wielkości przeznaczone jest dla Cyclocar o wadze 2 t. Oznacza to, że jedno takie urządzenie wytwarza ciąg 500 kg. Według obliczeń takie urządzenie będzie w stanie osiągnąć prędkość do 250 km/h i przelecieć 500 km. Długość i szerokość produktu będzie na poziomie 6m.
Korzyści i perspektywy
Główną przewagą cyklooptera/cyklokoptera nad helikopterem jest mniejszy rozmiar kluczowych jednostek. Przy tych samych wskaźnikach ciągu śmigło cykloidalne okazuje się znacznie mniejsze niż śmigło. Śmigło cykloletu stale pracuje w jednej pozycji; brak potrzeby przechylania pozwala na wytworzenie ciągu poziomego bez zmniejszania pionowego.
Samolot z kilkoma śmigłami cykloidalnymi jest w stanie generować ciąg w różnych kierunkach i dzięki temu wykonywać różne manewry, m.in. niedostępny dla helikoptera. Poprzez udoskonalenie systemów ustawiania kąta łopat, możliwe jest rozszerzenie dopuszczalnych kątów pochylenia w locie. W szczególności dzięki temu cyklolet, w przeciwieństwie do helikoptera, jest w stanie wystartować z pochyłych powierzchni i na nich lądować.
Twórcy zwracają uwagę na bezpieczeństwo samolotu. Śmigła cykloidalne można łatwo wyposażyć w osłony. Na przykład na wystawie „cyklodron” użyto urządzenia składającego się z pary dysków ze zworkami między nimi. Wewnątrz tego urządzenia umieszczono śmigło. Cyklocar na opublikowanych zdjęciach jest chroniony siatką. Ponadto urządzenie nie będzie głośne: pod tym względem nie powinno różnić się od zwykłego samochodu.
Oryginalny schemat ma jednak pewne wady, których dość trudno się pozbyć. Przede wszystkim jest to brak dużego doświadczenia w rozwoju, budowie i eksploatacji takiego sprzętu. Badania i rozwój nowych rozwiązań zajmą dużo czasu, a dopiero po tym cykloleci będą mogli liczyć na każde miejsce w transporcie ładunków. Śmigłowce natomiast są już dobrze przestudiowane i opanowane, co w pewnym stopniu upraszcza zarówno rozwój, jak i eksploatację.
Problem z doświadczeniem pogłębia fakt, że cyclolet jest technicznie bardziej złożony niż helikopter. Tak więc w schemacie z "Flash-M" i IT SB RAS używane są jednocześnie cztery oryginalne śmigła. Każdy z nich nie wyróżnia się prostotą, a ich łączne zastosowanie prowadzi do konieczności rozwiązywania nowych problemów inżynierskich z zakresu zasilania i napędów, aerodynamiki, sterowania itp.
Średniej wielkości cyklon programu Cyclone jest uważany za model masowy, który w przyszłości może przejąć rolę „taksówki powietrznej”. Wynika z tego nowe wyzwanie: deweloperzy i regulatorzy będą musieli określić zasady eksploatacji takich statków powietrznych, wypracować kwestie bezpieczeństwa itp. Mówi się, że uczestnicy projektu już zajmują się tymi kwestiami.
Technologia na przyszłość?
Należy przypomnieć, że projekt Cyclone od FPI, Flash-M i IT SB RAS nie jest pierwszym tego typu. Pomysł kolarstwa/cykloptera został zaproponowany na początku ubiegłego wieku. W 1909 r. rosyjski inżynier E. P. Sverchkov zbudował „ortopter kołowy” - samolot z dwoma „kołami łopatkowymi”. Produkt nie wystartował z powodu nie najdoskonalszej konstrukcji oraz z powodu braku mocy silnika.
W przyszłości nowe cyklety były wielokrotnie opracowywane i budowane w naszym kraju i za granicą. Jednak nawet najbardziej udane projekty nie wyszły poza testy w locie modeli - dotyczyło to złożoności koncepcji i niedoskonałości projektów. Ponadto niezwykłe samoloty nie mogły konkurować ze znanymi już śmigłowcami.
W ostatnich dziesięcioleciach kolarstwo zostało ponownie zapamiętane. Nowoczesne metody naukowe, technologie i materiały pozwalają na zbadanie i wdrożenie takiej koncepcji na nowym poziomie. W naszym kraju takie prace są prowadzone w ramach projektu Cyclone, który przeszedł już fazę makiety i zbliża się do testów pełnowymiarowego pojazdu załogowego/bezzałogowego. To, czy naukowcy i inżynierowie będą w stanie sprostać wszystkim przyszłym wyzwaniom, stanie się jasne w najbliższej przyszłości. Pierwszy lot Cyclocar odbędzie się w przyszłym roku.
