Концепция велопланеризма.

Что такое велопланеризм? Это моя очередная фантазия. Возможно кто ни будь, когда ни будь сможет воплотить ее в жизнь. Не исключено даже, что это буду я сам. Тем более, что даже при нынешнем уровне развития техники это вполне возможно.

В чем прелесть полета на планере? Это безмоторный полет в восходящих потоках. В чем ограничение полетов на планере? Не смотря на отличные летные характеристики на планере нельзя летать вечно. Если по каким либо причинам мы теряем высоту ниже критической – нам необходимо бросать поиск потоков и идти на посадку. Критическая высота, это высота с которой мы уверенно добираемся до нескольких площадок пригодных для посадки. Критическая высота сильно зависит от местности, в которой совершаются полеты. Очень обидно, когда попадаешь в кризу и надо садится, не смотря на то, что солнце еще высоко и вокруг полно восходящих потоков. На параплане проще – можно бороться до последнего, т.к. сесть можно почти где угодно. А на планере такая экстренная посадка это целое дело. Во-первых, можно повредить очень дорогой аппарат, во-вторых, будет достаточно сложно вывезти планер с посадочной площадки. Далеко не с каждой площадки вас сможет забрать самолет, так что скорее всего придется разбирать планер и вывозить его на машине. Решение напрашивается автоматически – давайте поставим на планер двигатель. У мотопланера нет таких проблем, он в любой момент позволяет снова набрать высоту необходимую для перехода. Но двигатель расхолаживает, пропадает азарт, пропадает элемент борьбы и победы над стихией. На классическом планере все очень сложно и ответственно, все зависит только от пилота, а мотопланер, по сути, тот же самолет – дал газу и пошел вверх.

Что необходимо для того, чтобы хорошо летать на планере? Необходим большой опыт и интеллект. Планеризм это спорт умных, глупый не сможет летать на планере хорошо. Надо постоянно следить за целым перечнем факторов. Прежде всего, это путевая скорость, затем это высота и скорость снижения. Это постоянный мониторинг и прогнозирование погоды. Это постоянное удерживание посадочных площадок в зоне видимости, постоянное построение посадочных глиссад. Это постоянное отслеживание и коррекция положения в воздухе.

А что мне делать, если я не только умный, но вдобавок еще и сильный? Велопланеризм как раз позволяет создать такой спорт. Для этого следует построить планер, в который следует установить велопривод, генератор, аккумулятор и электродвигатель. Для того чтобы летать на планере, вращая педали, мощности никаких ног не хватит. Точнее построить мускулолет вполне можно, только безопасно летать на таком аппарате не получится. Чтобы такой мускулолет полетел – он должен иметь очень маленькую нагрузку на крыло (малое отношение взлетной массы к площади крыла), тогда можно сохранять горизонтальный полет с небольшой потребной мощностью. Такие летательные аппараты очень медленные и непрочные. Любая турбулентность или даже просто сильный ветер представляют для такого мускулолета серьезную опасность. При этом педали придется крутить очень напряженно. К счастью этого можно избежать, ведь мы же не просто сильные, но и умные. Мы будем использовать восходящие потоки, а своими ногами будем накручивать энергию генератором, запасая энергию в аккумуляторы. В таком полете в случае необходимости у нас будет возможность превратить свой планер в электропланер. И даже если придется совершить вынужденную посадку, то через несколько часов, снова можно будет продолжить полет.

Возможность создания велопланера стоит показать на примере. Давайте возьмем обычный современный мотопланер с качеством 34 единицы (АС-5м). Далее посмотрим, какие силовые установки используют на таких планерах? Они маломощные. Так для одноместного мотопланера со взлетной массой 300 кг вполне достаточно двигателя мощностью 25 л.с. для обеспечения скороподъемности 3 м/с.

На самом деле этого очень много, такая большая мощность связана с тем, что система планер, двигатель, воздушный винт далека от оптимальности. Но мы пока не будем рассматривать резервы улучшения этой системы, а примем все за чистую монету. Будем считать, что нам необходим электрический двигатель мощностью 25 л.с. Теперь возьмем велопривод, генератор, аккумулятор и электродвигатель. Средне-тренированный человек может несколько часов вырабатывать мощность порядка 150 Вт (график взят из книги BICYCLING SCIENCE David Gordon Wilson).

Длительная мощность

Эту мощность человек может развивать на обычном велоприводе с обычными педалями и шатунами. Несколько лет назад в Японии был разработан велопривод, который позволяет при тех же усилиях развивать мощность в 1,34 раза больше. Это означает, что средне-тренированный человек сможет несколько часов развивать мощность порядка 200 Вт. Естественно, что генератор, аккумулятор и электродвигатель каждый имеют КПД ниже единицы. Если мы возьмем лучшие достижения техники, которые делаются серийно или почти серийно, то можно будет принять следующие параметры. КПД системы генератор - зарядка аккумулятора будем считать 0,90. КПД разрядки аккумулятора будем считать 0,97. КПД системы двигатель-контроллер примем 0,95. Таким образом, суммарное КПД привода и силовой установки будет 0,83. Массу всей системы велопривод, генератор, аккумуляторы и электродвигатель примем равной массе бензиновой силовой установки.

Для того чтобы наш мотопланер поднялся на высоту 1000 метров со скороподъемностью 3 м/с, необходимо 334 секунды. Таким образом, для того чтобы на валу электродвигателя было 25 л.с. в течении 334 секунд, нам необходимо крутить педали 25*334/1,33*0,2*0,83=37820 секунд, т.е. примерно 630 минут, или 10,5 часов. Это слишком много для того, чтобы у меня был второй шанс. Наш простенький расчет лишь подтверждает, что создание велопланера в лоб в принципе невозможно. Очевидно, что этот расчет - решение «в лоб». В этой связи хочется показать резервы для оптимизации этой системы. В первую очередь, хочется указать на несовершенство самого планера, качество которого со спрятанной силовой установкой может легко достигать 40 единиц, взлетную массу планера возможно уменьшить до 200 кг, КПД воздушного винта можно существенно увеличить. Поэтому потребную мощность двигателя можно уменьшить практически в 2 раза! Оптимизация велопривода также может привести к увеличению снимаемой мощности в 1,5 раза (до 300 Вт). Допустим, что КПД в цепи передачи энергии остался прежним (0,83), мощность возросла до 300 Вт (велопривод близкий к идеальному), а взлетная масса стала 200 кг. КПД воздушного винта примем 0,8 (хотя это еще не предел). Скорость снижения при поднятой штанге СУ примем 1 м/с. Таким образом, для подъема на высоту 1000 м со скоростью 3 м/с нам понадобится в течение 334 секунд развивать мощность на валу двигателя N=4*200*9,81/0,8=9810 Вт. При отдаче 300 Вт и КПД передачи энергии 0,83 накапливать эту мощность нам придется 334*9810/300*0,83=13158 секунд или 219 минут или 3,65 часа. Если верить графику зависимоти мощности от времени, то обычный человек не в состоянии так долго удерживать мощность в 150 Вт (наш велопривод мы считаем в 2 раза более эффективным при той же утомляемости), а вот 1,8 часа наверно вполне сможет. Соответственно за 2 часа полета вполне реально накопить энергии для набора 500 метров высоты, чего вполне достаточно, чтобы не сесть в поле. В этом случае возможность создания такого планера становится почти реальной, но для этого придется построить новый аппарат, с новой силовой установкой и новым велоприводом, чем собственно я и займусь