하이브리드 비행선

HAV 304 다이너스타트, 정면돌파

하이브리드 비행선은 LTA(Light-than-Air) 비행선으로서의 양력과 공기역학적 양력으로 공기보다 무거운 에어로다인으로서의 양력을 얻는 동력 항공기이다.

다이너스타트는 고정 날개 및/또는 리프팅 바디를 갖춘 하이브리드 비행선이며 일반적으로 장기 보험 비행을 목적으로 한다.공기역학적 리프트 구성 요소를 만들려면 전방 비행이 필요합니다.

로타스타트는 회전 날개가 달린 하이브리드 비행선이며 일반적으로 무거운 리프트 용도로 사용됩니다.회전날개는 헬리콥터처럼 수직으로 선회하거나 기동할 때에도 양력을 제공할 수 있다.

제작 디자인은 만들어지지 않았지만, 몇몇 유인 및 무인 프로토타입이 비행했다.

또한 "하이브리드 비행선"이라는 용어는 강성, 반강성 및 비강성 구조의 혼합으로 구성된 비행선을 설명하기 위해 사용되었다.

특징들

기존 비행선은 공중을 유지하기 위해 엔진 출력이 필요하지 않기 때문에 운영 비용이 낮지만, 낮은 페이로드/부피 비율과 저속 등 여러 가지 면에서 제한됩니다.또한 비행선의 지상 처리가 어려울 수 있습니다.떠다니기 때문에 가벼운 바람에도 바람이 불기 쉽다.

반면에, 공기보다 무거운 항공기, 즉 에어로딘, 특히 회전익 항공기는 양력을 발생시키기 위해 지속적으로 동력을 사용해야 하며, 기존의 비행기 또한 활주로를 필요로 한다.

이 하이브리드 비행선은 헬륨과 같은 공기보다 가벼운 기체로부터 오는 비행선의 정전기 상승과 공기보다 무거운 비행선의 공중 이동으로부터의 동적 상승이 결합되어 있다.이러한 하이브리드 항공기는 여전히 공기보다 무겁기 때문에 어떤 면에서는 일반 항공기와 유사하다.동적 리프트는 헬리콥터 같은 회전 날개(로타스타트) 또는 수평 추력(다이너스타트)과 결합된 리프팅 본체와 유사한 리프트 생성 형태(다이너스타트) 또는 ^[1]^[2]둘의 조합에 의해 제공될 수 있다.

하이브리드 비행선은 기존 비행선의 낮은 운용비용과 저속, 그리고 공중보다 무거운 비행선의 빠른 속도와 높은 연료 소비 사이의 중간 지점을 메우기 위한 것이다.하이브리드는 동적 리프트와 부력 리프트를 결합함으로써 순수 비행선에 비해 향상된 비행 속도, 항공 화물 적재 용량 및 (일부 유형의) 호버링 능력을 제공하는 동시에 순수 에어로다인에 비해 더 긴 내구성과 더 큰 인양 능력을 제공합니다.

하이브리드 항공기 기술은 공기보다 상당히 무거운 것에서부터 거의 부력에 가까운 것까지 광범위한 비행 성능 최적화를 가능하게 한다고 주장되고 있다.이러한 비범한 동적 비행 범위에 대한 인식은 적절한 착륙 시스템과 결합되었을 때 매우 무겁고 저렴한 공수 ^[3]수송을 가능하게 한다고 주장됩니다.

설계.

기존 비행선에 비해 하이브리드는 소형화할 수 있고 고도 제어를 위해 밸러스트를 운반할 필요가 없는 반면, 공기보다 무거운 비행선에 비해 더 작은 로터 또는 더 짧은 ^[2]활주로를 필요로 한다.

다이너스타트가 장거리 승객 및 화물 역할에서 더 유망한 것으로 간주되는 경우, 로타스타트는 더 짧은 ^[2]거리를 위해 무거운 외부 하중을 들어 올릴 수 있는 "비행 크레인"으로 더 적합할 것으로 예상된다.

일부 비행선은 추력 벡터링(일반적으로 피벗 덕트 팬 추진기 사용)을 사용하여 엔진 추력이 더 이상 전방 추진에 필요하지 않을 때 추가 양력을 제공합니다.일단 비행속도가 높아지면, 항공기는 차체 리프트를 이용하여 ^{[citation needed]}정압 리프트 용량보다 더 큰 하중을 운반할 수 있습니다.그러나 이러한 비행선은 보통 하이브리드로 간주되지 않는다.

다이너스타츠

다이너스타트는 공중을 날면서 추가적인 양력을 얻는다.연구된 구성에는 델토이드(삼각형), 렌즈 모양(원형) 또는 평평한 선체를 사용하거나 고정 날개를 추가하는 것이 포함됩니다.

일부 초기 비행선에는 추가적인 동적 ^{[citation needed]}양력을 제공하기 위해 날개 비행기가 장착되었습니다.하지만, 추가된 비행기의 양력은 단순히 비행선의 부피를 늘리는 것보다 덜 효율적일 수 있습니다.저공속에서는 97km/h(60mph) 이하의 속도에서 비행선에서 비행기를 사용하여 얻을 수 있는 리프트의 증가는 가스백의 ^[4]크기를 늘리는 것에 비해 엔진 출력과 연료 소비량의 불균형적인 증가를 필요로 한다.또한 비행선의 외피부에 비행면을 부착하려면 상당한 구조 강화가 필요하며,^[2] 그에 따른 중량 증가도 수반됩니다.

기존의 비행선들은 종종 엘리베이터를 이용하여 비행선의 본체가 비행하면서 약간의 양력을 제공하도록 함으로써 공기역학적 양력을 이용한다. 그러나 이것은 일반적으로 트림을 벗어난 경미한 조건에 대응하기 위해 수행되며, 양력을 줄이기 위해 코를 아래로 향하게 할 필요가 있다.

Lockheed Martin LMZ1M과 같은 일부 하이브리드 설계에서는 얻을 수 있는 공기역학적 리프트를 증가시키기 위해 평평하거나 다엽형 선체를 사용합니다.공기역학적 접근법은 관련된 공기 속도가 훨씬 낮지만 리프팅 본체 항공기와 유사하다.달성 가능한 동적 리프트 대 드래그 비율은 효율적인 고정 날개의 비율보다 훨씬 낮으며, 부분적으로는 종횡비 ^[5]감소에 따라 유도 항력이 증가하기 때문이다.그 결과 리프트는 날개를 사용할 때보다 드래그 패널티가 높아집니다.반면에, 헬리콥터에 비해, 다이너스타트는 주어진 속도 ^[2]범위 내에서 더 나은 연비를 가지고 있다.

또 다른 문제는 이착륙 중에 발생하는데, 이는 보다 차분한 조건에서 충분한 공기역학적 ^[6]양력을 제공하기에는 대기 속도가 너무 낮을 수 있기 때문이다.이러한 이유로 다이너스타트는 종종 VTOL 항공기가 아닌 STOL로 간주되며, 기존 항공기보다 ^[2]짧은 활주로를 필요로 한다.

로타스타츠

회전식 회전 장치(Rotastat)는 헬리콥터와 마찬가지로 동력식 회전 장치(Rotter)로부터 추가적인 양력을 얻습니다.단일, 트윈 및 4개의 로터 설계가 모두 연구되었습니다.

전쟁 사이의 초기 예로는 외미첸과 조디악의 디자인을 들 수 있다.이들은 회전자를 수직 제어에만 사용하고 자이로콥터와 같이 전진 ^[2]비행을 위한 추가적인 동력 프로펠러를 사용했습니다.

보다 최근에는 실험용 피아세키 PA-97 "헬리스탯"이 헬리콥터 기체 4개를 헬륨 비행선에 부착했으며, 스카이훅 JHL-40은 여전히 프로젝트이다.일반적으로 에어로스터틱 리프트는 항공기 자체의 무게를 지탱하기에 충분한 반면, 하중을 운반할 때 로터는 필요에 따라 추가 리프트를 제공합니다.

중력 아래 활공

만약 비행선이 충분한 양력을 가지고 있지 않다면, 그것은 중력에 의해 가라앉을 것이다.코를 아래로 꺾음으로써, 이것은 일반적인 글라이더처럼 앞으로 미끄러지는 비행으로 이어질 수 있다.만약 비행선이 과도한 양력을 가지고 있다면, 그것은 상승할 것이다.코를 위로 향하게 함으로써, 이것은 앞으로 나아가게 할 수도 있습니다.이와 같이 주기적으로 부력을 양극과 음극 사이에서 번갈아 가며 자세를 조정하는 비행선은 거의 연속적인 공기역학적 전진 추력을 얻을 수 있다.따라서 천천히 수직 지그재그 형태로 비행이 진행된다.추력을 만드는 데 에너지가 직접 소비되지 않기 때문에, 원리는 느린 속도에서도 장시간 비행이 가능하다.제안된 헌트 그라비티 플레인은 중력 ^[7]활공을 최대한 활용하도록 설계된 하이브리드 비행선이다.

이 원리는 수중에서도 작동하며 수중 글라이더에서 작동한다.

역사적으로, 웰렌플루그(Wavy flight)라는 이름의 항공 항법 원리는 1899년 우크라이나 하르키브에 사는 콘스탄틴 다니레프스키에 의해 처음 공식화되고 실험적으로 시험되었고 그의 책에 자세히 기술되었다.

역사

초기 하이브리드

중력을 받으며 활공하는 것은 남북전쟁 기간과 직후 솔로몬 앤드류스가 두 대의 비행선을 만들었을 때부터 시작되었다.이 중 첫 번째 에어론은 세 개의 개별 시가 모양의 풍선을 평평한 평면으로 연결했고, 두 번째 에어론 2호는 단일 "레몬 모양의"^[9] 풍선을 사용했습니다.앤드류스의 에어리언은 풍선을 위로 향하게 하고 밸러스트를 떨어뜨리는 방식으로 추진되었으며, 그 후 풍선이 아래로 향하게 되고 많은 양의 인양 가스가 ^[10]배출되면서 과정이 역전되었다.

1905년 알베르토 산토스-두몽은 그의 첫 비행기인 산토스-두몽 14-bis를 가지고 처음으로 비행을 시도하기 전에 다양한 실험을 했다.여기에는 강철 케이블에 매달아 견인한 다음, 이전에 건조된 비행선(14번)의 봉투 아래에 매달아 놓은 것이 포함되었는데, 이는 마치 "물 날개"로 수영하는 법을 배우는 것과 비슷합니다.이 복합기는 사용할 수 없게 되어 망가져, 「괴물 ^[11]잡종」이라고 불리고 있습니다.이러한 "연습"이 완료된 후, Santos-Dumont는 유럽에서 최초로 공중보다 무거운 항공기를 공개 시연했다.

1907년 영국 육군 비행선 1호가 처음으로 비행했다.비행 중 자세 제어를 위해 공기역학적 표면을 사용했으며, 첫 비행에는 선박 가운데 큰 날개도 장착했다.이 날개는 양력을 주기보다는 안정성을 돕기 위한 것이었고 이후 모든 ^[12]^[13]비행에서 제거되었다.이 ^[14]비행선에서는 비행선의 노즈를 위 또는 아래로 피칭하여 동적 리프트를 사용하는 것도 인정되고 실천되었습니다.

1907년 6월 알베르토 산토스 뒤몽은 레로필레에 의해 아팔레일의 혼합물로 묘사된 그의 16번을 만들었다.이것은 99m³(3,500cuft)의 엔벨로프를 가지고 있었지만, 4m(13ft)의 날개 표면에 의해 공급되는 보조 리프트 없이 비행하기에는 너무 무거웠다.그것은 ^[15]1907년 6월 8일에 성공적으로 테스트되지 않았다.

현대 하이브리드

에어온 26은 1971년에 첫 비행을 한 항공기이다.그것은 하이브리드 비행선 에어론 다이너십의 작은 시제품이었고 "TIGER" 프로젝트의 일부였다.하지만 하이브리드 비행선의 ^[16]시장 부족으로 인해 그것은 결코 만들어지지 않았다.

1984년 에어로리프트 사이클로크레인 헬리스탯은 잠시 ^{[citation needed]}날았다.

1986년 Piasecki PA-97 Helistat 실험 설계는 임업 작업을 위한 무거운 리프트 차량을 만들기 위해 4대의 헬리콥터와 비행선을 결합했다.첫 비행이 끝날 무렵에 고장이 났습니다.

SkyCat 또는 "Sky Catamaran"의 차량 기술은 하이브리드 항공기 합병으로, Advanced Technologies Group Ltd에 의해 만들어진 "SkyKitten"이라고 불리는 12미터의 스케일 버전이 2000년에 비행했다.미 국방고등연구계획국(DARPA)은 2005년 초중형 공기부양 기술 탐사에 초점을 맞춘 기술개발 이니셔티브인 월러스 하이브리드 초대형 항공기 프로그램을 시작했다.이 프로그램은 2007년에 ^{[citation needed]}종료되었다.

2006년, 록히드 마틴 P-791은 유인 비행 시험을 거쳤다.2016년 ^{[citation needed]}8월 7일까지 비행한 하이브리드 비행선 중 유일하게 성공적이었음에도 불구하고, 군용 롱 인듀어런스 멀티 인텔리전스 Vehicle 프로그램 후보에는 실패했다.

2008년 보잉은 스카이 훅과 협력해 중형 리프팅 차량을 개발한다고 발표했고, 이후 스카이 훅 JHL-40 보잉은 프로젝트를 ^[17]보류했다.

하이브리드 에어 Vehicle HAV 304는 미국 육군 롱 내구성 멀티 인텔리전스 Vehicle(LEMV) 프로그램을 위해 제작되었다.그것은 2012년 ^[18]^[19]^[20]8월에 90분 동안 성공적으로 비행했다.LEMV 프로젝트가 취소된 후 하이브리드 항공기는 HAV 304 차량을 다시 구입하여 영국으로 가져왔습니다.에어랜더 10으로 개칭되었다.2016년 8월 17일 에어랜더 10은 RAF 카딩턴의 카딩턴 행거 밖에서 첫 시험 비행을 성공적으로 했다.수석 시험 조종사 데이브 번스는 성명에서 "에어랜더를 처음으로 조종한 것은 특권이었고 그것은 훌륭하게 비행했다"고 말했다.나는 그것을 공수할 수 있어서 정말 흥분된다.꿈처럼 날아갔다.^[21]완전한 인증을 받으려면 200시간 이상의 비행 시간이 더 필요합니다.

기타 현재 프로젝트

캐나다의 신생 기업인 Solar Ship Inc.는 태양광 발전만으로 운항할 수 있는 태양열 하이브리드 비행선을 개발하고 있다.그 아이디어는 어떤 종류의 연료나 기반시설 없이도 아프리카와 캐나다 북부 지역에 차가운 의약품과 다른 필수품을 전달할 수 있는 세계 어디든 이동할 수 있는 실행 가능한 플랫폼을 만드는 것이다.태양전지의 기술 발전과 하이브리드 비행선에 의해 제공되는 넓은 표면적이 실용적인 태양열 항공기를 만드는데 충분하다는 것이 희망이다.솔라십의 주요 특징 중 하나는 공기역학적 리프트만으로 리프팅 ^{[failed verification]}가스 없이 비행할 수 있다는 점이며, 태양전지는 많은 부피와 함께 하이브리드 비행선을 배터리와 다른 장비를 ^[22]재충전할 수 있는 이동식 대피소로 재구성할 수 있게 해준다.

헌트 그라비티 플레인(지상 중력면과 혼동하지 말 것)은 미국의 ^[23]헌트 에비에이션이 제안한 중력 동력 글라이더입니다.에어로포일 날개도 달려 있어 리프트-드래그비가 개선되어 효율이 향상되었습니다.Gravity Plane은 이 날개 구조를 지탱하기에 충분한 부피 대 중량비를 얻기 위해 큰 사이즈가 필요하며, 아직 예가 ^[7]구축되지 않았습니다.동력 글라이더와 달리, Gravity Plane은 비행의 상승 단계 동안 전력을 소비하지 않습니다.단, 부력이 양의 값과 음의 값 사이에서 변화하는 지점에서는 전력을 소비합니다.Hunt는 이것이 기존의 추진 ^[7]방법보다 향상된 수중 활공기의 에너지 효율과 비슷하게 비행선의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다고 주장한다.헌트는 낮은 전력 소비로 우주선이 무한정 높은 곳에 머물 수 있는 충분한 에너지를 얻을 수 있을 것이라고 제안했습니다.이 요건에 대한 기존의 접근법은 태양열 항공기에 태양 전지판을 사용하는 것이다.헌트는 두 가지 대안을 제시했다.하나는 풍력 터빈을 사용하여 활공 운동에 의해 생성된 공기 흐름에서 에너지를 수집하는 것이고, 다른 하나는 열 사이클로 다른 ^[7]고도에서 공기 온도 차이에서 에너지를 추출하는 것입니다.