Nowy napęd lotniczy?
Prototypy tych napędów od jakiegoś czasu buduje pochodzący z Rumunii Andrei Evulet, który ma 15 lat doświadczenia w pracy w GE Aviation. Był on odpowiedzialny za technologię, która wchodzi w skład największego silnika odrzutowego na świecie, GE9X, pracującego w Boeingu 777X.
Razem z kolegą ze szkoły Denisem Dancanetem założył kilka lat temu firmę Jetoptera. Kierowała nimi myśl o stworzeniu nowego systemu napędowego, który byłby idealny do jednostek latających pionowego startu VTOL-a i umożliwiał korzystanie z dużych dronów bezzałogowych, a także z latających samochodów.
Jetoptera, co podkreślają jej założyciele, jest firmą zajmującą się systemami napędowymi. Prototypowe samoloty, które firma buduje, nie są celem samym w sobie, a Jetoptera nie zamierza poświęcać się budowie maszyn latających. Służy do zademonstrowania tej technologii.
Aby wyjaśnić, do czego zmierzają w transporcie lotniczym, przedstawiciele firmy wychodzą od konstrukcji śmigłowców. Są to popularne maszyny latające, ale nigdy nie myślano o nich jako powszechnym środku transportu, latającej taksówce. Mają duże wirniki zajmujące podczas wirowania duże powierzchnie.
Zbliżanie się do tych maszyn jest nieco niebezpieczne. Ponadto mają ograniczenia w manewrowości, są hałaśliwe, drogie i trudne w pilotażu. Jednym słowem, nie jest to idealny latający środek transportu, choć oczywiście, w porównaniu z wymagającymi pasów startowych samolotami, ma wiele zalet.
Obroty bez turbin i śmigieł
Napędy firmy wykorzystują tzw. efekt Coandă, czyli zjawisko, w wyniku którego przepływający płyn (czyli również gaz, jeśli uznamy go za ciecz o bardzo małej lepkości) "przykleja się" do najbliższej mu powierzchni i pozostaje "przyklejony" mimo zmieniającej się jej krzywizny. Za jego odkrywcę uważa się Henriego Coandă, który był rumuńskim inżynierem i konstruktorem lotniczym żyjącym w latach 1886-1972. Zbieżność pochodzenia z założycielami Jetoptera nie jest chyba przypadkowa.
Do odkrycia doszło w trakcie badań nad pierwszym na świecie odrzutowcem. Coandă zbudował drewniany samolot z zamontowanym napędem odrzutowym w postaci silnika tłokowego napędzającego sprężarkę, za którą znajdowała się komora spalania. W komorze tej były dopalane spaliny pochodzące z silnika. Silnik ten w 1910 roku produkował 2160 N ciągu.
Efekt polega na tym, że swobodnie przepływający strumień przyspiesza nieruchome cząstki płynu w bezpośrednim otoczeniu, tworząc wokół siebie "osłonę" o niskim ciśnieniu. Jeśli w tym momencie do strumienia zostanie przyłożona gładka powierzchnia, to strumień odchyla się w stronę powierzchni i przylega do niej "dociskany" przez otaczające ciśnienie. Jeżeli płaszczyzna nie jest zbyt silnie zakrzywiona, strumień może, po spełnieniu pewnych warunków, przylegać do niej nawet po przemieszczeniu się dookoła zakrzywionej powierzchni, czyli wykonać pełny obrót. Siły, które wymuszają zmiany kierunku przepływu, wymuszają również powstanie identycznej, lecz o przeciwnym zwrocie, siły na powierzchni, po której płynie ciecz/gaz. Powstałe siły mogą być wykorzystane do wytwarzania siły nośnej (Zobacz także: Skąd samolot ma tyle siły).
Pomysł ten został wypróbowany w latach 60. i 70., kiedy NASA i wojsko amerykańskie pracowało nad naddźwiękowymi samolotami odrzutowymi. Skończyło się na tym, że zamiast niego powstał odrzutowiec opracowany w Wielkiej Brytanii - Harrier. Nie był on naddźwiękowy i nie wykorzystuje efektu Coandă, ale jest to odrzutowiec pionowego startu oraz lądowania i działa wystarczająco dobrze zgodnie ze swoim przeznaczeniem.
Efekt ten wykorzystywany jest m.in. w wentylatorach firmy Dyson, chociaż pierwszy patent w tej przestrzeni został przyznany firmie Toshiba w 1981 roku. W urządzeniach tego typu gaz jest wdmuchiwany do wnętrza obręczy tak, by za pomocą efektu Coandă przykleić się do jej wnętrza i "zassać" nieruchome powietrze z przestrzeni wewnątrz pierścienia. W ten sposób ilość poruszonego powietrza jest kilkanaście razy większa niż z klasycznego wentylatora, poprawiając jego sprawność.
Coś pomiędzy samolotem a śmigłowcem bez wad obydwu konstrukcji
Konstrukcje napędów Jetoptera (2) działają właśnie nieco podobnie do wentylatorów Dysona. Producent deklaruje dla swojego najmocniejszego modelu współczynnik ciągu do wagi równy 5. Dla porównania współczynnik ten dla konwencjonalnych silników wykorzystywanych we współczesnych samolotach liniowych wynosi odpowiednio dla Boeinga 737-800: 5.0, dla Airbusa A380: 5.5. Parametry zużycia paliwa są znacznie lepsze niż dużych samolotów.
Rumuńscy konstruktorzy stanęli przed wyzwaniem, jak zaprojektować te pędniki wykorzystujące efekt Coandă, aby nie tylko wytwarzały użyteczny ciąg, ale co ważniejsze, wytwarzały zwiększony ciąg w miarę przemieszczania się w powietrzu. Chcieli również, aby ten sam system był używany zarówno do podnoszenia pionowego, jak i w locie do przodu (3), co pozwala zaoszczędzić na masie i komplikacji. Ich konstrukcja pozwala więc na łatwe obracanie pędników, nie ma w nich nic ruchomego poza powietrzem i mają kompaktową konstrukcję. Inna część konstrukcji zwiększa siłę ciągu, co odbywa się poprzez wychwyt powietrza z otoczenia i przyspieszanie go przez pędniki.
Według podawanych przez Jetopterę danych, wydajność tego napędu lokuje się w pozycji pomiędzy helikopterem a samolotem. Na przykład, jest szybszy niż helikopter, z maksymalną prędkością około 320 km na godzinę, gdy pędniki są w pełni otwarte. Konstruktorzy twierdzą, że jeden z wariantów, dzięki optymalnemu mocowaniu pędników, może osiągać nawet 740 km/h.
Konstrukcja nie jest tak skuteczna w zawisie w miejscu jak typowy śmigłowiec, ale w porównaniu ze znanymi maszynami typu VTOL ma znacznie lepsze osiągi w tego rodzaju unoszeniu się. Oczywiście trzeba dodać mniejszy poziom hałasu i niższe zużycie paliwa. Z drugiej strony napędy Jetoptery nie oferują takiej prędkości jak odrzutowce, ale dają parametry VTOL, których nie dają żadne znane konstrukcje tego typu.
Największym dotychczas zbudowanym przez Jetopoterę prototypem pojazdu jest model J-2000, jednotonowy samolot zdolny do przewożenia dwóch pasażerów. Przedstawiciele firmy chętnie mówią również o zastosowaniu ich napędu do ciężkich i wydajnych dronów, które mogłyby przenosić zarówno ludzi, jak i duże ładunki z wydajnością dużo wyższą niż dotychczas znane konstrukcje.
Mirosław Usidus
