AQUARIUS: tak rozhodně existovala pístová letadla s dostupem do stratosféry. kompresor lze pohánět i elektrickým motorem

dnes existují přetlakové kompozitní kabiny: průkopníkem jsou např. experimentální letadla od Scaled Composites (viz wiki), tam přes 20 km létají SpaceShip One i Two - mají celokompozitní konstrukci a od toho co navrhuju, se to zas tak strašně moc neliší (možná, že tvar kabiny by se při použití kompozitů ukázal výhodnější kratší a baňatější, ale nevím ...v každém případě aerodynamická proudnice směrem k ocasu nemusí být uvnitř hermetizovaná a může být velmi lehká). když se podíváš na hmotnostní rozpočet, tak vidíš, že bez baterií to má vážit 4t: to vypadá jako celkem hodně, ale i hodně obrovská kompozitní letadla váží běžně (celá) kolem 2t. koukal jsem se na novější typy menších letadel a je celkem běžné, že prázdná konstrukce (u elektrických letadel občas i s bateriemi) váží zhruba stejně, jako užitečné zatížení. pravda, nejsou to letadla pro 40 lidí... ale vývoj jde tímto směrem.

podle mě důvodem, proč se až tak moc nelétá do stratosféry (kromě vojenských letadel a Concorde) není to, že by kabinu nešlo udržet natlakovanou a vyhřát jí: rozdíl mezi 12 a 21 km není z hlediska přežití při dehermetizaci nebo venkovní teploty zas tak zásadní. podle mě je důvodem, že 1) vláčet do té výšky palivo tě stojí další palivo 2) motory tam mají málo kyslíku (zvlášť pístové)

3. odpadní teplo motorů rozhodně nebude nulové (elektrická letadla potřebují elektromotory chladit proudem vzduchu) a baterie budou v gondolách motorů. uznávám, že potenciální problém je v tom, že ti baterie "zamrznou" - ale ve chvíli, kdy máš energii na to je dobíjet, máš i energii na to je ohřát (nějakým odporovým drátem)

4. "provozní násobky" si nechám poradit, jaké jsou v oboru běžné :-) vzhledem ke spíše nižším rychlostem, kterými se to bude pohybovat nízko u země, to bude v zásadě bezpečnější, než když se např. tryskáč pokusí o nouzové přistání a jeho rychlost je pořád v rádu stovek km/h. podstatné je tam právě to překlápění křídla: je jasné, že takhle lehké nesložené křídlo o délce 210m by se bez ohledu na použité materiály při podepření ve třech bodech prostě prohlo a zůstalo ležet na zemi. proto tam pořád řeším nějaké to skládání - a teď jsem ho konečně snad vyřešil.

ono to vypadá blbě... ale vystoupat absolutní (tedy nulovou vertikální) rychlostí 3 m/s do 6000 m (za cca 35 minut) může být skutečně způsob, jak ušetřit spoustu energie: protože pokud stoupáš šikmo dopředu a letíš nezanedbatelnou rychlostí, tak prostě odpor vzduchu trupu se počítá. a proti běžným vrtulníkům nebo tilt-rotorům má tilt-wing (a i historické německé a obří ruské dvourotorové vrtulníky s rotory na příhradových konstrukcích po obou stranách trupu) výhodu, že do proudu vzduchu z rotoru nezasahuje svým průřezem trup či část křídla (čelní průřez motorové gondoly může být minimální.. zvlášť když bude podlouhlá, jak je to v tomhle případě tak jako tak potřeba). prostě pokud šetříme, tak v hustém vzduchu není moc chytré letět rychle dopředu: s tím je lepší počkat na řídký vzduch a levnou energii ze slunce nad mraky...

AQUARIUS:

1. to ale znamená, že i běžné soukromé tryskáče musí mít přetlakované kabiny a nějaké zařízení na udržování tlaku v kabině: problém s dehermetizací kabiny by byl ve 21 km zhruba stejně fatální jako ve 12 km. prostě spotřebuješ trochu víc energie na stlačování toho čerstvého vzduchu do kabiny - ale principiálně použiješ stejné klimatizační zařízení (podle mě)

2. z toho grafu ti vyplývá, že mezi 12 a 21 km není extra velký rozdíl, co do teploty: v krajním případě ti může stačit natřít horní střechu kabiny načerno, resp. umístit na ní nějaký vakuovaný teplovodní kolektor (ovšem taky bude celkem dost odpadního tepla z motorů, i když pravda...ty jsou +/- 30 daleko od kabiny v motorových gondolách... ale stejně by se asi odpadním teplem rozmrazovala náběžná hrana křídla, apod.

uvědom si taky, že kabina je _hermeticky_ uzavřená (nutně) a že do ní musíš čerstvý vzduch vhánět pod tlakem: běžné levné rekuperační větráky mají přitom účinnost až 70%. může se docela dobře stát, že v kabině (osvětlené poledním sluncem, apod.) budeš mít problém spíš s přehříváním, než s podchlazením (a létat to bude logicky jen přes den... nevydrží to potmě bez baterií dýl jak hodinu, z definice)

Tak konečně zpět k solárním letadlům... na představení Solar Impulse II si počkáme do 9 dubna (a na první zkušební lety ještě kdoví dokdy), takže prozatím další čirá fikce z dílny Arachne Aerospace.

Minimálně rok jsem si lámal hlavu, jak vyřešit problém potřeby nízkého plošného zatížení křídla solárního letadla při skutečně rychlém stratosférickém letu: z předchozích úvah vycházela asi nejlíp tato: http://teckacz.arachne.cz/xchaos/files/telescoping-wing-stratospheric-solar-biplane-0.3.gif - ale ta čísla stejně moc neseděla, "zasunovatelnost" křídel do sebe je po mechanické/konstrukční stránce problematický koncept a nízké plošné zatížení křídla celkově snižuje bezpečnost letadla během startu a přistání (prostě s tím pak může poryv větru libovolně "třísknout o zem", do strany či dolů...). Místo zasouvání jsem už dříve vymýšlel různé zběsilé "otáčení" či harmonikové skládání křídel: základní koncept není úplně mimo, měnitelná geometrie křídel se u letadel historicky používala celkem dost - ale stejně to úplně nevycházelo, vedlo by to k posouvání těžiště letadla, apod. No, koneckonců o tom touhle dobou přemýšlím už asi 3 roky - takže není divu, že jsem vyzkoušel víc možností, jak to celé "poskládat"

Takže po roce je tu úplně nový nápad: obejít problémy s nízkým plošným zatíženém křídla během startu a přistání přechodem na čistě VTOL (nejpodobnější tomuhle je asi https://en.wikipedia.org/wiki/Bell_Boeing_V-22_Osprey , z novějších https://en.wikipedia.org/wiki/AgustaWestland_AW609 - samozřejmě, to jsou vojenská letadla... a třeba stoupavost apod. je někde úplně jinde... a celý koncept je zdokumentovaný pod označením https://en.wikipedia.org/wiki/Tiltrotor - ovšem u mě se otáčí celé křídlo, z důvodu nutnosti jeho složení, nejen rotor - takže spíš https://en.wikipedia.org/wiki/Tiltwing - což by mohl být i název celého konceptu, napříště - s tím se experimentovalo hodně v 50. a 60. letech, ale mechanická složitost překlápění celého křídla za to asi nestála )

Takže můj vlastní solární stratosférický VTOL zde:

http://teckacz.arachne.cz/xchaos/files/stratospheric-solar-VTOL-0.1.odg
http://teckacz.arachne.cz/xchaos/files/stratospheric-solar-VTOL-0.1.pdf

Samozřejmě je to jen první nástřel a zejména výkon motorů při letu na baterie jsou zřejmě dramaticky podhodnocené. Zase jsem nově přidal letovou obálku, která zhruba znázorňuje v jaké výšce (červeně) a v jaké fázi dne (osa x) lze zhruba očekávat jakou rychlost (zeleně). Jsou to všechno jen velmi hrubé odhady!

Některé zajímavé výhody tohohle konceptu:
- možnost operovat mimo letiště (měla by stačit travnatá plocha 100x100 m)
- start a přistání se odehrají ráno a večer, kdy je Slunce nízko nad obzorem. Solární křídla otočená do vertikální polohy budou i navzdory tomu, že budou z části složená "zády ke slunci" osvětlena relativně více, než horizontální křídla - navíc, větší část solární ploch bude po složení mířit stejným směrem
- křídla bude možné - dokonce nutné! - rozložit ještě před jejich překlopením do horizontální polohy a během stoupání je natočit směrem ke Slunci - to může za dobrého počasí výrazně snížit vybití baterií a urychlit stoupání do cestovní letové hladiny)
- možnost rekuperace energie během přistávání (?? odehrávalo by se v režimu "vírník"? možná nesmysl :-)
- akumulátory budou umístěné v motorových gondolách - tzn. prakticky třetina veškeré hmotnosti se nachází blízko těžiště (a navíc vztlak křídla se bude velmi rovnoměrně rozkládat do tří bodů, nejen na trup)
- křídlo se skládá zásadně ve směru, kterým nebude při aerodynamickém letu zatěžováno (jako na letadlových lodích)
- křídlo nemusí být duté (na rozdíl od teleskopického křídla) - tedy konstrukčně by mělo být relativně jednoduché
- jako mechanismus "přehýbání" křídla (navíc opačným směrem, než bude zatěžováno při letu) stačí relativně velmi jednoduchý "pant" - první přímo u trupu ohebný v řádu jednotek stupňů, dále pak jde o tupý úhel cca 120 stupňů
- velký průměr vrtulí (sloužících během VTOL jako rotory) se ideálně uplatní v řídkém vzduchu ve stratosféře (kde klesá i rychlost zvuku) - naopak při vertikálním startu a přistání by průměr vrtulí byl problém
- skládání křídla s mírným negativním šípem je i na schématu úmyslně znázorněné tak, že křídlo nemůže v případě nějakého "nedovoleného" ohybu narazit ani do rotorů, ani do trupu - pouze samo do sebe (ale jen "naplacato")
- "podvozek" bude umístěný na spodním okraji kormidla a koncích motorových gondol - to jsou tři strukturálně dobře rozložené body, příhodně blízko k místům největšího soustředění hmotnosti (baterie, trup)
- konstrukce křídla otočeného do vertikální polohy je zjevně daleko robustnější než ta samá konstrukce "naplacato", přitom ale celou váhu trupu bude nutné přenášet mezi oba rotory, které od něj budou poměrně vzdálené: i proto je pro předpokládanou ultralehkou konstrukci křídla vhodnější uspořádání "tiltwing" než "tiltorotor"
- kolmý start a přistání zajistí, že většina horizontálního pohybu vysokou cestovní rychlostí se bude odehrávat v relativně řídkém vzduchu (protože ztráty v důsledku odporu vzduchu rostou s druhou mocninou rychlosti)

Jasné nevýhody, resp. kritické problémy designu:
- i "do spirály složené" křídlo bude pořád náchylné k tomu, aby na něj působily poryvy větru (boční vítr, protivítr) - kritická plocha bude ale výrazně menší než např. u vzducholodě
- vertikální start a přistání zcela vylučuje ze hry konvenční letiště (i když to je spíše asi dobře, když je o úplně nový typ dopravy, pro úplně nové cílové skupiny)
- klouzavost 50:1 odpovídá jenom těm nejlepším větroňům (na druhou stranu - jde tentokrát o velmi čistý aerodynamický design, bez jakýchkoliv vzpěr, výztuh, apod. a tvar křídla lze vysloveně optimalizovat pro řídký vzduch ve stratosféře, protože v hustém vzduchu u země nebude nikdy používáno)

Jinak už jsem ani nepřemýšlel, že by solární dopravní letadlo někdy mohlo být kompaktní - a vymýšlel jsem různé koncepty, podobající se vlečení větroně během startu motorovým letadlem (v tomto případě elektrickým, s bateriemi - nejvíc se mi líbil koncept, kdy dvě identická solární letadla budou jedno naložené bateriemi, druhé cestujícími a budou si navzájem asistovat při startu - a to vlečné pak bude zbytek dne kroužit nad mraky a dobíjet baterie vybité při startu... i u téhle varianty ale nízké plošné zatížení dost zhoršovalo šance na bezpečné přistání...).

Každopádně to není poslední nápad, ale jedno je jisté: motat se nízko u země s obřími větroni (stejně jako s obřími vzducholoďmi!) je nepraktické, a v případě výkyvů počasí i nemožné. VTOL je pro specializovaná stratosférická letadla možná ta nejlepší možnost - ale možná se ukáže, že ani částečné složení křídla není bezpečné a nutné bude jeho úplné složení nebo úplně jiný tvar (dvouplošník s kruhovým uzavřeným křídlem, symetricky "křížem" skládaným během startu a přistání?). je to prostě verze 0.1 ...

OMNIHASH: což ale poněkud vyvrací teorii, že jsem se za ty léta nic nového nenaučil nebo nijak ty vize "nezkvalitňoval".. tady část lidí ale bude trollovat proti ČEMUKOLIV co napíšu, což mi přijde riskantní, protože miň část z toho je opsaná odjinud a není to nesmysl.

(a kromě toho - být v rozporu sám se sebou je zajímavá strategie jak znemožnit ty, co jsou čistě jen v tupé, otrocké opozici proti všemu - je to způsob, jak je přinejmenším dezorientovat)