Профиль полёта

Воздушный змей с неподвижной несущей поверхностью – простейший летательный аппарата известный с глубокой древности, управлять которым  умеют даже дети.  Замена крыла вращающимся ротором и придание аппарату дополнительной функции  ветрогенератора   отражается  на принципах управления .

Типичный профиль полёта LONGWIND  состоит из четырёх фаз:

1. взлёт

2. реверс роторов

3. высотное маневрирование

4. посадка

Рассмотрим каждую фазу подробнее.

Взлёт аппарата тяжелее воздуха при отсутствии внешней подъёмной силы (ветра – как для воздушного змея, или самолёта-буксировщика - как в случае с планерами, или паровой катапульты – как на авианосцах), возможен только за счёт собственного источника  энергии.  Поэтому штатным режимом взлёта LONGWIND  является  взлёт «по вертолётному». В этот момент электрическая машина ветрогенратра переключается в двигательный режим. На обмотки статоров  подаётся напряжение от наземной стартовой батареи. Машина раскручивает крыльчатки роторов до скоростей, достаточных для создания подъёмной силы, и аппарат взлетает. При отсутствии ветра, взлёт может проходить практически вертикально.

С целью упрощения и облегчения конструкции аппарата в аэродинамической схеме роторов не предусмотрено использование механизмов изменения угла атаки лопастей (нет автоперекоса).  Стабилизацию  LONGWIND по  тангажу и крену осуществляет 3 наземные лебёдки, с которых по мере подъёма сматываются  привязные тросы (Эти же тросы являются элктропроводами для питания двигателя с земли во время взлёта, и для передачи энергии на землю в режиме ветрогенератора). Меняя усилие натяжения  тросов на барабанах лебёдок, летательный аппарат стабилизируют в пространстве по всем трём плоскостям. «Вертолётный взлёт» осуществляет вплоть до высоты, на которой  обнаруживается устойчивый ветер, дующий со скоростью достаточной для создания подъёмной силы, способной удерживать ветрогенератор в воздухе.

Реверс роторов. Несущий ротор вертолёта традиционно работает  в «пропеллерном режиме». Иначе говоря, вращаемые двигателем летательного аппарата лопасти ротора, движутся в условно неподвижном воздухе  и тем самым создают избыточное давление под своей нижней поверхностью, благодаря которому возникает подъёмная сила.

У автожиров – набегающий встречный поток воздуха, обтекает условно неподвижную лопасть несущего ротора так, что под её нижней поверхностью создаётся избыточное давление и таким образом возникает подъёмная сила.

Для работы "летающего ветряка" нужны одновременно оба этих режима: ротор несущего винта должен вращаться по действием набегающего потока воздуха, создавая подъёмную силу. А сврех  того, мощность ветра, превышающая величину , необходимую для удержания аппарта в воздухе, должна преобразовываться в электричество.

При входе  в горизонт сильных ветров, обмотки электромашины переключаются в генераторный режим. Направление вращение роторов при этом меняется на противоположное. Реверс происходит в следующем порядке:

- Сперва обмотки статоров обесточиваются полностью. Роторы какое-то время вращаются по инерции в первоначальном направлении.

-Затем, по мере замедления скорости их вращения на обмотки статоров кратковременно подаётся напряжение, фазы которого направлены в противоположной по сравнению с начально последовательностью. Роторы начинают раскручиваться в обратную сторону. В  течении этого времени подъёмной силы создаваемой набегающим потоком воздуха ещё недостаточно для удержания аппарат, и он «проседает» снижаясь на некоторую величину. 

- Далее, по мере раскрутки роторов до скоростей «подхвата»,  величина возникающей при этом подъёмной силы достигает необходимых значений и аппарат начинает вновь набирать высоту.

- После занятия заданного эшелона обмотки электромашины отключаются от наземного источника питания и она переходит в генераторный режим.

Высотное маневрирование – это в основном поиск «хорошего ветра»: не слишком слабого, чтобы хватало на выработку электричества, не слишком сильного, чтоб в конструкции LONGWIND не возникало перегрузок, ровного по силе, правильного по направлению т.д. Технически , маневрирование летающим ветряком осуществляется точно так же как и обычным змеем – путём натяжения тросов привязных лебёдок. Сматывая и тросы и притормаживая вращение баработнов можно менять высоту полёта (эшелон) аппарата, угол его наклона к горизонту и ориентировать в азимутальной плоскости.

Посадка  LONGWIND по штатной схеме проходит в режиме авторотации  роторов . Создаваемая ими подъёмная сила преодолевается натяжением тросов лебёдок, которые постепенно наматываются на барабан, подтягивая аппарат к земле. Если сила ветра окажется слишком велика и э создавать опасность разрыва тросов, то обмотки электрогенератора подключаются на балластное сопротивление (или вообще соединяются «накоротко»), что приводит к торможению вращению роторов вплоть до их полной остановки и обеспечивает снижение аппарата. Если же наоборот,  ветер ослаб до таких величин напора, которых недостаточно для создания подъёмной силы, тогда электромашина переключается из генераторного в двигательный режим, и аппарат совершает посадку «по вертолётному».