Misiune de bază
Misiunea de bază a UAV (vehicul aerian fără pilot) nostru HALE (altitudine mare, rezistență lungă) este de a zbura peste un loc al pământului pentru perioade lungi de timp. Exact de ce nu este important în acest moment al discuției. Cel mai probabil, scopul este înlocuirea unui satelit de comunicații.
Viteza nu este importantă, deoarece doar zburăm peste un loc. Eficiența energetică este. De fapt, cu cât are nevoie de mai puțină energie pentru a menține altitudinea, cu atât mai multă sarcină utilă poate transporta. Având în vedere ceea ce tocmai am spus, sper că ți-a trecut în cap un cuvânt: planor. UAV-urile HALE arată ca planoare. Încărcare redusă în aripi, zbor lent, cu aripi lungi și slabe.
Dacă UAV-ul va rămâne sus ani de zile, are nevoie de o sursă destul de bună de energie. Dacă un reactor de fuziune nucleară este primul gând care tocmai ți-a trecut în cap, ai greși. În schimb, gândiți simplu și bine dovedit. Gândiți-vă la celule solare. Multi. Vestea bună este că planorul nostru are deja aripi mari, așa că vor fi acoperite cu celule solare.
Conditii grele
La 60.000 de picioare, 93% din atmosferă este sub tine. Presiunea aerului este de doar 7% din ceea ce este la nivelul mării. Densitatea aerului, sau greutatea aerului, este doar 9,5% din greutatea acestuia la nivelul mării. Temperatura medie este de -75 F (-60 C). De ce ar vrea cineva să zboare la acea altitudine?
De ce 60.000 de picioare
După cum am explicat în prima parte a acestei serii de articole, zborurile cu avionul comercial și cea mai mare parte a vremii se află sub 40.000 de picioare (12.000 m). Deci, acesta este podeaua absolută unde putem zbura.
Există alte câteva motive care ne împing să zburăm și mai sus. În primul rând, la 40.000 de picioare vânturile se pot ridica cu adevărat. Viteza medie a vântului la acea altitudine este de 50 MPH (80 KPH). Din nou, aceasta este media – ar putea fi cu ușurință dublu. Nu atât de mare este o problemă cu un avion de linie care zboară cu peste 500 MPH, ci o problemă reală cu UAV-ul nostru fragil și lent.
Viteza medie a vântului la 60.000 de picioare scade la doar 15 MPH (25 KPH). Este o veste grozavă. Asta înseamnă că nu trebuie să zburăm mai repede decât am face oricum. Mai lent este de obicei mai eficient.
Există un alt motiv foarte important pentru care vrem să zburăm mai sus decât avem absolut nevoie. Zburând deasupra unui loc, vom fi în întuneric aproximativ jumătate din timp. Celulele solare nu funcționează în întuneric. Menținerea aceleiași altitudini timp de 12 ore ar necesita un număr mare de baterii reîncărcabile. Pentru a economisi greutatea bateriei, vom pierde încet din altitudine noaptea. Încă trebuie să evităm avioanele și vremea, dar acum planorul nostru UAV va fi mai eficient.
Viteza de anduranță maximă
Cu ce viteză trebuie să zburăm? Ei bine, un avion zboară cu viteze diferite, în funcție de scopul care se întâmplă în acest moment. O viteză bine-cunoscută piloților de planor este numită cea mai bună viteză de alunecare sau cea mai bună viteză a raportului de ridicare la tracțiune (L/D). Aceasta este viteza cu care aripa este cea mai eficientă.
Viteza de care ne pasă se numește loter sau viteza maximă de anduranță. Un alt nume pentru aceasta este viteza minimă de putere necesară, din motive evidente. Este viteza la care avem nevoie de cea mai mică cantitate de energie pentru a menține altitudinea. Pentru un avion tipic, aceasta este aproximativ 76% din valoarea celei mai bune viteze L/D.
Există o captură mare. La această altitudine, aerul este atât de subțire încât trebuie să zburăm de 3,3 ori mai repede doar pentru a genera aceeași portanță. Aceasta înseamnă că, dacă viteza maximă de anduranță este de 20 MPH (32 KPH) la nivelul mării, ar trebui să zburăm la 66 MPH (106 KPH) la altitudinea noastră de croazieră. Asta, din păcate, necesită și de 3,3 ori mai multă putere pentru a menține. Dintr-o dată, proiectarea avionului nostru UAV nu sună atât de ușor!