美国加州UA公司正在研制氢能垂直起降无人旋翼机GH-4

加州UA公司开发了一种具备垂直起降和氢动力能力配置的无人自转旋翼机GH-4具有真正垂直起降(VTOL)和悬停能力。GH-4是一种没有直升机重量、机械复杂性和高直接运营维护成本的飞机。这是一款简单的飞机,专为民用和军用部门的安静、安全和高效运行而优化。
 

最近在远程控制下对电池供电的GH-4试验台进行了测试

 

GH-4消除了“直升机85%的复杂性,这意味着减少了85%的维护”。目前,该公司正在与美国海军签订合同,测试自主氢燃料电池驱动的GH-4飞机以及喷气燃料版本,以确定该飞机的适用性。氢是海军和其他军事部门正在考虑为未来飞机提供动力的几种替代燃料之一。

 

GH-4旋翼机的飞行控制系统设计非常新颖。飞机越简单、越坚固、越可靠越好。GH-4具有不错的航程能力,能够在故障前飞行数千小时。

 

GH-4可以用作后勤和其他任务的平台

凭借简单和坚固旋翼机的特点,GH-4目前可以携带6.8公斤的有效载荷。随着时间的推移,GH-4的放大版,具有28公斤和135公斤的有效载荷,可以开发用于各种军事角色,包括从战场撤离士兵或运送物资和药品的空中救护车。

 

在民用方面,GH-4和更大的GH-5可以为警察提供空中监视,向偏远社区运送物资,检查电力线,监测森林是否可能发生火灾。UA正在考虑将其技术授权给一家资本充足的公司,该公司希望UA扩大规模,推出更大的载客机型。

 

GH-4将于2025年底发布,供美国海军评估使用,并希望在2026年投产。接下来将从FAA获得实验许可证,然后是全面认证和大规模生产。

 

动力装置

大多数氢燃料电池驱动的垂直起降飞机需要额外的电池来满足垂直飞行和悬停的峰值功率需求。GH-4在着陆滑橇上配备了两个助推电池。选择这个位置是因为它便于安装和更换电池,具有更好的重心平衡和安全性——将电池远离氢燃料电池可以减少飞机上发生火灾的可能性。

 

氢动力总成测试

 

一般来说,从重量功率比来看,电池效率不高,而氢燃料电池为航空提供了几个引人注目的优势,包括更高的能量密度、更远的航程、更快的加油速度以及环境效益。

 

显著创新

GH-4上的设计创新之一是被称为自动变桨系统(APS)的新总距。可以把它想象成汽车中的自动变速器。通过打开旋翼电机,叶片的桨距从自转旋翼机模式变为直升机模式。通过增加或降低旋翼转速来增加和降低高度。UA使用叶片的离心力,使其转速高于直升机的飞行转速,以打开总距,并在返回自转旋翼机模式时再次关闭。

 

旋翼转速自动改变总桨距;不存在周期变距控制。旋翼轴的倾斜角度影响飞机的俯仰和横滚,而两个螺旋桨推进器用于偏航和前推力。

 

旋翼机在向前飞行时产生的阻力比直升机旋翼小。GH-4跷跷旋翼为垂直起降和悬停提供升力,但在向前飞行时会转化为自转。GH-4在向前飞行时需要传统直升机40%的能量,燃料电池系统在飞行中为推进系统的电池充电。

 

美国海军伯灵顿号上的GH-4

固定翼飞机不同,GH-4不会失速,可以承受更强的风速。据UA称,加重叶片尖端产生了一个惯性更高的旋翼系统,比传统直升机更好地抵抗湍流。

 

GH-4的主要性能包括260公里的航程、4.5小时的飞行时间和54公斤的载重。全电动系统为两个安装在机翼翼尖的螺旋桨提供动力;该飞机还使用两个位置伺服系统来控制旋翼轴。其中一个翼尖螺旋桨在垂直和悬停飞行期间提供反扭矩。

 

GH-4可以被描述为混合直升机和旋翼机。旋翼机具有出色的低速和低空能力,而且制造和运营成本远低于同类直升机,但不能垂直起降、悬停。旋翼机的旋翼通常没有动力;相反,它们的升力是因为前来的气流吹动旋翼而产生的。相比之下,GH-4有一个旋翼驱动器,仅在垂直起降、悬停和过渡运行期间啮合——与直升机相比,这是一种节省成本的功能。与直升机不同,GH-4没有配备自动倾斜器和相关连杆,而是使用旋翼头倾斜。

迄今为止,UA的总飞行时间接近50小时,并继续改进其概念验证GH-4。展望未来,GH-5的重量约为145公斤,有效载荷为27公斤,总飞行时间为5小时,以113公里/小时的速度飞行约560公里。该飞机将在后勤和其他任务之间进行重新配置,并将为陆地和海上行动进行加固。它可以折叠到最小占地面积,并在几分钟内即可部署。与GH-5一样,UA计划可以选择使用氢燃料电池或涡轮发动机。