Доктор Искольд бросает вызов гравитации, время в обмене самолетами Red Bull

Что вы можете сделать за 45 секунд? Сможете ли вы прыгнуть с парашютом между двумя самолетами, которые находятся в вертикальном пикировании со скоростью 140 миль в час, восстановить контроль и избежать довольно жесткой остановки в конце?

Такова идея Plane Swap , последнего и, возможно, самого безумного первого в мире подвига авиационной команды Red Bull Air Force, и на самом деле 45 секунд — это количество времени, которое у пилотов есть на это. Это кажется невероятным, поэтому Digital Trends поговорили с доктором Пауло Искольдом , инженером, отвечающим за модификацию самолета, который будет использоваться в проекте, о том, чтобы воплотить его в жизнь.

Замедление, а не ускорение

«Это довольно сложная задача», — сказал доктор Искольд, что прозвучало как серьезное преуменьшение, прежде чем продолжить со смехом. «Когда Люк [Айкинс, пилот Red Bull Air Force , придумавший концепцию обмена самолетами] поставил передо мной проблему, я подумал: «Что, черт возьми, мы здесь делаем?»

Искольд именно тот тип человека, который вам нужен в таком проекте. Он не только имеет докторскую степень в области машиностроения, но и проектирует и строит самолеты с 2001 года. Его очевидный опыт проявился во время нашего разговора, как и его энтузиазм по поводу обмена самолетами и авиации в целом. Однако это сильно отличается от того, что он делал раньше.

«Я занимаюсь гонками на самолетах и ​​устанавливаю рекорды, но это как раз наоборот, это то, как мы замедляем самолет. С точки зрения аэродинамики это было проблемой. Когда вы видите общую картину, два человека меняются самолетами во время полета, и это очень страшно. Но мы не видим этой большой картины, мы видим маленькие кусочки, которые позволяют нам туда добраться. Вот в чем заключается этот проект, это то, как сделать эту сумасшедшую штуку не сумасшедшей».

Среди всех этих мелких деталей выделяются две основные инженерные задачи: разработка и установка специального скоростного тормоза и нестандартной системы автопилота. Именно эти аспекты мы исследовали в ходе нашего разговора.

Делаем скоростной тормоз

«Когда мы впервые разговаривали, я думал, что скоростной тормоз будет намного меньше, чем у нас, и думал, что он будет на крыле, как планер», — объяснил Искольд, прежде чем улыбнуться и добавить: «Возможно, поэтому я сказал, давайте сделаем это, потому что я думал, что это будет просто, а потом я узнал, что это не так!»

Используемые самолеты – это две Cessna 182, и тормоз скорости необходим для того, чтобы самолеты совершали контролируемое пикирование не только для поддержания целевой скорости 140 миль в час, но и для стабильности. Несмотря на то, что скорость и воздушные тормоза широко используются в авиации, начиная от самолетов, которые приземляются на авианосцы, и заканчивая бортом ракеты SpaceX, когда она заходит на посадку, здесь это неизведанная территория.

«Он как минимум в пять раз больше [чем я думал, что он должен быть]», — пояснил он. «Я думал, что это будет четыре фута на 12 дюймов над крыльями, а теперь это 6 футов на 5 футов и на брюхе самолета. Он прикреплен к шасси и еще одной жесткой точке в передней части фюзеляжа, и для его работы используются гидравлические приводы».

Несмотря на то, что к самолету добавляется большая дополнительная деталь, она мастерски интегрирована в корпус. «Это очень аккуратная модификация самолета, шасси работает как обычно, и нам не нужно вырезать или сверлить отверстия. Он просто крепится к нему одной точкой крепления, и через 30 минут вся секция может быть удалена, и самолет вернется в исходное состояние».

технология Ф1

Установка гигантской плоской конструкции на днище самолета создала несколько дополнительных проблем. Искольд решил проблему бафтинга, добавив отверстия в скоростном тормозе, которые пропускают воздух и разрушают вихри, угрожающие стабильности, но непредвиденная проблема потребовала немного больше работы. Он пояснил, что скоростной тормоз на самом деле состоит из четырех частей, и во время первых летных испытаний, сколько бы секций ни использовалось, самолет не проходил пикирование под 70 градусов, а нужно было под 90 градусов.

«Потребовалось некоторое время, чтобы понять, что происходит, даже с большим количеством испытательных полетов и симуляций», — сказал Искольд. В конце концов команда сделала важное открытие. «Скоростной тормоз имеет область низкого давления прямо позади, и он заставляет поток воздуха поворачиваться. Хвост самолета находится в этом потоке, и это заставляло самолет подниматься вверх. Эти двое дрались друг с другом».

Решение оказалось простым (если вы инженер-механик): «Мы создали зазор между фюзеляжем и тормозом скорости, чтобы через него проходил воздух, и эта струя воздуха защищает хвост от потока воздуха. созданный тормозом».

Искольд сравнил это с тем, как работает система снижения лобового сопротивления (DRS) на современном автомобиле Формулы-1, где часть заднего крыла поднимается, чтобы уменьшить лобовое сопротивление. На болиде F1 это увеличивает максимальную скорость, но на самолетах с обменом самолетами это означает, что пикирование на 90 градусов может быть выполнено безопасно и надежно.

Автопилот от ракеты

Скоростной тормоз — это лишь часть того, что делает Plane Swap сложной задачей. Поскольку каждый самолет будет оставаться без присмотра в течение определенного периода времени, автопилот должен взять на себя управление. Обычно автопилот в самолете заботится о поддержании уровня самолета, но для смены самолета он должен делать противоположное и поддерживать вертикальное пикирование. Искольд объяснил, что обычный автопилот не подходит, так как все его обычные ориентиры теряют смысл в этом 90-градусном пикировании. Решение? «Мы перешли к той же системе, которую используют ракеты, так как они работают под углом 90 градусов».

После того, как система была выбрана, необходимо было разработать жесткие допуски и исключительную точность, необходимые для успешного выполнения плана, начиная с различий в скорости и размере задействованных объектов. «Парашютисты падают вертикально и могут немного двигаться вперед и в стороны, но не сильно. Это около 10 миль в час. Они также подвержены ветру и будут двигаться вместе с ним. Однако в самолете, летящем прямо вниз со скоростью 140 миль в час, если вы измените угол всего на четыре градуса, это уже будет 10 миль в час по горизонтали. Когда ветер бьет в парашютиста, уровень поверхности мал, но когда он бьет в крыло самолета, оно похоже на парус. Все это означает, что автопилот всегда должен находиться в пределах трех градусов по тангажу, чтобы траектория самолета была достаточно стабильной для парашютистов».

В этот момент также важно помнить, что со всем этим должны справиться два самолета и два парашютиста. «У нас групповой полет, и оба самолета должны лететь вместе, поэтому вы можете подумать, что естественным решением будет синхронизация двух самолетов вместе», — сказал нам Искольд. «Мы этого не делаем. Они независимы. Мы настраиваем их, чтобы они вели себя одинаково, и когда мы совершаем погружение, автопилот работает, чтобы сохранить правильный угол тангажа и курса. Чтобы они не сталкивались друг с другом, они ныряют по расходящейся траектории на несколько градусов, но вы не увидите этого невооруженным глазом».

Неожиданные осложнения

Поскольку Plane Swap — это новаторское начинание, не существует чертежа конструкции самолета или установленного набора рекомендаций, которым нужно следовать, а это означает, что всегда есть неожиданные проблемы, которые необходимо решить. В тот день, когда мы разговаривали с доктором Искольдом, команда боролась с тем, что один самолет вел себя не так, как другой. Это было неожиданностью, так как оба самолета практически идентичны.

«Синий самолет ныряет прямо, как стрела, к земле. Идеально. Серебряный самолет — это кошмар, и он никогда не движется правильно», — рассказала Искольд, добавив, что оба самолета абсолютно одинаковы, за исключением одной небольшой разницы в хвосте.

«Мы пытались кое-что изменить, чтобы воспроизвести синий самолет, но это не помогло, — продолжил он. «Команда изменила размер скоростного тормоза, и мы заметили, что если сделать его немного меньше, то самолет станет более устойчивым. К сожалению, из-за этого самолет летит быстрее, и парашютистам становится сложнее».

При дальнейшем осмотре Искольд обнаружил проблему. «Мы знали, что у одного самолета был немного другой центр тяжести, и что происходит, когда вы находитесь в вертикальном положении, тормоз скорости похож на парашют, и вы хотите, чтобы центр тяжести находился за парашютом, если он выше, это не стабильно. Так что мы играем с этим, и это имеет значение. Это очевидно, когда я говорю это, но поскольку проект такой большой и сложный, мы потеряли его из виду».

Серебряный самолет был построен первым, затем был разработан синий самолет, идентичный ему. Проблемы, подобные той, что с центром тяжести, трудно определить, особенно когда летные испытания сложны с точки зрения логистики, поскольку всегда требуется достаточно большой аэродром, а также парашютисты и испытательное оборудование, и опасение, что если что-то пойдет не так, это может означать потерять самолет. Решение проблем требует времени, и Искольд говорит, что для того, чтобы все сделать правильно, требуется устойчивый, пошаговый подход.

45 секунд до успеха

Теперь сложность задачи ясна, давайте вернемся к 45-секундным временным рамкам, в течение которых парашютисты прыгали с одного самолета на другой и возвращали себе управление.

«Между первоначальным погружением и восстановлением у нас есть 45 секунд», — сказал нам доктор Искольд, но на самом деле это время становится еще короче, когда вы разбиваете его на части. «Парашютистам нужно отработать все кнопки и ручки перед выходом [из самолета], когда они потеряют около пяти секунд, а на восстановление им нужно 10 секунд», — продолжил он. «Итак, у них есть 30 секунд, чтобы сделать переход».

Таким образом, на самом деле прыгнуть с парашютом между двумя быстро снижающимися самолетами можно всего за 30 секунд. Однако, хотя это звучит слишком кратко, доктора Искольд это не беспокоит. «Теперь [когда] мы совершили несколько испытательных полетов, я бы сказал, что у нас достаточно времени. Вплоть до того, что если они пропустят первую попытку, у них будет достаточно времени для второй попытки».

Продуманная инженерия и стремление раздвинуть границы возможного с самолетом внезапно заставили эти 45 секунд показаться достаточными, по крайней мере, для двух отважных парашютистов, совершающих этот захватывающий подвиг.

Вы сможете увидеть результат напряженной работы доктора Искольда и его команды, когда в воскресенье, 24 апреля, состоится обмен самолетами Red Bull. Он будет транслироваться исключительно в прямом эфире на Hulu в США в 19:00 или 16:00 по восточному времени. PT., и одновременно на Red Bull TV по всему миру.