Eurosatory 2022: Drony. Część 2: Skrzydlate pionowzloty

Jeszcze do niedawna użytkownicy dronów musieli wybierać pomiędzy: dronami ze stałymi skrzydłami – zdolnymi do szybkiego docierania na duże odległości i działania z dużą autonomicznością, a bezzałogowymi miniśmigłowcami/ kwadrokopterami z mniejszymi osiągami taktycznymi, ale za to ze zdolnością do pionowego startu i lądowania. Targi Eurosatory 2022 pokazały wyraźnie, że ostatecznie postanowiono pójść na kompromis i zaczęto budować minisamoloty ze zdolnościami VTOL (Vertical Take Off and Landing). Odbywa się to poprzez dodanie do głównych silników pchających (lub ciągnących) dodatkowych silników do ruchu pionowego.

W ten sposób drony uzyskały zarówno możliwość realizowania szybkich lotów poziomych (jako bezzałogowy samolot), jak i wykonania zawisu w powietrzu (działając jak bezzałogowy multikopter). Najbardziej głośno na Eurosatory 2022 było o bezzałogowym samolocie Trojan, który w czasie medialnego show został zaprezentowany przez izraelską firmę Aeronautics jako dron nowej generacji VTOL. W rzeczywistości podobnych konstrukcji w Paryż było o wiele więcej.

Tak więc Trojan nie był nowością ze względu na to, że może startować i lądować pionowo, ale jego prezentacja była rzeczywiście bardzo ważna i to z kilku powodów Po pierwsze, Izraelczycy wprowadzili chwytliwe oznaczenie klasy tego rodzaju dronów, które zakwalifikowano jako „bezzałogowe samoloty zawisające" UHP (Unmanned Hover Plane).

Po drugie, zaproponowany nowy sposób działania, polegający na lądowanie Trojana w terenie na odpowiednim wzniesieniu lub budynku, a później operowaniu tam jako stacjonarny punkt obserwacji optoelektronicznej. Wymaga to oczywiście znalezienia odpowiedniego lądowiska oraz zapewnienia zasilania. Z tym drugim jednak Izraelczycy poradzili sobie montując panele słoneczne w skrzydłach Trojana.

Ale na Eurosatory 2022 można było znaleźć również inne rozwiązania problemu zasilania bezzałogowców lądujących w terenie, oparte o przenośne lądowiska dokujące. Są to najczęściej rozkładane skrzynie, które po wylądowaniu na nich dronów mają możliwość podłączenia zasilania i naładowaniu ich akumulatorów. W ten sposób w powietrzu można stworzyć system ciągłego nadzoru, działający przez wiele godzin i to praktycznie bez udziału człowieka.

Zadaniem konstruktorów jest więc tylko opracowanie drona, który mógłby korzystać z tego rodzaju udogodnień z tym założeniem, by nie był to multikopter, a bezzałogowy minisamolot UHP. I tu w Paryżu pojawiło się kilka rozwiązań, różniących się sposobem rozkładania silników do pionowego startu i lądowania oraz ich liczbą. W większości przypadków taki bezzałogowy samolot UHP jest w locie napędzany własnymi silnikami pchającymi/ciągnącymi. Zasadniczo nie stosuje się więc na dronach rozwiązań znanych z amerykańskich, załogowych transportowców VTOL typu V-22 Osprey, w których silniki wykorzystywane przy starcie są również używane do lotu poziomego.

Odstępstwem od tej reguły na Eurosatory 2022 były dwa typy dronów. Pierwszy z nich był prezentowany na stanowisku wystawienniczym niemieckiej firmy Welp Group. Był to mały samolot napędzany trzema silnikami elektrycznymi, umieszczonymi w gondolach na końcówkach skrzydeł i na tylnym stateczniku kierunku. Po starcie pionowym te silniki się po prostu przekręcają o 90º i w ten sposób dron może później lecieć jak typowy minisamolot.

Drugim dronem tego rodzaju był Dragonfish chińskiej firmy Autel Robotics. On z kolei został wyposażony w cztery silniki, z których dwa, umieszczone na przodzie i końcu kadłuba, są zawsze ustawione pionowo i wykorzystywane w czasie ruchu „góra-dół-góra". Z kolei dwa następne, mniejsze i ruchome, są umieszczone w końcówkach skrzydeł. Przy przejściu do lotu poziomego ich śmigła są ustawiane poziomo. Przy lądowaniu i starcie są przekręcane o 90º, wspomagając działanie dwóch pozostałych silników umieszczonych w kadłubie.

Pozostałe, bezzałogowe samoloty na Eurosatory 2022 przystosowane do manewrów VTOL, poza śmigłami głównymi zapewniającymi ruch do przodu, mają najczęściej jeszcze cztery silniki elektryczne z własnymi śmigłami, które są montowane:

1.     albo na czterech wysięgnikach odchodzących od kadłuba,

2.     albo na końcach podwieszonych pod skrzydłami długich belek biegnących równolegle do kadłuba,

3.     albo w obu kadłubach (w przypadku dronów dwukadłubowych).

Przykładem pierwszego rozwiązania na Eurosatory 2022 był tylko wspomniany już dron Trojan. Bezzałogowiec ten, o rozpiętości skrzydeł 4,2 m i przy maksymalnej masie startowej 45 kg, może przenosić ładunek użyteczny o masie 12 kg. Bez doładowania może przebywać w powietrzu przez około 2,5 godziny (z prędkością przelotową około 90 km/h), przy promieniu działania wstępnie określonym na 150 km (ograniczonym przez zasięg łączności radiowej).

W przypadku drugiej grupy dronów, na Eurosatory 2022 można było wyróżnić dwie grupy tego rodzaju rozwiązań. W większej liczbie prezentowane były drony z dodatkowymi belkami, które od samego początku były projektowane jako klasa UHP. Ale były również dwa przykłady klasycznych, bezzałogowych statków powietrznych, które zostały do tego odpowiednio przerobione lub przygotowane.

Takim doraźnie zmodyfikowanym bezzałogowcem był drugi dron prezentowany na Eurosatory 2022 przez firmę Aeronautics. Izraelczycy pokazali bowiem, jak ze znanego wcześniej, bezzałogowego samolotu rozpoznawczego Orbiter 4, można stworzyć bezzałogowy system powietrzny klasy UHP przez dołożenie mu prostego zestawu modernizacyjnego VTOL kit (Vertical Take Off and Landing).

Izraelczycy wykorzystali stosunkowo duży bezzałogowiec-dron o rozpiętości skrzydeł 5,4 m, masie startowej 50 kg i udźwigu 12 kg, który wcześniej mógł przebywać w powietrzu przez ponad 24 godziny. W Paryżu zaprezentowano jego wersję przerobioną na UHP z wykorzystaniem zestawu modernizacyjnego, składającego się przede wszystkim z dwóch belek podczepianych pod skrzydłami. Belki te z silnikami i śmigłami umieszczonymi na stałe na ich końcach, są montowane równolegle do kadłuba i wykorzystywane do lądowania, startu oraz również do wykonania zawisu nad wskazanym terenem.

Jeszcze dalej poszli konstruktorzy z francuskiej firmy Delaire. Na Eurosatory 2022 zaprezentowali bowiem po raz pierwszy bezzałogowy minisamolot DT 46 z jednym śmigłem ciągnącym z przodu kadłuba, który w razie potrzeby można szybko przerobić do wersji VTOL. Przy czym Francuzi pochwalili się, że operacja polegająca na montażu pod skrzydłami dwóch belek z czterema silnikami elektrycznymi i śmigłami na końcach, może być zrealizowana w warunkach polowych przez dwie osoby w czasie mniejszym niż piętnaście minut.

Standardowy DT-46 podczas startu waży 26 kg, z czego 5 kg stanowi ładunek użyteczny. Po dodaniu belek z wirnikami ta waga zwiększa się o kolejne 5 kg. Dron ma rozpiętość skrzydeł 4,5 m i w wersji tylko ze śmigłem ciągnącym może przebywać w powietrzu przez 7,5 godziny. W przypadku wersji VTOL ta autonomiczność zostaje ograniczona do 3,5 godziny.

Takie zestawy modernizacyjne UHP na Eurosatory 2022 były jednak wyjątkiem, ponieważ większość prezentowanych tam belkowych, bezzałogowych samolotów ze zdolnościami VSTOL była do tego po prostu od razu zaprojektowana. Do tej klasy dronów zalicza się np. minisamolot SQA ze słoweńskiej firmy C-Astral Aerospace, ze śmigłami pchającymi i wirnikami na dwóch belkach pod skrzydłami. Ten dron o rozpiętości skrzydeł 2,9 m i długości 0,93 m i wadze startowej 9,8 kg może przebywać w powietrzu przez ponad 2,5 godziny i działać w promieniu 40 km.

Pozostałe, bezzałogowe minisamoloty z możliwościami VTOL były już od razu do tego projektowane. „Dużym" (rozmiarowo) przykładem takiego rozwiązania jest amerykański dron JUMP 20 proponowany przez firmę AeroVironment. Przy rozpiętości skrzydeł 5,7 m, długości 2,9 m i wadze 97,5 kg może on przenosić 13,6-kilogramowy ładunek użyteczny latając przez 14 godzin w promieniu 185 km.

W natłoku rozwiązań tego rodzaju wyróżniał się także dron EOS C z estońskiej firmy Threod Systems. W jego przypadku mamy do czynienia z klasycznymi minisamolotem z jednym śmigłem ciągnącym i czterema poziomymi śmigłami rozmieszczonym na końcach belek wkomponowanych w konstrukcję skrzydeł.

Podobnie zbudowany był dron Zarek V2 hiszpańskiej firmy Aeronautica SDLE. Posiadał on dwie belki z silnikami i śmigłami do pionowego startu oraz jedno śmigło ciągnące umieszczone z przodu kadłuba. Dodatkowo jest to dron ze składanym, przednim podwoziem. Rozwiązanie hiszpańskie nie zostało jeszcze powszechnie wdrożone i ze względu na rozmiary (długość 2,5 m i rozpiętość skrzydeł 3,5 m) było prezentowane na Eurosatory 2022 jedynie w pomniejszonym modelu. W realnym działaniu ma jednak pozwalać na prowadzenie lotów przez 8 godzin do maksymalnego pułapu 3600 m.

Dobrym przykładem trzeciej grupy dronów UHP (dwukadłubowych) są dwa bezzałogowce Wander B i Thunder B VTOL izraelskiej firmy BlueBird Aero Systems. Mają one standardowe, pojedyncze śmigła pchające umieszczone za środkową gondolą z wyposażeniem elektronicznym i konstrukcję płatowca przypominają znane tureckie drony Bayraktar TB2. Izraelczycy zapewnili jednak swoim bezzałogowcom możliwość pionowego startu i lądowania poprzez dodanie czterech silników elektrycznych z poziomo ułożonymi wirnikami. Nie zostały one jednak umieszczone w jakichś, dodatkowych belkach, ale w obu kadłubach, które zostały w tym celu wydłużone poza obrys skrzydeł.

Wander B może w sumie latać przez 10 godzin na pułapie do 4500 m. Thunder B VTOL jest bezzałogowcem już większym i przy masie startowej 35 kg ma mieć możliwość działania przez 12 godzin w promieniu 150 km. Warto przy tym wyjaśnić, że firma BlueBird Aero Systems oferuje również standardowy, bezzałogowy samolot Thunder B. Pomimo podobieństwa nazwy, Thunder B VTOL jest jednak zupełnie odmienną konstrukcją, chociażby przez to, że jest dronem dwukadłubowym.

Podobną budowę do tych dwóch, izraelskich dronów, mają bezzałogowce H10 Poseidon i H6 Poseidon Mk II, prezentowane na Eurosatory 2022 przez cypryjską firmę Swarmly Aero. Są to również bezzałogowe minisamoloty dwukadłubowe z silnikami pionowego startu i lądowania w obu kadłubach oraz ze śmigłem pchającym w gondoli środkowej.

Poseidon MKII to duży dron o rozpiętości skrzydeł 5 m i długości kadłuba 3,3 m, który ważąc przy starcie 95 kg może przenosić 25-kilogramowy ładunek użyteczny. System może latać z prędkością 110 km/h przez maksymalnie 7 godzin w promieniu około 150 km.

Jego mniejszym odpowiednikiem był podobnie skonstruowany H10 Poseidon. Mając rozpiętość skrzydeł 3,5 m i długość kadłuba 1,9 m oraz ważąc przy starcie 22 kg może on przenosić 3,5-kilogramowy ładunek użyteczny. System może latać z prędkością 76 km/h przez maksymalnie 2 godziny w promieniu około 50 km.

Dwukadłubowym dronem pionowego startu i lądowania był także dron Reach opracowany przez południowokoreańską firmę Alti (należącą obecnie do izraelskiej grupy Avnon HLS Group). Jest to bezzałogowiec o rozpiętości skrzydeł 5 m, autonomiczności 10 godzin i promieniu działania 150 km, który ważąc samemu 80 kg może przenosić ładunek użyteczny o wadze 5 kg.

Polskim odpowiednikiem tej klasy dronów był prezentowany na Eurosatory 2022 bezzałogowiec MADDOS w wersji 350e. Co ciekawe wystawiała go firma AP FLYER znana na cały świecie z bardzo dobrze sprawdzonych w działaniu systemów antydronowych. W Paryżu Polacy pokazali jednak również bezzałogowy, dwukadłubowy samolot, który poza jednym silnikiem pchającym miał jeszcze w obu belkach kadłuba po dwa silniki VTOL.

Dron MADDOS 350e o rozpiętości skrzydeł 3,5 m ma możliwość zabrania na pokład 4 kg ładunku użytecznego przy autonomiczności 3 godzin i locie z prędkością 72 km/h. Firma AP FLYER proponuje jednak również dwie większe wersje tego bezzałogowca: 450h (o rozpiętości skrzydeł 5 m, autonomiczności 7 godzin i udźwigu 20 kg) oraz 600h (o rozpiętości skrzydeł 6 m, autonomiczności 10 godzin i udźwigu 25 kg).

Link:

https://youtu.be/Myb\_D0iMlic

Najbardziej zaawansowaną konstrukcją tego rodzaju był na Eurosatory 2022 dron Penguin C Mk2 amerykańskiej firmy Edge Autonomy. W bezzałogowcu tym wyeliminowano bowiem problem położonych poziomo śmigieł w kadłubach, które w locie horyzontalnym w większości przypadków są niewykorzystywane, stanowiąc za to opór dla powietrza.

Problem ten wyeliminowano poprzez zastosowanie specjalnych pokryw, które w momencie gdy konieczny jest ruch w pionie, są unoszone do góry robiąc miejsce dla obracających się śmigieł. W momencie, gdy silniki VTOL nie są wykorzystywane, śmigła są ustawiane równolegle do belek kadłuba i pokrywy się opuszczają, tworząc opływową owiewkę.

Zupełnie inną odnogą w klasie UHP są kwadrokoptery, które wyposażono w obracane skrzydła oraz śmigło pchające. Całą rodzinę dronów tego rodzaju zaprezentowała izraelska firma Colugo Systems. Jej sztandarowym produktem jest kwadrokopter ARC 1000, który samemu ważąc w czasie startu 9,5 kg, może przenosić ładunek użyteczny 5 kg. Teoretycznie jest to standardowy kwadrokopter z czterema wirnikami umieszczonymi w składanych wysięgnikach, odchodzących od kadłuba.

Dron ten może jednak również latać jak typowy samolot i to unosząc się przez ponad dwie godziny z prędkością maksymalną do 100 km/h do odległości 100 km. Pozwala na to śmigło pchające umieszczone w tyle kadłuba oraz dwa skrzydła, które w momencie poruszania się wertykalnie są ustawiane pionowe, a przy locie poziomym są przekręcane o 90º. Rozwiązanie to jest o tyle ważne, że jak pokazywało malowanie jednego z dronów, prawdopodobnie już zostało zastosowane przez izraelską policję.

Zupełnie innym kierunkiem budowy bezzałogowych samolotów pionowego startu jest dron V-BAT amerykańskiej firmy Shield AI. Jest to bowiem konstrukcja, która wykorzystując silnik pchający unosi się w powietrze pionowo, by później przejść z wykorzystaniem sterów do lotu poziomego przy stałym zwiększaniu prędkości. Z kolei lądowanie polega na zmniejszaniu prędkości i powolnym opuszczaniu się ogona do pozycji pionowej.

Dron V-BAT jest stosunkowo duży, ponieważ ma długość 2,96 m i przy starcie może ważyć do 57 kg z czego 11 kg to ładunek użyteczny. Bezzałogowiec ten może przebywać w powietrzu przez nawet 10 godzin, a do lądowania potrzebuje płaszczyzny o wymiarach 3,7x3,7 m.

O wiele mniejszym rozwiązaniem tego rodzaju był na Eurosatory 2022 bezzałogowy minisamolot Quantix RECON zaproponowany przez amerykańską firmę AeroVironment. Jest to dron napędzany czterema silnikami elektrycznymi umieszczonymi w końcówkach skrzydeł. Sam sposób startu i lądowania jest praktycznie identyczny jak w przypadku V-BAT. Przejście z lotu pionowego do poziomego odbywa się wiec po łuku w miarę wzrostu prędkości, a lądowanie odbywa się poprzez stopniowe zmniejszanie prędkości i różnicowanie prędkości obrotowej silników dolnych i górnych. Dron ważący 2 kg może działać kierowany radiowo w promieniu 2 km (maksymalny zasięg 40 km) latając na pułapie do 2300 m przez około 45 minut.

Jak widać takich bezzałogowych samolotów pionowego startu i lądowania zaprezentowano fizycznie na Eurosatory 2022 około dwudziestu. Zakładając, że w każdym z tych wzorów istnieją co najmniej trzy wersje (tak jak w przypadku polskiej firmy AP FLYER) można więc szacować, że na rynku jest w tej chwili ponad pięćdziesiąt typów tego rodzaju dronów, które, jak pokazano w Paryżu, są coraz mocniej rozwijane i reklamowane.