Ідея, яка засіла в голові ще з дитинства, іноді таки доростає до реального проєкту в гаражі. Автор каналу Made in Schwarzwald розповідає, що вперше побачив кадри сонячного літака, який облетів навколо Землі, ще малим — і сама думка про політ, живлений лише світлом, здалась йому магією. Роки минули, а цікавість нікуди не поділась. Тож він взявся будувати власний літальний апарат, який теоретично мав би триматися в повітрі виключно завдяки сонячним панелям.
Забігаючи наперед — не все пішло за планом. Але, як каже сам автор, саме через це історія і вийшла цікавою.
Що показують інші будівельники сонячних літаківПерш ніж братися за інструменти, автор вирішив подивитись, як цю задачу вирішували до нього. Зокрема, звернувся до досвіду Даніеля з каналу Rita Flight, який уже тестував кілька концепцій сонячних літаків. За його спостереженнями, існує два підходи: перший — робити крило дуже витягнутим і максимально ефективним аеродинамічно, другий — плюнути на ефективність і компенсувати все грубою потужністю двигуна. Другий варіант, до речі, у нього спрацював — літак літав цілий день.
Здавалося б, ефективність повинна бути головним фактором для сонячного літака. Але, як виявляється, це не завжди так — принаймні коли йдеться про видовженість крила. Це стає критичним лише тоді, коли літак має протриматись цілу ніч.
Автор вирішив піти третім шляхом — побудувати щось середнє: не надто складне, але й не надто примітивне крило, а ефективність добирати вже за рахунок силової установки.
Чому без карбонуРозмах крила — 4 метри, а сонячні панелі — річ доволі крихка, тож завдання саме по собі не з легких. Проте автор свідомо відмовився від карбону в конструкції — щоб проєкт могло повторити якомога більше людей без спеціального обладнання. У хід пішли лише дерево, пластик і пінопласт (styropor).
Каркас крила
- Три дерев’яні дошки розпиляні циркуляркою на десятки тонких рейок — головне, щоб у них не траплялося сучків.
- Нервюри крила намальовані “на око” і роздруковані на 3D-принтері десятки разів, поки розміри не підійшли ідеально.
- Нервюри приклеєні до пінопласту секундним клеєм.
Тонкий легкий пінопласт він придбав у звичайному будівельному магазині Bauhaus. Хвостову частину додатково підсилили тонкою дерев’яною рейкою, а сонячні панелі закріпили на м’якому двосторонньому скотчі.
Цікавий факт: деревина, якщо рахувати відносно її ваги, насправді міцніша за алюміній. Але тільки якщо навантаження йде точно вздовж волокон.
Двигун і гвинт — найцікавіша частина проєктуДля силової установки автор обрав найпоширеніший мотор 2212 — той самий, що свого часу стояв на дронах DJI Phantom 1 і Phantom 2. Він відомий не стільки ефективністю, скільки ціною й доступністю — але саме це й було потрібно, щоб проєкт можна було повторити без дефіцитних деталей.
Все 3D-моделювання цього разу автор зробив у безкоштовній програмі FreeCAD — і, за його словами, це вийшло на диво зручно, хоча перехід із Fusion 360 давався непросто.
Кут атаки гвинта підказала штучний інтелект, розрахувавши таблицю під швидкість 25–35 км/год і потужність близько 80 Вт. Передача обертів реалізована через ремінь із співвідношенням 4:1 — це дозволяє ефективніше крутити більший гвинт.
Логіка проста: енергія, потрібна для руху, зростає пропорційно квадрату швидкості, тож набагато ефективніше повільно розганяти велику масу повітря, ніж швидко — маленьку. За тим самим принципом, до речі, винищувач F-35 на повній тязі спалює 30–40 тисяч літрів палива за годину.
Тестування гвинтівАвтор надрукував три варіанти гвинта різної довжини, просто подовживши лопать у слайсері — хоча й розумів, що кут атаки через це трохи “поплаває”. Тестування проводилось із батареєю 4S, вимірюючи тягу з кроком у 20 Вт — 40, 60, 80 і 100 Вт.
При потужності 44 Вт тяга склала 362 г. Щоб оцінити ефективність, автор ділив тягу на потужність — чим вища цифра, тим краще працює гвинт. До певної межі ефективність зростала разом з розміром гвинта, і оскільки розрахункова потужність сонячних панелей становила 80 Вт, переможець визначився доволі чітко. Втім, найбільший гвинт добре показував себе лише до 70 Вт — на вищій потужності мотор з ним уже працював неефективно.
Вся силова установка важила близько 135 г — заради економії ваги всі деталі, крім кріплення мотора, надруковані порожнистими зсередини.
Складаний гвинт тримався на звичайних дерев’яних шпажках для шашлику — і, на подив автора, витримав до кінця тестів, тоді як самі лопаті ламались значно раніше.
Перше випробування — і перша тріщинаЕлектрична схема вийшла доволі простою: автор свідомо не став ставити BMS (систему керування батареєю) — за його словами, це має сенс встановлювати, лише коли літак доведений до ладу. Перед першим запуском треба було перевірити головне: чи вистачить сонячним панелям потужності для мотора.
І тут одразу трапилась прикрість — одна з панелей тріснула. Дивно, але показник струму (5 А) від цього майже не змінився. Проте варто було закрити одну панель від сонця рукою, як струм одразу впав із 5 до 3 ампер.
При розрахунку виявилось, що 5 ампер на 12 вольт дають лише близько 60 Вт — це майже мінімум із того, на що розраховував автор. За планом кожен елемент мав давати по 5 Вт, а всього їх 30, тобто теоретичний максимум — 150 Вт. Про всяк випадок автор закладав, що реально доступно буде трохи більше половини, тому й оптимізував гвинт під 80 Вт. У реальності ж вдалося вичавити не більше 65 Вт.
Схоже, китайський маркетинговий відділ трохи прикрасив реальні характеристики панелей.
Додатковою проблемою стало те, що клейка стрічка, якою кріпилися панелі, почала відклеюватись — сонце виявилось надто теплим для неї.
Перший політ — і перша посадка “наосліп”Незважаючи на всі проблеми, автор все ж вирішив спробувати підняти апарат у повітря. Виявилось, навіть без акумулятора, лише від панелей, тяга сягала 500–600 г — цього фізично відчувалось достатньо, хоча для балансування літака вага спереду все одно знадобилась.
Перший запуск ледь не зірвався через дрібницю — тінь від людини, що стояла поруч, впала на панелі, і мотор одразу заглух. Далі виникла плутанина з калібруванням контролера після перезапуску на повному газі. Але зрештою літак таки піднявся в повітря — і полетів значно швидше, ніж очікував автор.
Керувати виявилось надзвичайно складно: сервоприводи виявились занадто слабкими для такої швидкості. Автор тримав важіль керування повністю вправо, і апарат ледь-ледь слухався. Втім, посадка вийшла на диво м’якою.
Друга спроба закінчилась гучним звуком у повітрі — вибухнув гвинт.
Про запасні гвинти на той момент уже не було мови, тож автор просто склеїв уламки скотчем і суперклеєм — це стало останньою серйозною спробою утримати літак у повітрі довше.
Чи полетів літак справді лише від сонцяВ останньому заїзді автор намагався утримувати газ на рівні 55% протягом усього польоту. Однак дати остаточну відповідь на головне питання — чи вистачить сонячної енергії без акумулятора — поки що не вдалось: MPPT-контролер на цьому етапі все одно потребує підключеної батареї, а щоб перевірити роботу виключно від сонця, потрібно було б пролітати мінімум 4 години поспіль.
За звуком двигуна на різних тестах автор припускає, що необхідна потужність доволі близька до того, що реально видають панелі — хоча сам визнає, що звук у польоті не є надійним доказом, тим паче що заклеєний скотчем гвинт помітно “тріпотить” у повітрі.
Про якусь серйозну ефективність системи говорити поки що зарано. Посадка після останнього тестового польоту також пройшла не зовсім гладко.
Автор має намір повернутись до проєкту й спробувати випробувати літак протягом цілого дня — щоб остаточно з’ясувати, чи здатен він триматися в повітрі виключно завдяки сонячному світлу, без жодної допомоги акумулятора.
Запис Ентузіаст створив літак на сонячній енергії: дерево, пінопласт і двигун від дрону DJI Phantom спершу з'явиться на ProstoMob.
