- אוראל לאופר, אלירן לוי, אלכסיי ליסיצקי, אברהם בראל, גיא ולדנר, גל זהר, כפיר ראובן, לילך רפאלוב, נעם ברודי, עדי גרין, עידן אייזנברג.
- שלמה שפונד
- בתחום ההנעה – שמעון שרף, בתחום בקרת הטיסה – רומן גנדלמן
חלק מדרישות המערכת הן:
- טיסה אוטונומית לחלוטין, כולל המראה ונחיתה
- זמן טיסה של לפחות 15 דקות
- יכולת טיסה במהירות של עד מאך 0.5
- שיוט בטווח מספרי המאך: 0.2 ÷4
- תמרון אנכי בתאוצה חיובית מקסימלית של 3g ובתאוצה שלילית מקסימלית של 1g
- נחיתה בטווח המהירויות: 30÷40 מטר לשנייה
- חרטום עגול לטובת מטע"ד ייעודי
מטרת פרויקט זה היא לתכנן ולהביא לכדי הטסה של כטב"ם אוטונומי סילוני. לשם כך יש להתחשב תחילה בדרישות הייחודיות של מנוע סילוני – מקום מתאים לכונס, התייחסות לסילון האוויר החם היוצא ממנו, תכנון מיכל דלק מתאים ועוד. כמו כן, מכיוון שהכטב"ם מתוכנן להגיע למהירויות גבוהות, על הצוות לנקוט באמצעים להפחתת גרר כלי הטיס, כאשר דוגמה בסיסית לכך היא למשל תכנון כני נסע מתקפלים. לאחר שקלול של דרישות תכן אלו, התצורה שנבחרה היא מטוס עם גוף גלילי, כנף תחתית משוכה, מנוע חיצוני וזנב ייחודי בקונפיגורציית "H".
קוטר גוף המטוס הוא 170 מילימטר. אורך הגוף, כמו גם מוטת המטוס הוא 1360 מילימטר.
המנוע נבחר להיות ממוקם חיצונית לגוף מכמה סיבות:
- מנוע פנימי דורש תכנון כונס אינטגרלי לגוף המטוס הכולל גיאומטריה מורכבת המאופיינת בתהליך תכן ארוך ומורכב.
- מנוע פנימי מחייב נפח פנימי ייעודי לא מבוטל.
- מנוע חיצוני לגוף מאפשר גישה נוחה לתחזוקה ותפעול על הקרקע.
- בתצורת מנוע חיצוני ניתן להרחיק את סילון המנוע החם מגוף המטוס.
לאחר בחירת תצורה בה המנוע חיצוני לגוף, נבחר מיקומו. המנוע מוקם מעל הגוף ולא מתחתיו, על מנת למזער ככל הניתן את הסיכוי לשאיבת עצמים זרים מהקרקע – סיכוי משמעותית גבוה יותר בהתקנה תחתית. סיבה נוספת לפסילת מיקום המנוע התחתי היא שהוא עלול להקטין את מרווח הקרקע שיש למטוס ובכך להקשות על המראה או נחיתה – או לחילופין ידרוש תכנון כני נסע ארוכים, מסורבלים וכבדים יותר.
מיקום המנוע החיצוני לגוף משית דרישות מסוימות על תכן התצורה, אחד מהם הוא למשל מניעת פגיעת סילון הגזים החם במייצבי המטוס או משטחי הבקרה שלו. לשם כך, נבחר להשתמש בתצורת זנב "H", כך שסילון הגזים יעבור בין המייצבים מבלי להסב להם נזק.
עקב ההתקנה החיצונית של המנוע לגוף, תוכנן חיפוי אווירודינמי לשם הפחתת הגרר. בחיפוי תוכנן גם פתח לאוורור וקירור צינור הפליטה של המנוע. תכן מפורט יותר של חיפוי המנוע ותיקופו יבוצעו בשנה השנייה לפרויקט.
בניסוי המנהרה שבוצע במטרה לתקף את חישוב המקדמים האוירודינמיים של התצורה, נבחנה בין היתר גם השפעת מיקום המנוע לאורך המטוס על התכונות האווירודינמיות. לפי תוצאות הניסוי נבחר מיקום המנוע האופטימלי. בניסוי נבחן גם גובה רגלית המנוע והשפעתה על המקדמים.
כנף המטוס הינה תחתית, משוכה, בעלת פרופיל NACA0012 קונבנציונלי שנבחר על פני פרופילים אחרים לאחר ניתוח מפורט. הכנף תחתית לשם הקטנת אורך כני הנסע, ולשם אפשור מעבר קורת תמך בתוך גוף המטוס ללא הפרעה משמעותית לרכיבים הפנימיים המיועדים להיות ממוקמים באזור זה.
זמן הטיסה הדרוש מהמערכת הוא 15 דקות, הדבר דורש כמות דלק המהווה סוגיה בפני עצמה בגלל השתנות משמעותית של משקל כלי הטיס ושינוי מרכז הכובד שלו במהלך הטיסה. הפתרון שנבחר הוא ייצור של מיכל דלק גמיש מותאם, השומר על מיקום מרכז הכובד בגבולות מוגדרים לכל אורך הטיסה, ללא קשר לכמות הדלק הקיימת בו. מפרט המכל הדרוש הועבר למתכנן חיצוני (סטודנט לתואר שני).
במהלך השנה בוצעו ניתוחים חישוביים רבים ובניית כלים לבחינת ביצועי כלי הטיס. מבין ניתוחים אלו ניתן למנות בניית דק מנוע שבאמצעותו ניתן לחשב את ביצועי המנוע בכל מעטפת הטיסה, כמו גם מפות קיזוז ומעטפות טיסה מפורטות. בנוסף, הוערכו המקדמים האווירודינמיים של המטוס והגאיו המתוכננים.
לאחר התכנון הראשוני עלה הצורך לתקף את תהליך התכן שנעשה. לשם כך תוכננו ניסויים בתחומי ההנעה והאווירודינמיקה. בתחום האווירודינמיקה תוכנן דגם למנהרת רוח בקנה מידה של 1:2.5. דגם המנהרה תוכנן להיות פריק, כך שניתן לבחון את השפעת הכנפיים, הזנב, המנוע, ומיקומי מנוע שונים. הדגם הודפס בתלת מימד מאבקת ניילון 12 ובוצעו עליו אנליזות חוזק לקראת ניסוי המנהרה. הדגם תוכנן ללא חיזוקים מתכתיים כלל, כך שכולו מודפס, פרט לתבריגים מתכתיים והברגים המתאימים המחברים את חלקי הדגם המודפסים.
הדגם נבדק במישור העלרוד ובמישור הסבסוב, במנהרת הרוח התת קולית בטכניון, במהירות ממוצעת של 60 מטר לשנייה. התוצאות מהניסוי תאמו ברובן את חישובי התכן המקדימים שבוצעו, פרט להבדל משמעותי בין מקדם הגרר הפרזיטי שנמדד לזה שהוערך אנליטית. הדבר גרם לכך שהערכת המהירות המקסימלית של התצורה ירדה ממאך בגובה פני ים עד לכדי מאך . ממצאים נוספים מניסוי המנהרה מתוארים בפירוט בדו"ח ניסוי המנהרה ובדו"ח הפרויקט המלא.
ניסוי המנהרה בוצע בהנחיית פרופ"ח גיל יוסילבסקי.
כאמור, בנוסף לניסוי המנהרה, בוצעו ניסויי מנוע. ניסויי המנוע כללו ניסויים גם במנוע המיועד לעלות על הפלטפורמה – Pegasus HP, וגם במנוע דומה המצויד בערכת מדידה לימודית – Olympus HP. בניסויים אלו חברי הפרויקט המעורבים התנסו בתפעול מנועי סילון ולמידתם מקרוב. ניתוח התוצאות הראה התאמה מצוינת לתחזיות המחושבות והתאמה טובה לנתוני מפרט היצרן.
מעבר לניסויים שבוצעו, נעשתה התקדמות משמעותית בתכן בקרי הטיסה לטובת יכולת הטיסה האוטונומית של הכטב"ם. בקרי הטיסה תוכננו לפי מודלים מפושטים ומקורבים של דינמיקת המערכת ונבחנו על מודל דינמי מלא. התכן התרכז בתכנון בקרים איתנים ככל הניתן מבלי לפגוע בזמני התגובה של המערכת, בכל מישורי הטיסה. הבקרים בין היתר יאפשרו בהמשך למטוס לבצע גם נחיתה והמראה אוטונומיות.
חוגי הבקרה שתוכננו עזרו בין היתר לבחור את גודל הגה הגובה של המטוס. הגה הגובה שתוכנן תחילה היה גדול מדי, כלומר הטית הגה מזערית ביחס למצב הקיזוז הייתה גורמת לתמרון משמעותי במהירויות טיסה גבוהות. אולם, מפעילי הסרוו הם בעלי דיוק מוגבל ולא יכולים לספק הטיה של עשירית מעלה לטובת תמרון עם הגה גובה שכזה. מסיבה זו, גדלי הגאי גובה שונים נבדקו עם חוגי הבקרה הרוחביים. על ידי בדיקת זווית ההטית ההגה הדרושה לתמרון במהירויות גבוהות והתחשבות בדיוק מפעילי הסרוו, נבחר גודל הגה הגובה. דוגמא לתכן חוגי הבקרה מובאת באיור 8 שלהלן.
לבחינת ביצועי המטוס בתנאי טיסה שונים, נבנתה סימולציית בשלוש דרגות חופש – תנועה בכל שלושת צירי המרחב, ללא סיבוב. כלי זה מאפשר לבחון לעומק את מגבלות המטוס ויכולותיו. הסימולציה תוקפה על פי השוואה לחישובי ביצועים בסיסיים. דוגמא למסלול טיסה שנבחן במהלך העבודה מואת באיור 9.
בשנה השנייה לפרויקט, קבוצת סטודנטים חדשה תמשיך לתכן מתקדם של המערכת בכל הדיסציפלינות שהוזכרו, זאת לקראת השנה השלישית בה כלי הטיס ייוצר וימריא לאוויר.
קישור לסרטון סיכום השנה הראשונה לפרויקט:
https://youtu.be/sPwb-8LWG6U
