Perlan 2: Bygget til ekstremer

Perlan 2 er resultatet af mange års arbejde og forskning. Portræt af en ekstrem konstruktion.

Tekst: Jens Trabolt / Airbus, Perlan Project

Perlan 2 er bygget på den kundskab teamet opbyggede under Fase 1 med Perlan 1, en ombygget DG 505 M.

Hovedfeatures er en trykkabine som giver piloterne mulighed for uhindret flyvning uden trykdragter. Steve Fossett og Einar Enevoldsson fløj med trykdragter i Perlan 1 og til slut havde de problemer med at bevæge arme og ben (og styre flyet!) fordi trykdragterne blev for stive.

Perlan 1 var en modiceret DG 505 M med demonteret motor. Flyet var ikke specielt velegnet til formålet. Perlan 2, derimod, er et specialkonstrueret clean-sheet design. Perlan 1 hænger i dag i loftet på Museum of Flight i Seattle.

I Perlan 2 er kabinetrykket svarende til 14 000 ft og det giver mulighed for at anvende en rebreather oxygenmasker, hvor fugten og CO2 fra piloterns ånde ikke frigives i flyet, men i stedet opsamles.

Oxygen tilsættes hvor det er nødvendigt. Fugten i kabinen ville ellers give problemer med isning. En anden tryktank indeholder vanlig komprimeret luft og den fødes direkte ind i kabinen for at maskere eventuelle lækager og for at forhindre at oxygenprocenten ikke overstiger 26 % (brandfare).

Perlan 2 er monteret med rebreather-system.

 

Perlan 2 er designet af Greg Cole, Windward Performance.  Med en tomvægt på ca 573 kg, et vingeareal på 24 m2 er flyet med spændvidde på 25,3 m ekstremt let for et fly som skal tåle de strukturelle belastninger ved stratosfærisk flyvning.
Perlan 2 er en række aerodynamiske kompromisser. Vingen har meget mere overflade end et konventionelt svævefly, og i lave højder er performance mere Bocian end Arcus. Men i den tynde luft ved 90.000 ft og med 98 % af jordens atmosfære under sig, har den ingen mage.

Rebreather-systemet er meget effektivt, og I closed-loop-mode kan piloterne flyve 8 timer. I ”Open loop”-mode i nødstilfælde ånder piloter direkte via oxygentanken, og det giver bare 20 minutter til descent.

 

Dobbelte sikkerhedssystemer
Skulle der opstå fejl på flyet er der flere muligheder for piloterne at redde sig, trods det åbenlyst farlige i at flyve i et absolut livsfarligt miljø: Flyet har dobbelt-redundante oxygensystemer, en bremsefaldskærm monteret i finnen der giver flyet en ekstrem descentrate. Dette bakkes op af en ballistisk redningsskærm til lavere højder.

 

Perlan 2 har en række features som man ikke finder på konventionelle svævefly, bl.a. BRS-redningsskærm, anti-spin/bremsefaldskærm i finnen. Trykkabine samt BRS-redningsskærm i fuselage, high altitude radar transponder fra Sandia Aerospace, nat VFR instrumentering og navigationslys fra Whelen Engineering, LX 9000 Data loggere til validering af verdensrekorder, videnskabelige sensorer og instrumentering, kameraer for et dokumentere meteorologiske forhold, flere Lithium-ion batterier og telemetri så crewet kan tranmittere data/kommunikere med mission control.

 

Den vanskelige aerodynamik ved ekstremflyvning
Der er to usikkerheder med Perlan (og hvert nydesignet fly) som enhver testpilot skal være klar over (og omhyggeligt udforske eller teste). Et parameter er usikkerheden om præcis, hvilken airspeed vil producere flutter af en bestemt del af vinge eller rorflade.

Flutter-simulering af Perlan 2

Faktisk flutter-detektionssystem indbygget i vingen på Perlan 2

Flutter er en destruktiv elastisk bevægelse, fordi den er hurtig og er frem og tilbage. Det forårsager typisk både “flapping”- og “twisting” bevægelser samtidigt. Når det drejer sig om halesektionen (finne/højderor), vil skroget også bøje og vride.

Flere praktiske forsøg i vindtunneller og desværre også rigtige havarier har demonstreret, at flutter kan knække halen, halefladerne, vingen eller beskadige rorfladerne med tab af styring på under et halvt sekund.

Problemet er dog også, at den indikerede airspeed falder dramatisk med højden, men flutterhastigheden er relateret til ”True Airspeed”, ikke indikeret airspeed. Derfor kan Perlan få flutter ved en lav indikeret airspeed på 110 km/t.

Den anden usikkerhed er er om stallhastigheden og flutterhastigheden konvergerer ved flyets tophøjde. Den særlige fare for Perlan og andre stratosfæriske fly er “Coffin Corner” hvor stall og flutter mødes.

På et tidspunkt fremkalder højere fart flutter; men flyver man langsommere (for at stoppe flutter) forårsager det stall, hvilket får næsen til at dykke og accelererer flyet gennem VNE. Som man kan se, er det en regulær fælde.

En risiko for Perlan er, at flutter kan forårsage brud på “trykkabinen”, som er cockpitvæggen. Cockpittet kunne løsne sig fra flyet. Under alle omstændigheder vil et brud på trykkabinen sandsynligvis være fatalt.

Så Perlan’s piloter har en stor personlig interesse i at opdage starten på flutter og stoppe det øjeblikkeligt. Og jo højere de flyver, desto større er risikoen og usikkerheden om, hvorvidt de faktiske flyveegenskaber er de samme som i designet? En traditionel teknik for at reducere rorfladernes flutterisiko er ved at øge rorfladens masse.

Derfor er Perlans højderor vægtet med wolfram, og krængeror (skevroder) vægtet ved hængslerne med smart designede blyvægte. En af testpiloterne, australske Morgan Sandercock har udtænkt et genialt flutter-test system. Dette indebærer asymmetriske rotorer i vingespidserne, som regelmæssigt ”vibreres” op til 20 Hz. Flere accelerometre i krængerorene detekterer resonans; data fra disse bliver opsamlet og downloadet til ingeniøranalyse.

I tilfælde af vibration under flyvning og man mistænker flutter-lignende forhold kan accelerometerdata også downloades live til ”Mission Control”.