CC BY
0
Секция «Эксплуатация и надежность) авиационной техники»
УДК 62.97/-98
АНАЛИЗ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ ЦИКЛОЛЕТА, ПРИМЕНИТЕЛЬНО В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
Е. П. Гарцева, М. Г. Елизарьева*, Б. В. Споткай Научный руководитель - Г. Д. Коваленко
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева, Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
*E-mail: elizarevamg@sibsau.ru
В данной статье рассматриваются расчёты эффективности моделей с цилиндро-крыльчатым движителем.
Ключевые слова: движитель, лопатки, БПЛА, подъемная сила, вращающийся барабан.
ANALYSIS OF OPERATING PARAMETERS OF A CYCLOLETA, PPLICABLE IN AGRICULTURE
E. P. Gartseva, M. G. Elizareva*, B. V. Spotkay Scientific Supervisor- G. D. Kovalenko
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation *E-mail: elizarevamg@sibsau.ru
This article discusses the calculations of the efficiency of models with a cylinder-wing mover.
Keywords: propeller, blades, UAV, lifting force, rotating drum.
Использование авиационной техники в сельском хозяйстве стало возможным после проведения устойчивого полета сверхлегкого летательного аппарата (СЛА) на малой высоте (5 - 10 м). На небольших площадях использовать большую авиацию не всегда рентабельно. Применение легкой и сверхлегкой авиации экономически оправдано и более целесообразно для средних и малых площадей [1]. Для ультрамалообъемных работ в аграрном секторе были разработаны мотодельтапланы, оснащенные опрыскивателями с вращающимися распылителями жидкости [2].
Серьезным недостатком легкой и сверхлегкой авиации является низкий уровень защиты пилотов от воздействия высокотоксичных ядохимикатов. Появление беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), дает возможность повышения эффективности, экономичности и безопасности.
В данной работе предлагается использование БПЛА с цилиндро-крыльчатым движителем. Эксплуатационные параметры рассчитаны на полетный вес до 20 кг. Аэродинамическая схема цилиндро-крыльчатого движителя (ЦКД) представлена на рис. 1.
Для исследования был выбран симметричный профиль лопаток NASA0018. Максимальная кривизна средней линии - 0%. Толщина профиля 18%. Данный профиль относится к классическим профилям, обладающим хорошими несущими свойствами, плавной зависимостью Cy(a), не предъявляет особых требований к качеству поверхности и точности выполнения контура профиля, что облегчает задачу в построении экспериментальной модели. Стоит уточнить, что дальнейшие расчеты выполнены с учетом
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2021. Том 2
экспериментально определенных аэродинамических коэффициентов сопротивления и подъемной силы: Сх и Су соответственно, и рассчитанные величины имеют примерные значения. Более точные параметры будут определены на экспериментальной установке в дальнейшем. Экспериментальные значения Сх и Су взяты из справочника авиационных профилей [3].
I
Рис. 1. Схема ротора цилиндро-крыльчатого движителя (ЦКД). 1 - лопатка; 2 - управляющая тяга (барабан); 3 - эксцентрик; 4 - главная ось вращения ротора.
Аэродинамические основы цилиндро-крыльчатого движителя.
С = и = 2л"йп/60,м (1)
где, С=и - скорость, набегающего на лопатки, потока; п - частота вращения, об/мин; Я -радиус ротора, м;
Гл = СуРУ35/2,Н; (2)
где, Ул - подъемная сила лопатки, Н; Су - аэродинамические коэффициенты сопротивления и подъемной силы; 5 = Ь1 - площадь лопатки, м2;
Гб=7пГл,(7п«3), Н, (3)
где, Уб - подъемная сила барабана, Н; 2 - число активных лопаток;
Гт=7тГл, (7п«2), Н (4)
где, Ут- сила тяги;
Ы = Ри, Вт (без учета КПД); (5)
где, N - мощность силового привода, Вт; Рцб =тш2Я - центробежная сила лопатки, Н; ш = 2лп - угловая скорость, 1/с; и - переносная скорость; а - угол атаки.
Р = 0,5Л/(С.2 + С^)1Ри2Б, {! = 6), Н (6)
где, Р - сумма сил от всех лопаток; Сх, Су - аэродинамические коэффициенты сопротивления и подъемной силы; р - плотность воздуха при Т=297 К, м3/кг.
N/Уб - удельная тяга, Вт/Н. (7)
С помощью расчетных формул, представленных выше, получили значения основных аэродинамических характеристик аппарата для различных чисел оборотов двигателя и радиуса барабана Я=0,2 м и свели их в табл. 1.
Секция «Эксплуатация и надежность) авиационной техники»)
Таблица 1
Значения аэродинамических характеристик ЦКД
n, U, м/с YT , Н P, Н M, N, Вт ю, 1/с a R, Yn, Н Y6, Н F i сопр?
об/мин Н*м м Н
1000 20,933 16,1579 48,605 0,2376 1017,46 104,67 14 0,2 8,079 24,24 1,1881
2000 41,867 64,6316 194,42 0,9505 8139,65 209,33 14 0,2 32,32 96,95 4,7523
3000 62,8 145,421 437,44 2,1385 27471,3 314 14 0,2 72,71 218,1 10,693
4000 83,733 258,527 777,67 3,8019 65117,2 418,67 14 0,2 129,3 387,8 19,009
Построим график по рассчитанным данным для наглядной зависимости распределения
сил от числа оборотов двигателя (рис. 2).
Нчоо
Рис. 2. Зависимость силы тяги Ут, подъемной силы ротора Yq„ подъемной силы лопатки Ул и суммарной силы от всех лопаток Р от числа оборотов п.
По приведенным расчетам эффективность модели с цилиндро-крыльчатым движителем малоэффективна. Ограничиваясь применением двигателя с оборотами до 2000 в минуту, для сохранности целостности конструкции, при данных параметрах летный вес не будет превышать 20 кг, исходя из расчётов. При этих же параметрах мощность двигателя должна достигать 8 кВт, что несоизмеримо много для БПЛА. При меньших оборотах двигателя не целесообразно использование данного аппарата, так как малый летный вес. Для дальнейших исследований необходимо переходить на другой вариант создания аэродинамической силы, например, с применением «эффекта Магнуса».
Библиографические ссылки
1. Electronic textbook [Электронный ресурс]. URL: https://agrostory.com/info-centre/agronomists/perspektivy-primeneniya-maloy-aviatsii-v-selskom-khozyaystve/ (дата обращения: 20.03.2021).
2. Коваленко Г. Д., Глухова Л. Г. Проектирование и технология летательных аппаратов с вихревой адаптацией гибкого крыла. СибГАУ. Красноярск, 2002. 148с.
3. Кравец А.С. Характеристики авиационных профилей: государственное издательство оборонной промышленности, 1989г., 330с.
© Гарцева Е. П., Елизарьева М. Г., Споткай Б. В., 2021
