CC BY
117УДК 6 Углов М.А., Акмалиев А.Н.
Углов М.А.
Энгельсский промышленно-экономический колледж (г. Энгельс, Россия)
Акмалиев А.Н.
Энгельсский промышленно-экономический колледж (г. Энгельс, Россия)
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И СОЗДАНИЕ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА С ПРИМЕНЕНИЕМ ОТЕЧЕСТВЕННОЙ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОМПАС 3Б
Аннотация: в данной работе рассмотрены проблемы разработки и изготовления беспилотного летательного аппарат (БПЛА), имеющего меньшую стоимость и массу при большей эффективности, что и существующий аналог. Исследованы конструкции существующих БПЛА квадрокоптерного типа, системы автоматизированного проектирования (САПР) применяемые для разработки конструкции БПЛА. На основе проведенного исследования, разработана конструкция нового летального аппарата с использованием отечественного САПР «КОМПАС- 3D v.21». На следующем этапе на 3Dпринтере распечатан корпус и тяговые винты нового БПЛА«KOBUV.01». Характерным отличием от аналога является применение облегченной конструкции корпуса и увеличение тягового усилия винтов, что в итоге снизило стоимость летального аппарата относительно аналога.
Ключевые слова: БПЛА, КОМПАС-3D, 3D модель.
Введение.
«Беспилотный летательный аппарат (БПЛА) (дрон) представляет собой воздушное судно без пилота..., которое выполняет полет без командира воздушного судна на борту и либо полностью дистанционно управляется из
другого места с земли, с борта другого воздушного судна, из космоса, либо запрограммировано и полностью автономно» - определение БПЛА, одобренное Ассамблеей ИКАО [1].
Актуальность работы. В настоящее время БПЛА нашли широкое применение в гражданской и военной авиации, где они выполняют аэрофотосъемку наземных объектов, участвуют в поисково-спасательных работах, осуществляют разведку местности, выполняют боевую работу и т. д. БПЛА по сравнению с пилотируемыми летательными аппаратами отличаются относительно низкой стоимостью, несложной технологией изготовления, не требуют применения аэродромов к тому же современная электроника позволяет автоматически строить точную траекторию движения аппарата. В нашем колледже обучаются студенты различных специальностей: технологи машиностроения, электрики, электронщики, механики и т.д. Работая над новым проектом, студенты в полной мере использовали профессиональные компетенции приобретенные в период обучения, а также приобрели новые компетенции связанные с разработкой БПЛА.
Проблема. Широкому распространению БПЛА препятствует их высокая стоимость и законодательное ограничение на свободные полеты в открытом пространстве БПЛА массой более 250 грамм
Цели проекта.
- разработать конструкцию и чертежи БПЛА в САПР «КОМПАС-
у.21»,
-изготовить БПЛА, не уступающий по подъемной силе, к тому же имеющий более низкую стоимость и массу чем аналог.
Задачи проекта:
- исследовать существующие конструкции БПЛА,
- разработать конструкцию нового БПЛА используя САПР «КОМПАС-3Б у.21»,
- разработать конструкторскую документацию нового БПЛА,
- изготовить на 3D принтере новый БПЛА, сочетающий простоту конструкции, увеличенную тяговую силу при низкой стоимости относительно существующих аналогов,
- тестирование полета нового БП. Беспилотный летальный аппарат «КОВи У.01»
Проведя анализ востребованных конструкций БПЛА квадрокоптерного типа, выбираем в качестве прототипа «Квадрокоптер Е58»,имеющий многочисленные положительные отзывы и самую низкую стоимость в своем размерном ряду.
БПЛА «Квадрокоптер Е58» имеет следующие характеристики (И.2.1.):
Частота: 2,4G Канал: 4 канала Гироскоп: 6 А Х^.
Аккумулятор квадрокоптера: литиевая батарея 3,7 В, 1600 мАч
Аккумулятор передатчика: 3 х 1.5 батареек АА
Время зарядки: 60-70 минут.
Время полета: 16-20 минут.
Вес дрона: 250 г (с батареей).
Дальность дистанционного управления: 80-100 м
Камера: 720Р
Сила тяги -0.49 Н
Размер: 27,5*25*5см
- Цена от 3500 до 6000 руб.
В результате анализа конструкции аналога, нами создан новый БПЛА -«КОВи У.01» не уступающий по подъемной силе, к тому же имеющий более низкую стоимость чем аналог. Увеличение подъемной силы получено за счет уменьшения массы конструкции и увеличения величины шага у лопастей квадрокоптера, (угол атаки увеличен на 5 градусов). Это привело к тому, что масса уменьшена более чем на 50 граммов, а усилие тяги увеличено на 0.5 Н.Увеличение подъемной силы позволяет не только увеличить поднимаемый груз, но и высоту полета.
Корпус «KOBU У.01» состоит из верхней и нижней части на которой установлены стандартные 4 бесколлекторных электродвигателя, аккумулятор и плата управления полетом.
Корпус спроектирован и собран в САПР «КОМПАС- 3D»v.21. На следующем этапе на 3Dпринтере распечатан корпус и тяговые винты нового БПЛА «KOBUV.01».
Затем проведены испытания полета БПЛА - «KOBU V.01», измерено усилие тяги развиваемое новыми винтами. В результате применения новых винтов и облегченной конструкции усилие тяги возросло более чем в 2 раза.
Далее мы провели экономическое обоснование изготовления БПЛА -«КОВи У.01».
Стоимость нашего БПЛА составляет 1360 рублей, что более чем в 2 раза меньше стоимости аналога.
Практическая значимость работы.
БПЛА «KOBU V.01» изготовлен в кружке научно-технического творчества «Pшпрограммирование» и может применятся строителями при планировки местности, газовиками при поисках повреждения газопроводов, а также для демонстрации возможностей проектирования деталей и сборок в САПР «КОМПАС- 3D» v.21технологами машиностроения. Масса нового БПЛА менее 250 грамм, что позволит применять его без ограничений на открытой территории области.
Выводы.
Нами исследованы существующие конструкции БПЛА квадрокоптерного типа грузоподъемностью до 1 Н. В результате в качестве аналога выбран «Квадрокоптер E58», имеющий грузоподъемность 0.49 Н.
Разработан и изготовлен новый БПЛА - «KOBU V.01» не уступающий по подъемной силе, к тому же имеющий более низкую стоимость и массу чем аналог.
Увеличение подъёмной силы получено за счет уменьшения массы конструкции и увеличения величины шага у лопастей квадрокоптера, (угол атаки
увеличен на 5 градусов). Это привело к тому, что масса уменьшена более чем на 50 граммов, а усилие тяги увеличено на 0.5 Н.
Стоимость нового БПЛА составляет 1360 рублей, что более чем в 2 раза меньше стоимости аналога.
Дальнейшие исследования будут направлены на разработку и создание нового БПЛА - «КОВи У.02», имеющего более высокое усилие тяги на базе микроконтроллера АМшпо.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Бейктал Дж. Конструируем роботов. Дроны. ISBN: 978-5-00101-569-7.2018г.;
2. Улли Соммер. Программирование микроконтроллерных плат Arduino/Freeduino - Санкт-Петербург,-2016;
3. Холодкова А.Г., Общая технология машиностроения, М.:224 стр. ОИЦ "Академия", 2018;
4. Квадрокоптер E58 c камерой 4К+3 батареи — купить в интернет-магазине по низкой цене на Яндекс Маркете (yandex.ru);
5. https://microkontroller.ru/arduino-projects/kak-nachat-rabotu-s-arduino-uno-rukovodstvo-dlya-nachinayushhih/ - программирование микроконтроллеров
Uglov M.A., Akmaliev A.N.
Uglov M.A.
Engels Industrial and Economic College (Engels, Russia)
Akmaliev A.N.
Engels Industrial and Economic College (Engels, Russia)
DESIGNING AND CREATING AN UNMANNED AERIAL VEHICLE USING RUSSIAN COMPUTER-AIDED DESIGN SYSTEM COMPASS 3D
Abstract: this paper discusses the problems of developing and manufacturing an unmanned aerial vehicle (UAV), which has a lower cost and weight with greater efficiency than the existing analogue. The designs of existing quadcopter-type UAVs and computer-aided design (CAD) systems used to develop the UAV design are studied. Based on the conducted research, the design of a new lethal device using the domestic CAD "COMPASS- 3D v.21" has been developed. At the next stage, the body and traction screws of the new KOBUV.01 UAV were printed on the 3D printer. A characteristic difference from the analog is the use of a lightweight hull design and an increase in the thrust force of the screws, which eventually reduced the cost of the lethal device relative to the analog.
Keywords: UAV, COMPASS-3D, 3D model.
ПРИЛОЖЕНИЕ.
Аналог разрабатываемого БПЛА - «Квадрокоптер Е58»
3D модель корпуса БПЛА «К0ВиУ.01»
Конструкторская документация БПЛА «KOBU V.01»
