CC BY
70
Рисунок 2 - Схемы процесса гашения электрической дуги в камерах с автодутьём: а - камера продольного дутья; б - камера поперечного дутья; 1 - масло; 2 - неподвижный контакт; 3 - клапан; 4 -дуга; 5 - газовый пузырь; 6 - камера; 7 - подвижный контакт
Список использованной литературы
1. Электротехника и ТОЭ в примерах и задачах, Прянишников, 2007
2. Круг К.А. Основы электротехники. Том 1, 1946 г.
3. Круг К.А. Основы электротехники. Том 2, 1946 г.
© Каратеев А.Ф., 2022
УДК 623
Титов Д.Е.,
курсант 3 курса ВУНЦ ВВС «ВВА», г. Воронеж, РФ Матыцина Н.П., к.э.н., старший преподаватель ВУНЦ ВВС «ВВА»,
г. Воронеж, РФ Ендовицкая А.В. к.э.н., преподаватель ВУНЦ ВВС «ВВА»,
г. Воронеж, РФ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИННОВАЦИОННОЙ КОНСТРУКЦИИ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ВЕРТИКАЛЬНОГО ВЗЛЕТА И ПОСАДКИ
Аннотация
Непрерывное развитие беспилотных летательных аппаратов (БпЛА) различного типа и методов
взлета и посадки напрямую связанно с необходимостью создания простых, высокоманевренных и легкомодернизируемых конструкций летательных аппаратов (ЛА), выполняющих различные задачи военного и гражданского назначения.
Основываясь на тактико-технических характеристиках (ТТХ), предъявляемых к современному БпЛА вертикального взлета и посадки, можно сделать вывод о том, что безфюзеляжная конструкция в форме летающее крыло является наиболее перспективной. Данная конструкция позволяет получить высокие аэродинамические показатели, увеличить скорость движения в воздушном пространстве и сократить массогабаритные показатели БпЛА.
В настоящий момент данная инновационная модель ЛА рассчитана в программном комплексе обеспечения хА5, построена в САПР Бо^ШогкБ и оценены все возможные способы применения данного БпЛА.
Ключевые слова:
Проектирование БпЛА, БпЛА, ЛА, инновационная конструкция БпЛА, БпЛА вертикального взлета и посадки, авиапрофиль крыла, безфюзеляжная конструкция БпЛА, Бо!ИШогк$.
Непрерывное развитие беспилотных летательных аппаратов (БпЛА) различного типа и методов взлета и посадки напрямую связанно с необходимостью создания простых, высокоманевренных и легкомодернизируемых конструкций летательных аппаратов (ЛА), выполняющих различные задачи военного и гражданского назначения, как нанесение поражающих и деморализующих ударов по противнику, решение задач горных, научных и лесных исследователей [1].
В этом вопросе проектирования инновационной конструкции не малую роль играет аэродинамический показатель профиля крыла и фюзеляжа, обеспечивающих функционирования всего комплекса БпЛА на высоких показателях качества.
Основываясь на тактико-технических характеристиках (ТТХ), предъявляемых к современному БпЛА вертикального взлета и посадки, можно сделать вывод о том, что безфюзеляжная конструкция в форме летающее крыло является наиболее перспективной. Данная конструкция позволяет получить высокие аэродинамические показатели, увеличить скорость движения в воздушном пространстве и сократить массогабаритные показатели БпЛА.
Также было необходимо отметить следующие выводы относительно аэродинамики БпЛА вертикального взлета и посадки:
1. Чем толще физический профиль крыла, тем меньше скорость движения в воздушном пространстве, но больше подъемная сила, оказываемая на крыло.
2. Чем больше угол стреловидности крыла, тем больше времени требуется для перехода из режима вертикального взлета и посадки в самолетный (данный переход входит в дальнейшую перспективу разработки данного летательного аппарата).
3. Чем длиннее крыло, тем выше аэродинамическое качество этого крыла и, следовательно, больше разрешение полезной нагрузки.
В работе по проектированию инновационной конструкции БпЛА необходимо учитывать выше приведенные выводы, для получения наибольшего аэродинамического коэффициента и наилучших тактико-технических характеристик (ТТХ).
Для выбора эффективного профиля крыла, который, в свою очередь, зависит от величины лобового сопротивления и подъемной силы, оказываемой на крыло, необходимо обратиться к справочнику аэродинамических профилей [2].
Конструктивным решением задач повышение аэродинамического качества и эффективное использование корпуса для размещения в нем полезной нагрузки является использование ЛА в совокупности двух различных профилей, которые предоставляют возможность иметь
взаимокомпенсацию тех параметров, которые несут в себе каждый из профилей, один из которых обладает высоким коэффициентом подъемной силы, а второй оптимальный с точки зрения внутренних габаритных размеров.
В данном случае первый профиль является консоли крыла, а второй - центроплан.
Таким образом из перечня стандартных профилей, наиболее удовлетворяющих заданным требованиям большой подъемной силы при низком значении лобового сопротивления, а, следовательно, и грузоподъемности при малой скорости движения ЛА при выполнении определенных задач является профили А-18 (консоль крыла) и Clark YM-18 (центроплан).
Для проведения полунатурного моделирования аэродинамики крыла необходимо использовать координаты каждой из точек профиля.
Следующим шагом является использование программы xfl5, которая включает в себя следующие программы для моделирования и анализа модели БпЛА:
1. Foil Direct Design программа непосредственного моделирования профилей, предназначенная для загрузки файлов с заранее заданными координатными значениями, хранения используемых и создания в творческом формате профилей, а также их модификации и изменению.
2. XFoil Inverse Design программа инверсной разработки профилей, которая позволяет на основе экспериментальной модели выбранного профиля, наблюдать за распределением давления на поверхностях верхней и нижней кромки профиля. В последующем обеспечивает модификацию модели профиля, создавая необходимый требуемым показателям контур крайних точек.
3. XFoil Direct Analisis программа проведения анализа профилей, предназначенная для анализа зависимости аэродинамического показателя профилей при различных углах атаки и числах Рейнольдса.
4. Wing Design программа разработки и анализа крыльев модели будущего летательного аппарата, которая позволяет на основании полученных данных от XFoil Direct Analisis проводить полный анализ летных характеристик качества модели в различных режимах полета.
Для создания профиля в программе Foil Direct Design, загружены данные с координатами точек профиля. На рабочем изображении появляется необходимый нам профиль, при необходимости мы можем корректировать местоположения всех точек, однако это не гарантирует сохранения аэродинамического показателя в определенных пределах.
Далее в программе Wing Design по примерным наброскам размеров построена конструкция крыла, чтобы увеличить количество секций управления, мы можем поделить на несколько частей большой элемент и корректировать масштабы в различных точках модели.
Следующим действием запускаем XFoil Direct Analisis для проведения анализа, созданного по заданным параметрам крыло ЛА, проводим первоначальные исследования по полученным характеристическим графикам, зависимостей подъемной силы и лобового сопротивления при различных углах атаки, а так же число Рейнольдса, которое характеризуется зависимостью инертности от вязкости среды и указывает в частности на то, что с увеличением данного числа, уменьшается сила трения оказываемая воздушным потоком на БпЛА.
Разрабатываемая модель инновационного БпЛА предполагает отсутствие механизации крыльев, в связи с этим, отсутствует необходимость изменения положения координат конечных и начальных точек хорды профиля для определения аэродинамического качества при управлении механизацией.
Проведя первичный анализ и основательно определившись с наиболее эффективными, со стороны аэродинамических качеств профилями, переходим к созданию 3D-модели, для дальнейшей реализации их исследования в программном комплексе системы автоматизированного программирования (САПР) SolidWorks. Программа позволяет разрабатывать и изменять визуальные изделия любой сложности и предназначения.
Для реализации такой сложной задачи, как создания необычной формы профили крыла БпЛА в
соответствии с заданными координатами конечных точек воспользуемся функцией инструмента «Уравнения, глобальные переменные и размеры» (рисунок 1). Такой подход к решению задачи облегчает работу тем, кто постоянно вносит какие-либо директивы и изменения в конструктивную составляющую модели.
Рисунок 1 - Построение профиля крыла с использованием САПР Источник: разработано автором в среде Бо^ШогкБ
Далее необходимо произвести соединение всех полученных точек с помощью уравнений в единое целое, для создания цельного профиля. В этом случае воспользуемся инструментом САПР «спайл» (кривая линия, способная соединять различные точки в пространстве).
Дабы сократить время моделирования опытного образца, а также увеличить точность симметрии, было решено использовать инструмент «Зеркальное отражение» для построе половины спроектированного крыла (рисунок 2).
Рисунок 2 - Каркас создаваемой модели БпЛА Источник: разработано автором в среде Бо^ШогкБ
Создадим методом вытягивания по сечениям соединение, которое будет демонстрировать внешний облик одно из готовых профилей БпЛА (рисунок 3). Данный этап позволит перейти к созданию одной из консолей крыла с профилем, отличным от первого, которая будет зеркально отражена для создания аналогичной консоли с противоположной стороны.
J ¿>S SOLSDh/CWKS itp—- « Л - с № ф ** т' — -- SOLIDWORKS • iftn-ft-a-a- u е в - ».«»ш«,»-»«^™ ■ * а» „,,„ 60 -„."У,,,- -Л. 'i —- г» о.-.«—» ---------------- in « аь - ^ -
V • ЙЗ H(kU»y * Ol ТмшискмО} fSl д-.-"- <3» »«.пор.. «С... П51«—г—•
• ÜJ Ур—.."" qj.-^T rb [Щ. „„орт..,, «Н-А tf ------,-- —р-
. ________ V "-"-Г"-------
и 11-1 ------- - __
ioi ГЬримчри...
Рисунок 3 - Внешний облик основного профиля крыла
Источник: разработано автором в среде SolidWorks
Приступим к анализу созданной 3D модели в САПР перейдя во вкладку «Flow Simulation». Представленное диалоговое окно интуитивно позволяет выбрать необходимые для проведения экспериментов систему единиц измерения, вид задач, которые будут проведены, параметры и значения воздействия на БпЛА.
Скорость проведения исследований напрямую зависит от мощности и вычислительной способности электронно-вычислительной машины и может занимать интервал времени от нескольких минут и до нескольких часов.
По завершению проведения исследования в разделе «Результаты» добавляются визуальные отчетные материалы на поверхности модели, траектории потока, а также созданные графики зависимостей аэродинамических величин.
Каждый пункт отчета несет в себе краткое описание или по-другому справку о данной зависимости или критерии показания.
Программно-смоделированная и подобранная форма профиля крыла БпЛА полностью выполняет предъявляемые требования аэродинамического показателя.
В настоящий момент данная инновационная модель ЛА рассчитана в программном комплексе обеспечения xfl5, построена в САПР SolidWorks и оценены все возможные способы применения данного БпЛА.
Ключевым этапом экспериментального исследования будет является практическое исследование БпЛА в реальных и имитационных погодных условиях, которое возможно будет произвести, только после перехода от математических и модельных экспериментов к полномасштабной работе по печати данного ЛА на 3D принтере, установки соответствующего бортового оборудования управления и силовой установки, с последующей его настройкой.
Список использованной литературы:
1. Верба В.С. Комплексы с беспилотными летательными аппаратами. Кн. 1. Принципы построения и особенности применения комплексов с БЛА. Монография. М.: Радиотехника, 2016. 512 с.
2. DOCPLAYER - справочник авиапрофилей [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://docplayer.com/26270002-Spravochnik-aviacionnyh-profiley.html, свободный. - (дата обращения 11.05.2022 г.).
3. Самолёты вертикального взлёта и посадки / Е.Ф. Павленко //Военное издательство Министерства обороны СССР, Москва, 1966. - С. 102 - 243.
© Титов Д.Е., Матыцина Н.П., Ендовицкая А.В., 2022
