CC BY
23
СРЕДСТВА ЛОКАЛИЗАЦИИ ИСТОЧНИКОВ ТОКСИЧНОСТИ
ХИМИЧЕСКОЙ ПРИРОДЫ
М.Р. Мирсултанова, магистр В.В. Вамболь, к.т.н., доцент Н.В. Кобрина, к.т.н., доцент, Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского
«ХАИ», г. Харьков
Обеспечение экологической безопасности в настоящее время предусматривает разработку средств локализации источников токсичности химической природы на больших площадях труднодоступной местности. Источники токсичности могут возникнуть в результате:
- техногенных катастроф;
- сочетания естественных катаклизмов с авариями на канализационных сооружениях, химических предприятиях и тому подобное;
- резких климатических изменений нарушения гомеостаза гидробиоценозов.
Во многих случаях нужно иметь дело с токсичностью неопределенной химической природы. Для диагностики такой токсичности давно применяется биотестирование.
Известны искусственные биобъекты под названием тестовые микроэкосистемы (ТМЕС), которые включают продуценты, консументы и редуценты и которые позволяют осуществлять экологический мониторинг. Известные из литературных источников тестовые микроэкосистемы имеют достаточно сложную конструкцию и являются дорогими, что вызывает определенные трудности в их размещении и эксплуатации на больших площадях труднодоступной местности при условиях, когда нужно быстро локализовать источник токсичности, который возник в результате техногенной катастрофы и/или естественных катаклизмов.
Для транспортировки ТМЭС в возможную зону токсичности могут быть применены беспилотные авиационные комплексы (БпАК) на основе малоразмерных беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) с бортовой видео и фотоаппаратурой и системой подвески и сброса ТМЭС.
В зависимости от типа БПЛА, сброс грузов, как и бомбометание, может выполняться с горизонтального полета, пикирования, или кабрирования. Сброс грузов с горизонтального полета выполняется с больших, средних или малых высот. Способ сброса с пикирования обладает повышенной точностью, однако, требует запаса высоты для обеспечения безопасного выхода носителя из пикирования. При сбросе грузов с кабрирования, которое выполняется со средних и малых высот, траектория сброшенного груза получается навесной с увеличенным сносом [1].
Математическое моделирование взаимного движения БПЛА и груза, сброшенного с его внешней или внутренней подвески, является довольно
сложной задачей, однако, решение такого рода задач возможно с помощью метода дискретных вихрей (МДВ), который хорошо зарекомендовал себя при моделировании и более сложных процессов [2].
Аэродинамические характеристики (АХ) БПЛА и груза могут быть получены для любой заданной аэродинамической компоновки БПЛА и сбрасываемого с внешней подвески груза. Задача определения аэродинамических характеристик груза, сбрасываемого с внутренней подвески БПЛА, усложняется расчетом АХ груза в момент его выхода из отсека внутренней подвески.
На Рис. 1. представлен возможный способ расчета аэродинамических сил и моментов, действующих на сброшенный с БПЛА груз, при его движении относительно ЛА в различные моменты времени. Из этого видно, что в каждый момент времени необходимо получать решение задачи для конфигурации «БПЛА + внешний груз», как для единого целого до тех пор, пока влияние БПЛА на груз не исчезнет.
Рис. 1. Возможный способ расчета аэродинамических сил и моментов
Такой подход требует слишком больших временных затрат для расчета АХ на ЭВМ. Для уменьшения затрат времени для расчета АХ отделившегося от ЛА груза предлагается использовать проверенную при решении практических задач методику, суть которой представлена на рис. 2. Как видно из рис. 2, расчетная область в окрестностях БПЛА, представлена пространственной регулярной сеткой, в узлах которой рассчитываются составляющие вектора возмущенной скорости, сгенерированной БПЛА на заданном режиме его обтекания. Расчет АХ отделившегося груза проводится интерполяцией составляющих вектора возмущенной скорости на математической модели его поверхности.
Для расчета траектории движения сброшенного груза, когда аэродинамическое влияние БПЛА отсутствует, решаются уравнения движения с расчетом АХ изолированного груза и учетом атмосферных возмущений:
АУ = Уа Аат + У У АУТ + ОАа Т;
< АХ = УАаТ - ОаАаТ - АУТ; (1)
АМ2 = М а Аа т + ма Аа т + мУ АУТ.
де АУ - изменение подъемной силы, действующей на сброшенный груз, с учетом турбулентных возмущений; АХ - изменение силы лобового сопротивления от турбулентных возмущений; АМ2 - изменение момента тангажа при воздействии турбулентных возмущений; производные подъемной силы, лобового сопротивления и момента тангажа по углу атаки
а, соответственно Уа, ра, М^ ; производные подъемной силы, лобового сопротивления и момента тангажа по скорости V, соответственно
УУ,0У,Му . Турбулентные возмущения Аа^ и АУТ представляются функцией времени ^ где задается форма порыва ветра [3].
Таким образом, представленный подход для решения поставленной задачи, позволяет определить АХ груза в непосредственной близости самолета-носителя любой аэродинамической компоновки, что определяет, в свою очередь, характеристики баллистической траектории его движения и точность десантирования.
1. Авиация. Энциклопедия [Текст] - М.: Большая Российская Энциклопедия / ЦАГИ им. Н. Е. Жуковского, 1994. - 766 с.
2. Аубакиров Т.О. Нелинейная теория крыла и ее приложения [Текст] / Т.О. Аубакиров, С.М. Белоцерковский, А.И. Желанников и др. - Алматы: Гылым, 1997.
3. Остославский И.В. Динамика полета. Устойчивость и управляемость летательных аппаратов [Текст] / И.В. Остославский, И.В. Стражева. - М.: Машиностроение, 1965.
Рис. 2. Расчетная область сброса ТМЭС
Список использованной литературы
