Безпілотний літальний апарат на сонячній енергії

Реферат: Безпілотний літальний апарат на сонячній енергії містить фюзеляж та електричну силову установку, крила з сонячними елементами та системи керування. Складається з двох крил переднього і заднього, рознесених по довжині і висоті, системи керування по крену, встановленої на задньому крилі, системи керування по тангажу, встановленої на передньому крилі, силової установки, розміщеної позаду переднього крила, сонячних елементів розміщених на верхній поверхні обох крил. UA 101378 U (54) БЕЗПІЛОТНИЙ ЛІТАЛЬНИЙ АПАРАТ НА СОНЯЧНІЙ ЕНЕРГІЇ UA 101378 U UA 101378 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до авіаційної техніки, зокрема безпілотних літальних апаратів. Відомий літальний апарат на сонячній енергії має класичну аеродинамічну схему та складається з фюзеляжу, крила, силової установки, оперення, шасі. На фюзеляжі і крилі встановлені сонячні елементи, з'єднані з акумуляторами і двигунами [1]. Недоліком даного аналогу є те, що для забезпечення необхідної площі під установку сонячних елементів в літаках класичної схеми збільшують розмах крила або збільшують хорду крила в порівнянні з аналогічними літаками без сонячних елементів, що призводить до збільшення маси крила або до зменшення його жорсткості. Найбільш близьким за технічною суттю до запропонованого технічного рішення є літальний апарат "Solar Impulse", що складається з фюзеляжу, крила, силової установки, оперення, шасі. На крилі і оперенні встановлені сонячні елементи [2]. Недоліком даного літального апарата є те, що для забезпечення необхідної площі під 2 встановлення сонячних елементів розмах його крила становить 63.4 м та площу 200 м , для забезпечення аеродинамічної якості порядку 30 одиниць літак потребує значного видовження крила ~ 20 одиниць, внаслідок чого збільшується значення діючого на крило моменту згину (~ 24 000 кг/м для горизонтального польоту, ~ 60 000 кг/м при дії максимального експлуатаційного перенавантаження ~ 2,5 одиниці), при цьому зменшується будівельна висота в перерізах крила -360 мм. При цьому збільшується маса конструкції, що сприймає навантаження, або виникає потреба в використанні сучасних високотехнологічних композитних матеріалів. Крім того, літак має значні габарити 63.4 × 21.85 × 6.4м, що створює проблеми для транспортування та зберігання. В основу корисної моделі поставлена задача створення компактного, придатного до легкого транспортування безпілотного літального апарата з високою масовою ефективністю та великою площею для розміщення сонячних елементів, енергії яких буде достатньо для забезпечення тривалого польоту безпілотного літака. Поставлена задача вирішується тим, що безпілотний літальний апарат містить фюзеляж та електричну силову установку, крила з сонячними елементами та системи керування. Новим є те, що безпілотний літальний апарат має два крила - переднє і заднє, які рознесені по довжині та висоті, систему керування по крену, встановлену на задньому крилі, систему керування по тангажу, встановлену на передньому крилі, силову установку, розміщену позаду переднього крила, сонячні елементи, розміщені на верхній поверхні обох крил. Оскільки одним з найвпливовіших факторів, що впливає на характер деформацій крила та сонячних елементів, є момент згину, то його мінімізація за рахунок конструктивних рішень сприятиме підвищенню масової ефективності літального апарата та підвищенню надійності сонячних елементів. Зменшення розмаху крил, за рахунок застосування розбиття на дві групи передню та задню, зменшує згинаючий момент, що діє на фюзеляж та крило. Згинаючий момент прямо пропорційний до квадрата розмаху крила, тобто, при зменшенні розмаху в k раз, 2 згинаючий момент зменшиться в к раз, що сприяє зменшенню маси конструкційного матеріалу в силових елементах і забезпечує збільшення масової ефективності конструкції безпілотного літака. Крім того, застосування двох груп крил дозволяє зменшити транспортні габарити. При з'єднанні переднього та заднього крила торцевими шайбами конструктивно-силова схема стає замкнутою та позбувається консольних елементів конструкції, що підвищує жорсткість крила при збереженні сталої маси. Суть запропонованої корисної моделі пояснюється кресленнями, де: на фіг. 1 - безпілотний літальний апарат з консольним защемленням крила та розміщенням силової установки за переднім крилом (а - вид зверху, б - вид збоку), на фіг. 2 - безпілотний літальний апарат з замкнутим крилом та розміщенням силової установки попереду заднього крила (а - вид зверху, б - вид збоку). Безпілотний літальний апарат на сонячній енергії складається: з фюзеляжу 1 (фіг. 1), силової установки 2, переднього крила 3, заднього крила 4, систем керування 5, торцевих шайб 6 (фіг. 2). Запропонована корисна модель працює наступним чином. Комплект запропонованого літального апарата доставляється до місця старту в заплічних контейнерах або будь-яким транспортом у вигляді придатному до швидкого розгортання та приведення в робочий стан. Для запуску/посадки запропонований літальний апарат потребує необладнаного ґрунтового майданчика або частини дороги довжиною 20 м. Для здійснення польоту, збирання та розбирання запропонованого літального апарата необхідно 2 людини обслуговуючого персоналу. Збирання безпілотного літального апарата до польотного стану відбувається наступним чином. 1 UA 101378 U 5 10 15 20 25 Центроплани обох крил закріплюють до фюзеляжу як високоплан. Консолі крила з'єднують з центропланом за допомогою штирового трубчастого з'єднання. Усі роз'ємні елементи конструкції апарата фіксують за допомогою різьбових з'єднань. Встановлюють корисне навантаження (до 1 кг), склад якого може варіюватись в залежності від поставлених задач. Вмикають систему керування. Літальний апарат виконує політ у відповідності з польотним планом. Посадка літального апарата здійснюється на трьохопорне шасі. Практичні випробування запропонованої корисної моделі. Випробування запропонованого безпілотного літака показали, що він має малі транспортні габарити, розміщується в транспортному контейнері 2 × 1 × 0,5 м має достатню стійкість та керованість на швидкостях від 30 до 80 км/год. та висотах польоту 0-200 м, забезпечує необхідну вантажопідйомність. Випробування запропонованої корисної моделі проводились за наступних метеорологічних умов: швидкість вітру 4-8 м/с; температурі повітря 25 °C; атмосферного тиску 730 мм рт. ст. Апарат піднімав в повітря пілот-оператор з землі по каналу радіокерування і здійснив політ за зазначеною програмою впродовж 20 хв, виявляючи на усіх режимах польоту достатні пілотажні властивості. Час зборки апарата до польоту склав 20 хв. Час згортання до готовності до транспортування склав 10 хв. Запропонована схема безпілотного літального апарата на сонячній енергії дозволяє отримати малогабаритну конструкцію з високою масовою віддачею та великою площею для розміщення сонячних елементів, енергії яких буде достатньо для забезпечення тривалого польоту безпілотного літака. Джерела інформації: 1. Патент RU №2536153 "Электросамолет", МПК B64D27/24, опубл. 20.12.2014; 2. Патент US №7762495 "Solar powered aerial vehicle", МПК B64C1/00 опубл. 27.07.2010. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 1. Безпілотний літальний апарат на сонячній енергії, що містить фюзеляж та електричну силову установку, крила з сонячними елементами та системи керування, який відрізняється тим, що складається з двох крил - переднього і заднього, рознесених по довжині і висоті, системи керування по крену, встановленої на задньому крилі, системи керування по тангажу, встановленої на передньому крилі, силової установки, розміщеної позаду переднього крила, сонячних елементів, розміщених на верхній поверхні обох крил. 2. Безпілотний літальний апарат за п. 1, який відрізняється тим, що крила з'єднуються між собою спільними торцевими шайбами, силова установка розміщена попереду заднього крила. 3. Безпілотний літальний апарат за п. 1, який відрізняється тим, що має розмах 1,5-2 м, площу 2 крила 1 м , довжину 1-1,5 м, висоту 0,5-1 м, льотну масу 3-5 кг, масу корисного навантаження до 1 кг. 2 UA 101378 U 3 UA 101378 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4