Спосіб підвищення аеродинамічної стійкості безпілотного літального апарата з надувним крилом за рахунок конструкції та компоновки

Реферат: Спосіб підвищення аеродинамічної стійкості безпілотного літального апарата з надувним крилом за рахунок конструкції та компоновки. Для підвищення стійкості, надувне крило БЛА виготовляють багатотрубчатою структурою, що наближує аеродинамічні характеристики надувного крила до традиційного, зі збереженням компактності та низької ваги, для наближення надувного крила до традиційного профілю вводять додаткові n-ряди циліндрів, які розміщують перехресно один відносно одного, що додає крилу додаткову міцність та знижує ризик його деформації при критичних значеннях зовнішнього збурення. UA 105057 U (12) UA 105057 U UA 105057 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі авіаційної техніки і може бути використана для підвищення стійкості безпілотного літального апарата (БЛА) з надувним крилом за рахунок удосконалення конструкції та компоновки надувного крила. Корисна модель може бути використана при розробці міні- і мікро БЛА. Даний спосіб базується на концепції гумового БЛА, яка вперше була запропонована TAYLOR McDANIEL [1]. Суттєвим недоліком цієї концепції є недостатня аеродинамічна стійкість надувного крила у польоті. Під дією сильного бокового вітру крило деформується, що призводить до зміни його аеродинамічних характеристик. Спосіб підвищення аеродинамічної стійкості БЛА з надувним крилом за рахунок конструкції та компоновки зменшує ризик виникнення деформації крила. Запропоноване крило БЛА дозволяє витримувати більші навантаження при впливі бічного збурення. Наприклад, типова структура надувного крила [1] деформується при коефіцієнті навантаження 4.32. Приведене навантаження не є критичним для запропонованої у патенті структури надувного крила. БЛА (К-01, ZALA, МісrоВ) масою менше 2 кг виконуються з карбону, отриманого вакуумною інфузією [2]. Наведена технологія дозволяє створювати крило з об'ємними порожнинами всередині, що забезпечує високі аеродинамічні характеристики БЛА. Недоліком такої конструкції є збільшення ваги, зменшення компактності. Також при посадці на не підготовлену площадку можливі критичні пошкодження зовнішнього обводу БЛА. Відомий [3] БЛА виконаний по схемі "літаючого крила". Відсутність фюзеляжу та концентрація аеродинамічних органів керування безпосередньо у крилі зменшує загальну масу та підвищує аеродинамічні характеристики БЛА, проте така конструкція значно обмежує корисну вагу та кількість допоміжного обладнання. Патент БЛА [4], конструкція якого виконана по схемі "літаючого крила" для зниження рівня його радіолокаційної помітності. Недоліком такої конструкції є те, що фронтальна проекція такого БЛА буде дуже широкою. Конструкція та компоновка БЛА з надувним крилом дозволяє значно зменшити його розміри та вагу. Переваги зменшеної ваги та розмірів найбільш помітні при використанні міні- і мікро БЛА як частини військового спорядження, яке легко вміщується у рюкзаку військовослужбовця. Оснащення таких БЛА інфрачервоними камерами дозволить військовослужбовцям оцінити обстановку під час проведення розвідки, а також приймати необхідні та своєчасні оперативні рішення про тактичні прийоми ведення бою. Крім того, БЛА з надувним крилом можливо використовувати іншим службам, в тому числі оперативним, наприклад: оперативної оцінки рівня пожежі за допомогою мікро БЛА оснащеного тепловізором, забезпечення зв'язком та визначення оперативної обстановки при розгортанні необхідних служб у надзвичайних ситуаціях, визначення місць скупчення людей при масових заворушеннях, чи використання міні БЛА для контролю збирання врожаю. Розробка надійної та компактної моделі надувного крила сприятиме підвищенню ефективності використання БЛА для рішення поставлених завдань. Основні характеристики крила БЛА це висока несуча здатність і мінімальний аеродинамічний опір, забезпечення заданих характеристик стійкості та керованості, достатня міцність і жорсткість при найменшій масі конструкції [5]. Як прототип надувного крила вибрано багатотрубчату структуру (БС) аеродинамічного профілю крила NASA-0012. Надувні циліндрі в прототипі розміщені з врахуванням рівняння балансу сил (фіг. 1). Недоліком даної структури є недостатня стійкість крила, яка проявляється при сильному бічному збуренні (навантаження в 4 рази більше за номінальне) [6]. В основу корисної моделі поставлена задача підвищити аеродинамічну стійкість БЛА з надувним крилом за рахунок введення додаткових n-рядів циліндрів (мінімальна кількість додаткових рядів дорівнює двом). Поставлена задача вирішується за рахунок способу підвищення аеродинамічної стійкості безпілотного літального апарата з надувним крилом за рахунок конструкції та компоновки, для підвищення стійкості, надувне крило БЛА виготовляють багатотрубчатою структурою, що наближує аеродинамічні характеристики надувного крила до традиційного, при цьому надувне крило не втрачає компактність та низьку вагу, для наближення надувного крила до традиційного профілю вводять додаткові n-ряди циліндрів, ряди циліндрів розміщують перехресно один відносно одного, що додає крилу додаткову міцність, що знижує ризик його деформації при критичних значеннях зовнішнього збурення. Особливістю запропонованої БС є перехресне розміщення рядів циліндрів, що значно підвищує міцність крила. Як приклад розглянемо введення двох додаткових рядів циліндрів. Для моделювання та проведення порівняльної оцінки аеродинамічних характеристик прототипу та запропонованої БС надувного крила, пропонується використовувати профіль NASA-0012 (фіг. 2). Координати профілю NASA-0012 наведено у табл. 1 (фіг. 3). Побудовано модель надуваного крила у середовищі SolidWorks (фіг. 4) [7]. 1 UA 105057 U 5 10 15 20 25 30 Проведено математичне моделювання прототипу та запропонованої БС надувного крила NASA-0012 на кутах атаки (а°) 0, 3, 6, 9, 12 та 15 градусів (фіг.5). Порівняльні результати математичного моделювання наведено у таблиці 2 (фіг.6). При створенні ескізу БС надувного крила враховано рівняння балансу сил по осях Х та Y. Форма вдосконаленого БС надувного крила (фіг.7). На фігурі 7 зображено 1 - зовнішня частина балона БС, 2 - внутрішня частина балона БС, 3 - основний ряд балонів БС, 4 додаткові ряди балонів БС. Результати математичного моделювання запропонованої БС надувного крила підтвердили покращення аеродинамічних характеристик на 10 % при кутах атаки 12-15 у порівнянні з прототипом (фіг. 8). Джерела інформації: 1. Patent № US001905298, UNITED STATES PATENT OFFICE, Serial No. 475,092. /FLYING MACHINE/ TAYLOR McDANIEL, °F WASHINGTON, DISTRICT OF COLUMBIA, ASSIGNOR TO McDANIEL GLIDER INCORPORATED, °F WASHINGTON, DISTRICT OF COLUMBIA, A CORPORATION OF MARYLAND. Patented April 25, 1933. 2. Анализ зарубежных беспилотных летательных аппаратов / А.А.Никифоров, В.А.Мунимаев / Санкт-Петербургская лесотехническая академия, 2010 год. 3. Патент Російської Федерації RU 2288140, МПК В64С39/02 В64С39/00. Беспилотный летательный аппарат / Зубарев А.Н., Икрянников Е.Д., Петров Е.Г., Подобедов В.А.; Опубл. 31.05.2005. 4. Патент Російської Федерації RU 2461494, МПК В64С39/10. Беспилотный летательный аппарат / Барковский В. И., Федоренко Г.Α., Павленко Α.Α., Павловец Г.Α., Культин В. Г., Нилов В.Α., Сидоров В.Α.; Опубл. 20.04.2012. 5. Житомирский Г.И. Глава 2. Крыло // Конструкция самолетов: Учебник для студентов авиационных специальностей вузов. - М.: Машиностроение, 1991.- С. 44-95.- 400 с: ил. - ISBN 5217-01519-5; ББК 39.53я73 Ж 74; УДК 629.73.02 (075.8) 6. Довідник авіаційних профілів, представлений Казанським Національним ДослідноТехнічним Університетом ім. О.М. Туполева. 7. Analysis and Flight Test for Small Inflatable Wing Design / Zhang Jun-Tao, Hou Zhong-xi, Guo Zheng, Chen Li-li. / World Academy of Science, Engineering and Technology, 69, 2012. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 Спосіб підвищення аеродинамічної стійкості безпілотного літального апарата з надувним крилом за рахунок конструкції та компоновки, який відрізняється тим, що для підвищення стійкості, надувне крило БЛА виготовляють багатотрубчатою структурою, що наближує аеродинамічні характеристики надувного крила до традиційного, зі збереженням компактності та низької ваги, для наближення надувного крила до традиційного профілю вводять додаткові nряди циліндрів, які розміщують перехресно один відносно одного, що додає крилу додаткову міцність та знижує ризик його деформації при критичних значеннях зовнішнього збурення. 2 UA 105057 U 3 UA 105057 U 4 UA 105057 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5