УДК 629.7.085

СОЗДАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛИ ВЗЛЕТА БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

 

А.П. Федосов

Донецкий национальный технический университет

Факультет компьютерных информационных технологий и автоматики

 

Анализируются и исследуются способы запуска БПЛА типа «летающее крыло». Выбирается оптимальный вариант для беспилотника, исходя из размеров.

 

ВВЕДЕНИЕ

Авиационные беспилотные комплексы в настоящее время получили большое распространение.

 Беспилотные летательные аппараты помогут решить целый спектр научных и прикладных задач, связанных с геологией, экологией, метеорологией, зоологией, сельским хозяйством, с изучением климата, поиском полезных ископаемых и т.д.  Они могут следить за миграцией птиц, млекопитающих, косяков рыбы, изменением метеоусловий и ледовой обстановки на реках, за движением судов, перемещением транспорта и людей, вести аэро, фото и киносъемку, радиолокационную и радиационную разведку.

Целью работы является создание модели взлета беспилотного летательного аппарата типа «летающее крыло», размахом крыла – 1.3 метра и массой – до 1 килограмма.

 

СПОСОБЫ ВЗЛЕТА БПЛА

На данный момент, применяют такие способы взлета БПЛА: запуск с рук, запуск с катапульты, запуск со взлетной полосы. Со взлетной полосы взлетают в основном беспилотники которые весят сотни килограмм и тонн, к тому же необходимо наличие взлетной полосы.

Для взлета малоразмерных беспилотных летательных аппаратов широко используются пусковые устройства типа катапульты, позволяющие обеспечить быстрый и эффективный взлет указанных летательных аппаратов с силовой установкой сравнительно небольшой мощности.  Взлёт с катапульты — это самая популярная система запуска БПЛА. Т.к. работа БПЛА происходит в основном в местах необорудованных взлетно-посадочной полосой. Запуск модели планера БПЛА осуществляется с помощью катапульт различных систем и методов получения пусковой энергии. Выбор типа катапульты зависит от массы планера БПЛА, требований ко взлетной площадке и времени подготовки ко взлету, а также ограничению силового воздействия на запускаемый планер.

Катапульты бывают:

- пневматические;

- резиновые.

Для осуществления пуска моделей планеров БПЛА массой более от 15 до 50 килограмм обычно используют пневматические, либо механические катапульты. Пневматическая катапульта обладает относительно небольшими габаритными размерами и весом. Так же плюсом является удобство эксплуатации в зимние периоды времени. Механические катапульты могут использовать энергию падающего груза, лебедочный привод либо другие устройства. Пневматические катапульты разгоняют БПЛА с помощью плотного воздуха. Плюсом является удобство эксплуатации в зимние периоды времени.                                  

Самыми распространенными в классе моделей планеров БПЛА являются эластичные системы катапультирования. В основе принципа их работы лежит сила, полученная в результате амортизация резинового шнура. Конструкция катапульты выполняется модульной, что позволяет снизить габаритные размеры в транспортировочном состоянии и обеспечить быструю сборку на месте проведения запуска. Основные предъявляемые к ним требования: надежность, которая заключается в работоспособности механизма в разных климатических условиях, исключении повреждения дорогостоящего летательного аппарата, надежности запуска; эргономичность, связанная с минимизацией массогабаритных характеристик, простотой использования, минимальным временем развертывания и свертывания; высокие эксплуатационные качества, заключающиеся в долговечности, ремонтопригодности, пригодности к утилизации.                                                                               

Известные способы взлета малоразмерных беспилотных летательных аппаратов с катапульты, оборудованной тележкой, перемещаемой разгонным устройством по направляющим, в целом могут быть охарактеризованы следующим образом. Перед запуском с помощью стыковочного устройства летательный аппарат присоединяют к тележке, расположенной на катапульте в стартовом положении, а после ее разгона любым методом до требуемой скорости летательный аппарат отсоединяют от тележки, а тележку останавливают. 

Запуск модели планера БПЛА с помощью физической силы человека, без специализированных приспособлений осуществляется при массе модели менее 5кг. Основной плюс виден из названия, но в тоже время основной минус заключается в безопасности, на старте БПЛА включает полную мощность двигателя и его можно не удержать.

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ.

Исходя из габаритов беспилотника, целесообразно его запустить при помощи резиновой катапульты. В основе принципа работы лежит сила, полученная в результате амортизации резинового шнура. Конструкция катапульты выполняется модульной, что позволяет снизить габаритные размеры в транспортировочном состоянии и обеспечить быструю сборку на месте проведения запуска. В свою очередь резина как двигатель имеет ряд недостатков. Характеристика деформации резинового шнура при растяжении не является прямолинейной и, кроме того, отличается от характеристик восстановления. В свою очередь, характеристика восстановления резины зависит от времени, в течение которого резина находилась в деформированном состоянии, и от относительной деформации резины. Отношение возвращенной работы к затраченной носит название коэффициента полезной упругости, который может изменяться в больших пределах (от 35 до 90%). Вследствие явления релаксации напряжений, при обычной по времени выдержке на взводе, максимальное движущее усилие может упасть в среднем на 20%. Релаксационные и гистерезисные явления, присущие резине при деформации, могут поставить катапульту в невыгодное положение по сравнению с любым другим аналогом, так как подобные явления практически не свойственны пружинам [1].

Однако при соблюдении ряда правил от многих недостатков можно избавиться. Для того чтобы избежать больших потерь на внутреннее трение и, следовательно, максимально увеличить коэффициент упругости резины, а также для того, чтобы энергоемкость не снижалась при длительном пребывании катапульты на взводе, необходимо проектировать катапульту так, чтобы относительная деформация резин не превышала 300%. В этом случае характеристика деформации резины, с достаточной степенью точности, может считаться обратимой, линейной и постоянной. 

Одним из недостатков можно отметить так же линейно убывающую силу упругости, подчиняющуюся закону Гука и зависящую от степени деформации. Это свойство упругих тел заставляет использовать в конструкции специальные передаточные механизмы, различные буферы и другие устройства для обеспечения плавности разгона и увеличения КПД, что конечно сказывается на надежности всей конструкции.

ТЕХНОЛОГИЯ ЗАПУСКА.

Что нам дает использование катапульты? Дело в том, что запуск с катапульты очень хорошо повторяется. Т.е. запуская модель с катапульты, раз за разом, модель ведет себя одинаково. Кроме того, запуск с катапультой намного проще, чем ручной запуск. Прежде всего, нужно найти подходящее место для запуска модели. Запускать БПЛА надо либо с возвышенности, либо на ровной местности. Запускать надо прямо против ветра. После этого надо внимательно осмотреть кольца, места соединений, резину на предмет наличия трещин, разрывов, порезов или других дефектов. Если проверка не показала дефектов, можно включать передатчик и потом бортовое питание модели. Перед стартом необходимо проверить, что все механизмы модели реагируют должным образом на отклонение ручек передатчика и находятся в правильном для старта положении. Потом проверить работу двигателя на полной мощности. Закрепить надежно модель, а затем надеть буксировочное кольцо на крюк снизу.

Надо держать БПЛА на уровне пояса, что бы самолет не задевал ноги при взлете. Затем необходимо дать полный газ. Модель надо держать под углом примерно 30 ° до 40 °. После чего нужно модель не просто отпустить, а подбросить модель в воздух, это является ключевым фактором. Буквально через секунду или две траектория модели начнет снижаться, в этот момент с помощью руля высоты надо выровнять траекторию на восходящую, еще через мгновение должно слететь кольцо с крючка модели. От момента броска модели, до момента отцепления от резины пилот должен держать в голове правило, что модель должна пройти это расстояние на одной высоте или с провалом. Так же необходимо быть готовым парировать элеронами завалы в стороны. После того, как модель отцепится от катапульты, газ до упора пока модель не наберет безопасную высоту. Нужно быть готовым заложить вираж, так как, если модель уйдет слишком быстро и превратиться в точку, то управлять моделью будет сложнее.

 

Вывод

Для беспилотного летательного аппарата данного типа целесообразно применять взлет с помощью резиновой катапульты, так как он намного проще ручного запуска, и его можно одинаково повторять.

 

Список литературы

1. Стартовые устройства беспилотных летательных аппаратов, применяемых для мониторинга объектов сельского хозяйства [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://botaniks.ru/ustroistvo_bespolotnih_letatelnih_apparatov.php.

2. Системы взлёта БПЛА [Электронный ресурс]. – Режим доступа: росавиакомпозит.рф.