Разработка беспилотного летательного аппарата с увеличенной продолжительностью полёта

1.

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА
Разработка беспилотного летательного аппарата с
увеличенной продолжительностью полёта
студенты: Камаладдинов Д.А.; Исмаил Б.И.

2.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ
• В современном мире беспилотные летательные
аппараты (БПЛА) играют все более важную роль
во многих отраслях, таких как геодезия,
сельское хозяйство, охрана окружающей среды,
наблюдение и мониторинг, и даже военные
операции. Одной из ключевых характеристик,
определяющих применение и эффективность
БПЛА, является продолжительность полета.
Увеличение продолжительности полета
позволяет выполнять более длительные задачи,
улучшать качество собираемых данных и
сокращать время на выполнение миссий.

3.

ЦЕЛЬ ДИПЛОМНОЙ РАБОТЫ
• состоит в разработке беспилотного летательного
аппарата с увеличенной продолжительностью
полета за счет увеличения площади крыла. В
ходе работы будет проведен анализ
существующих технологий и теоретических
основ аэродинамики, изучены методы
увеличения продолжительности полета, а также
выполнена разработка конструкции, системы
управления и интеграции энергосистем.

4.

ДЛЯ ДОСТИЖЕНИЯ ЭТОЙ ЦЕЛИ
СТАВЯТСЯ СЛЕДУЮЩИЕ ЗАДАЧИ:
• Изучение существующих технологий и классификации
беспилотных летательных аппаратов.
• Освоение теоретических основ аэродинамики и методов
увеличения продолжительности полета.
• Разработка конструкции БПЛА с увеличенной площадью
крыла.
• Разработка системы управления и навигации БПЛА.
• Интеграция энергосистем и источников питания.
• Моделирование, аэродинамические испытания и
тестирование прототипа в реальных условиях.
• Анализ экономической эффективности и потенциальных
областей применения, разработанного БПЛА.

5.

ПРИ НАПИСАНИИ РАБОТЫ
ИСПОЛЬЗОВАЛИСЬ СЛЕДУЮЩИИ
ЛИТЕРАТУРЫ
• В основу работы положены классические и
современные источники по аэродинамике,
теории полета и конструкции БПЛА, а также
научные статьи и технические доклады,
посвященные методам увеличения
продолжительности полета. Для моделирования
и испытаний использовались современные
программные продукты, такие как ANSYS Fluent
и MATLAB. Практическая база работы включает
лаборатории и испытательные площадки, где
проводились аэродинамические испытания и
тестирование прототипа БПЛА.

6.

СТРУКТУРА ДИПЛОМНОЙ РАБОТЫ
СЛЕДУЮЩАЯ
1.
1.
ВВЕДЕНИЕ
ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
Применение беспилотного летательного аппарата
Типы беспилотного летательного аппарата по принципу полёта
Классификация беспилотных летательных аппаратов
АНАЛИЗ МЕТОДОВ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЗЛЕТА БЕСПИЛОТНОГО
ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
Обзор существующих подходов к взлёту беспилотного летательного аппарата
Составление дифференциальных уравнений движения БЛА на режиме разбега и взлёта
1.
Расчёт основных параметров взлёта
РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ БПЛА С УВЕЛИЧЕННОЙ ПЛОЩАДЬЮ КРЫЛА
Тип и размер крыла
Материалы и методы изготовления крыла
Расчёт и оптимизация аэродинамических характеристик
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ

7.

В ПУНКТЕ 1.1 ДИПЛОМНОЙ РАБОТЫ
Дистанционно-пилотируемые летательные аппараты (БЛА) и их комплексы на
сегодняшний день продолжают оставаться наиболее перспективными,
динамично развивающимися, уникальными системами целевого и
гражданского назначения. Их перспективная твердо-устоявшаяся ниша в
международных общественных кругах обусловлена тем, что при выполнении
широкого круга задач они сочетают в себе положительные качества, как
самолётов, так и ракет. Уже несколько поколений БЛА выполняют задачи
воздушной разведки. В перспективе наряду с разведывательными функциями,
на БЛА планируется возлагать и выполнение целевых задач.
Характерной особенностью существующих парков БЛА является
преобладание аппаратов малой и средней дальности: на их долю приходится
98% всего состава. Лидируют с огромным отрывом США (341), Россия с
показателем 53 занимает четвертое место, уступая Израилю (72) и Франции
(65) (Рисунок 1). Помимо названных показатель выше 30 имеют Италия и
Германия. То есть в мире всего 6 стран обладают полной технологией
производства комплексов БЛА, и Россия - в их числе.

8.

В ПУНКТЕ 1.1 ДИПЛОМНОЙ РАБОТЫ
400
350
341
300
250
200
150
100
72
53
50
0
Типы
341
53
72
62
США
Россия
Израиль
Франция
США
Россия
Израиль
Франция
62

9.

В ПУНКТЕ 1.2 ДИПЛОМНОЙ РАБОТЫ
• По принципу полета все БПЛА можно разделить на 5 групп
(первые 4 группы относятся к аппаратам аэродинамического
типа):
• 1) БПЛА с жестким крылом (БПЛА самолетного типа);
• 2) БПЛА с гибким крылом;
• 3) БПЛА с вращающимся крылом (БПЛА вертолетного типа);
• 4) БПЛА с машущим крылом;
• 5) БПЛА аэростатического типа.
• Кроме БПЛА перечисленных пяти групп существуют также
различные гибридные подклассы аппаратов, которые по их
принципу полета трудно однозначно отнести к какой-либо из
перечисленных групп. Особенно много таких БПЛА, которые
совмещают качества аппаратов самолетного и вертолетного
типов.

10.

В ПУНКТЕ 1.3 ДИПЛОМНОЙ РАБОТЫ

11.

В ПУНКТЕ 1.3 ДИПЛОМНОЙ РАБОТЫ
• Способ управления
• Существуют следующие способы управления беспилотными
летательными аппаратами:
• 1) Дистанционно-пилотируемый способ. Управление полетом
осуществляется в двух режимах:
• - ручное управление, осуществляется за счет управления оператора
беспилотного летательного аппарата в режиме реального времени;
• - автоматизированное управление осуществляется автономно, с
возможностью его корректировки. Предварительно вводят
координаты точек маршрута, определяя текущее положение
летательного аппарата посредством навигации.
• 2) Автоматический способ, управление совершается автопилотом по
заранее заданной траектории на заданной высоте с заданной
скоростью и со стабилизацией углов ориентации.

12.

В ПУНКТЕ 1.3 ДИПЛОМНОЙ РАБОТЫ
Классификация беспилотных летательных
аппаратов
Классификаци
я
Микро и мини
Категория
Микро
Мини
Тактические
Близкого
расстояния
Среднего
диапазона
Дальнего
диапазона
Высотный
выносливый
Стратегические Смертоносный
Специального
Приманка
назначения
Стратосферный
Взлетная
масса (кг)
0.1
30
150
Высота
полета (м)
250
150-300
3000
Время
полета (ч)
1
2
2-4
150-500
3000-5000
6-10
150-500
5000
9-13
2500-12500
15000-20000
24-48
250
250
3000-4000
50-5000
3-5
4
-
20000-30000
48

13.

В ПУНКТЕ 2.1 ДИПЛОМНОЙ РАБОТЫ
• Существует несколько основных способов взлета БЛА:
• - с использованием катапульты;
• - вертикальный взлет;
• - взлёт «по-самолетному».
• В настоящее время подавляющее большинство БЛА
запускается при помощи катапульт. При этом различные
фирмы в разных странах используют различные типы
катапульт, вот наиболее встречаемые:
• - с использованием пороховых ускорителей;
• - пневматические;
• - резиновым приводом;
• - электромеханические.

14.

В ПУНКТЕ 2.2 ДИПЛОМНОЙ РАБОТЫ
• Состав:
• курсовертикаль ДКВ-21 разработки Арзамасского КБ "Темп".
Выдает сигналы тангажа, крена, гироскопического курса;
• магнитный компас, выдает сигнал магнитного курса;
• приемник спутниковой навигации, выдает географические
координаты носителя, курс полета, путевую скорость;
• датчик воздушной скорости;
• датчик барометрической высоты;
• радиовысотомер малых высот;
• датчик вертикальной перегрузки (ny);
• датчик боковой перегрузки (nz);

15.

В ПУНКТЕ 2.3 ДИПЛОМНОЙ РАБОТЫ
• Расчет длины разбега и скорости отрыва
• Типовой профиль полета БЛА состоит из следующих этапов:
• разбег;
• отрыв;
• набор высоты;
• выход на рабочий эшелон;
• крейсерский полет;
• снижение;
• предпосадочный маневр;
• полет по глиссаде;
• касание;
• пробег.
• Вывод БЛА на заданную высоту полета с момента старта можно
представить в виде графика, изображенного на рис. 1

16.

В ПУНКТЕ 2.3 ДИПЛОМНОЙ РАБОТЫ
• Полет БПЛА начинается взлетом и заканчивается посадкой на аэродром;
поэтому неудовлетворительные взлетно-посадочные характеристики, даже
при отличных летных данных делают БПЛА непригодным к эксплуатации.
• Перед тем как подняться в воздух, БПЛА должен пробежать некоторое
расстояние по аэродрому для того, чтобы достигнуть скорости движения,
достаточной для создания подъемной силы, уравновешивающей вес БПЛА.