Главная База знаний "Allbest" Производство и технологии Система посадки малых беспилотных летательных аппаратов на примере БПЛА "Орлан"

Система посадки малых беспилотных летательных аппаратов на примере БПЛА "Орлан"

Ознакомление с процессом создания посадочной платформы, отвечающей требованиям надёжности, удобства эксплуатации и мобильности. Рассмотрение и анализ условий для вертикального взлета беспилотного летательного аппарата. Характеристика системы торможения.

Рубрика Производство и технологии
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 09.05.2018
Размер файла 633,7 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проект АнСат

Система посадки малых беспилотных летательных аппаратов на примере БПЛА «Орлан»

Оглавление

  • Введение
  • 1. БПЛА в рамках проекта АнСат
  • 2. БПЛА Орлан
  • 3. Система посадки БПЛА
  • 4. Осуществление посадки
  • 5. Система торможения
  • Источники

Введение

"Носитель" - научно-технический образовательный проект, осуществляющийся Юношеским Клубом Космонавтики имени Г.С. Титова Санкт-Петербургского городского Дворца творчества юных, в рамках создаётся система посадки малых БПЛА, находящаяся вне аппарата и моделируется процесс осуществления посадки.

Создание мобильной посадочной платформы необходимо для осуществления безопасной посадки на неподготовленный участок местности.

Объектом данной исследовательской работы является система посадки малых беспилотных летательных аппаратов. Предмет исследования - посадочная платформа для малых БПЛА.

Цель работы - создание посадочной платформы, отвечающей требованиям надёжности, удобства эксплуатации и мобильности.

1. Расчёт требуемых параметров посадочной платформы

2. Подбор базы, подходящей для размещения посадочной платформы

3. Выбор подходящей конструкции

4. Создание чертежей и 3D моделей

5. Расчёт нагрузок

6. Создание макета

7. Проведение испытаний

8. Дальнейшее использование в проекте "Носитель"

Практическая ценность работы состоит в повышении полезной нагрузки, выживаемости и снижении времени подготовки к повторному использованию БПЛА Орлан.

1. БПЛА в рамках проекта АнСат

Рисунок 1

В рамках проекта АнСат создаётся беспилотный летательный аппарат класса «утка» расчётной взлётной массой 15-20 кг, предназначенный для доставки рабочей модели группировки спутников АнСат для отработки систем роспуска и ориентации в состоянии невесомости. На данный аппарат планируется установить один двигатель внутреннего сгорания, поскольку для выполнения поставленный задач это будет выгоднее.

Таблица 1

Преимущества

ДВС

Электродвигатель

Высокая дальность передвижения на одной заправке

Малый вес

Высокий КПД

Малый вес и объём топливного бака

Нет необходимости в коробке передач

Возможность рекуперации энергии

Таблица 2

Недостатки

ДВС

Электродвигатель

Низкий средний КПД

Малая дальность на одной зарядке

Долгая зарядка

Отсутствие режима рекуперации энергии

Малый срок службы батареи

Большой объём и вес батареи

Работа ДВС подавляющую часть времени с недогрузом

Сложные условия хранения батареи

Решающими факторами при выборе двигателя стали сложные условия хранения и малый срок службы аккумуляторных батарей (Рекомендуемая температура хранения 7°С, не допускать попадания на аккумулятор жидкостей, беречь от солнечных лучей, хранение в сухом хорошо вентилируемом помещении). беспилотный летательный посадочный

Так же рассматривались варианты БПЛА с вертикальным взлётом и с катапульты. Взлёт с полосы не рассматривался, поскольку подразумевается использование аппарата на неподготовленной территории.

Вертикальный взлёт

Для вертикального взлёта, способности висеть в воздухе, вертикальной посадки самолёту необходимы два основных условия: во-первых, тяга двигателя должна превышать вес самолёта, а во-вторых, при взлёте и посадке тяга должна быть направлена вверх, а при обычно полёте - горизонтально.

Самолёты вертикального взлёта делятся на аппараты с поворотной силовой установкой и на устанавливающиеся вертикально.

Таблица 3

Преимущества самолётов с поворотной силовой установкой

Преимущества самолётов, устанавливающихся вертикально

Возможность менять вектор тяги

Простота в конструкции относительно самолётов с поворотной силовой установкой

Возможность «зависания» в воздухе

Конструкция аппарата мало отличается от конструкции обыкновенного самолёта (усиленная конструкция в хвостовой части)

Недостатки самолётов с поворотной силовой установкой

Недостатки самолётов, устанавливающихся вертикально

Разворот силовой установки происходит не мгновенно, поэтому возникают сложности с переходом из взлётного режима в горизонтальный полёт посредством поворота двигателей

Высокая стоимость и меньшая надёжность таких аппаратов по сравнению с традиционной схемой

Аппарат не может осуществлять «зависание» в воздухе и вертикальную посадку, поскольку невозможно менять направление вектора тяги относительно самого аппарата

Было решено использовать систему запуска с катапульты, которая позволит придать беспилотному аппарату начальную скорость без затрат топлива, в случае с вертикальным взлётом, на отрыв от земли тратится много топлива (вплоть до 40%), что сильно снижает время полёта БПЛА

2. БПЛА Орлан

Использование и ТТХ

На данный в Российской Федерации широкое распространение получил комплекс беспилотной воздушной разведки и наблюдения с беспилотными летательными аппаратами (БПЛА) "Орлан-10" разработанными российским предприятием ООО "Специальный технологический центр" (СТЦ). «Орлан может использоваться для поисково-спасательных работ или разведки и позволяет контролировать протяжённые объекты в труднодоступной местности.

Преимущества БПЛА «Орлан»

· Использование в сложных метеоусловиях

· Возможность запуска и возврата БПЛА с малой площадки

· Фото и видео с регистрацией текущих параметров (координаты, высота, номер кадра

· Размещение аппаратуры в консолях крыла

· Возможность использования одного БПЛА в качестве ретранслятора для остальных

· наличие бортового генератора позволяет использовать активные нагрузки в течение всего полета

Таблица 4

Время полёта

16 часов

Двигатель

внутреннего сгорания (бензин А-95)

Макс. взлётный вес

18 килограмм

Макс. скорость

170 км/ч

Макс. удаление от пульта

200 километров

Масса

12,5 килограмм

Мин. скорость

75 км/ч

Практический потолок

6000 метров

Размах крыла

3,1 метра

Длина

1,8 метра

Система посадки

На данный момент БПЛА «Орлан» имеют систему посадки, состоящую из парашюта и надувной подушки, при этом имеет массу 1,3 кг (Таблица 2)

Таблица 5

Масса БПЛА

18 кг

Скорость спуска

5 м/с

Площадь парашюта

13 м2

Плотность ткани

55 г/м2

Масса парашюта

0,65 кг

Масса надувной подушки

0,5 кг

Масса баллона с газом

0,15 кг

Итог

1,3 кг

Посадочная система «Орлан»-а составляет около 7% массы аппарата и около 24% массы полезной нагрузки при максимальной загрузке. Вынесение системы посадки за пределы БПЛА позволит либо увеличить массу полезой нагрузки, либо объём топливных баков

При посадке БПЛА на парашюте есть риск, что аппарат получит повреждения, а так же существует опасность аварийной посадки, при использовании посадочной платформы, осуществляется безопасная посадка, схожая по своей сути с посадкой палубных самолётов на авианесущий корабль

Рисунок 2

3. Система посадки БПЛА

Посадочная платформа

Посадку беспилотного летательного аппарата предполагается осуществлять на мобильную платформу с двумя вариантами размещения: наземным и морским. Морская версия платформы должна крепиться на корабле так, чтобы при раскрытии большая её часть выходила за борт. Наземную платформу предполагается установить на автомобиль УАЗ «Патриот».

Рисунок 3

Посадочная платформа должна раскрываться на крыше автомобиля из транспортного состояния (2 метра высота, 1 метр радиус) в рабочее состояние (1 метр высота, 7,5 метров радиус, тормозной трос на высоте 1 м над сеткой, натянутой на уровне верхней части ножниц). Для осуществления посадки требуется

1. Раскрытие посадочной платформы

2. Установка дополнительных опор по углам шестиугольника

3. Подключение навигационных огней

Силы упругости

Сила упругости возникает во результате деформации тела. При растягивании увеличивается расстояние между молекулами, а при сжимании уменьшается. Сила упругости препятствует деформации.

Закон Гука

,

F - Сила упругости

k - Коэффициент жёсткости

?l - Растяжение

Сила упругости направлена противоположно деформации

Модуль Юнга

,

Е - модуль Юнга

S - площадь поперечного сечения

l0 - длина образца до деформации

Модуль Юнга - характеризует упругие свойства вещества. Это постоянная величина, зависящая от материала и физического состояния. Характеризует способность материала сопротивляться деформации растяжения или сжатия. Значения модуля Юнга - табличные

Расчёт нагрузок

При осуществлении торможения БПЛА на посадочную платформу будут действовать деформирующие силы, обратные тем, за счёт которых осуществляется торможение БПЛА

Рисунок 4

На данном изображении показаны направления сил, действующих при торможении БПЛА на платформу. В качестве ножниц используются металлические балки длиной 2 метра и толщиной 50 мм с квадратным сечением.

Таблица 6

Длина

2 метра

Толщина

50 мм

Толщина стенок

5 мм

Плотность материала

7700 кг/м3

Модуль Юнга

200 Па

Объём

1,8 дм3

Коэффициент жёсткости

0,09

Масса

13,86 кг

При посадке БПЛА проекция силы, воздействующей на трос на осб Х равна 150 Н

,

,

Подставим числа

,

,

Расчёты были выполнены по формулам:

Импульс тела

,

Была сделана проекция силы на ось Х

,

Соответственно проекция импульса тела на ось Х высчитывается по формуле

.

4. Осуществление посадки

План посадки

Посадка БПЛА на платформу схожа с посадкой на авианосец (летательный аппарат на предельно низкой скорости заходит на посадку и осуществляет торможение, зацепившись посадочным крюком за трос системы торможения[7]).

1. При заходе на посадку БПЛА при помощи курсовой камеры обнаруживает посадочные маяки

2. БПЛА выравнивается относительно посадочных маяков и снижает скорость

3. Перед посадкой БПЛА выпускает гак (посадочный крюк)

4. После срабатывания тормозной системы БПЛА осуществляет посадку на натянутую сетку

Для совершения безопасной посадки корпус БПЛА должен быть укреплён, поскольку при резком торможении действует большая нагрузка на растяжение, поэтому корпус стандартного аппарата может не выдержать.

5. Система торможения

Система торможения сделана на основе системы торможения на авианосце и имеет схожий принцип действия.

Авианосцы

Первым в истории кораблём, с которого поднялся в воздух самолет, был не авианосец, а легкий крейсер ВМФ США «Бирмингем»; на носовой части его специально для этой цели была сооружена временная деревянная платформа. Иногда подобные суда именовались «авианосцами без взлетной палубы» и оборудовались дополнительным краном в носовой части. На авианосцах использовались обычные самолёты с колёсным шасси, для взлёта им надо было 39-46 футов (10-12 метров). Первый успешный взлет такого рода был произведен 3 ноября 1915 г. вторым лейтенантом X. Ф. Тау Первый успеш­ный взлет такого рода был произведен 3 ноября 1915 г. вторым лейтенантом X. Ф. Таулером на истребителе «Бристоль-Скаут» с палубы корабля «Виндекс». По выполнении задания гидроплан мог приводниться рядом с кораблем и быть поднятым на борт краном. Аэропланы же с колесным шасси вынуждены были улетать в сторону суши, приземляться на обычном аэродроме, оттуда перевозиться в порт и загружаться обратно на корабль. Самая первая успешная посадка на корабль в истории авианосцев была осуществлена в Соединенных Штатах шестью годами раньше -- на деревянную платформу, смонтированную в кормовой части броненосного крейсера «Пенсильвания». Длина платформы была 119,75 фута и была оборудована специальным устройством, призванным затормозить аэроплан, как только колеса шасси коснутся палубы. Использованная на «Пенсильвании» система торможения, сконструированная лейтенантом Теодором Г. Эллисоном, состояла из двадцати двух стальных тросов, протянутых поперек платформы на высоте примерно одного фута, к концам которых были прикреплены мешки с песком весом 200 фунтов. Расположенные под хвостом аэроплана два крюка должны были зацепиться за эти тросы.

Торможение на посадочной платформе для БПЛА

1. Размещение тормозной системы напрямую в конструкции посадочной платформы. Торможение осуществляется за счёт перехода кинетической энергии БПЛА в энергию сжатия пружин и тепловую энергию благодаря установленным в опорах платформы амортизаторам

Рисунок 5

При торможении ролик поднимается вверх, вследствие чего кинетическая энергия движения системы БПЛА-трос-ролик переходит в потенциальную энергию сжатия пружин и тепловую энергию.

2. Размещение тормозной системы отдельным модулем, подключаемым после раскрытия. Данный способ размещения позволит сделать более совершенную тормозную систему, которая будет перевозиться отдельно от посадочной платформы. Основным преимуществом данного размещения является отсутствие стесненности габаритами посадочной платформы - возможность использования более грамоздкой системы торможения

Система роспуска

Для осуществления роспуска и сжатия посадочной платформы создаётся система, принцип работы которой заключается в передвижении центрального подвижного звена вверх и вниз посредством лебёдок.

Расчёт перехода энергии

Формула температуры трущихся поверхностей

,

л - линейная плотность

l - длина

µ - коэффициент трения скольжения

a - коэффициент теплопроводности

- плотность

- объём

- перемещение

- количество теплоты

- средняя длина пружин

Источники

1. Расчёт характеристик купольного парашюта [Электронный ресурс]. - Электрон. Текст. Дан. - Режим доступа : http://nearspace.ru/tech/para.html

2. Орлан-10 [Электронный ресурс]: Уголок неба. - Электрон. Текст. Дан. - Режим доступа: http://www.airwar.ru/enc/bpla/orlan10.html

3. Денис Тельманов. «Орлан» испытают в разведке [Электронный ресурс]: Известия. - Электрон. Текст. Дан. - Режим доступа: https://iz.ru/news/522006

4. Алекс Медвежонок. "Орлан-10" жестко приземлился в районе Алеппо [Электронный ресурс]: Youtube. - Электрон. Текст. Дан. - Режим доступа: https://www.youtube.com/watch?v=qD93NhTC4QE

5. Преимущества и недостатки: ДВС и Электродвигатель [Электронный ресурс]:HCars. - Электрон. Текст. Дан. - Режим доступа: http://www.hcars.ru/tech/6

6. Хранение автомобильного аккумулятора [Электронный ресурс]: Крути Мотор. - Электрон. Текст. Дан. - Режим доступа: http://krutimotor.ru/xranenie-avtoakkumulyatora/

7. Т24. Как это происходит? Авианосец. Посадка [Электронный ресурс]: Youtube . - Электрон. Текст. Дан. - Режим доступа: https://www.youtube.com/watch?v=9ZKAZjgMgz8

8. Сила упругости [Электронный ресурс]: StudFiles. - Электрон. Текст. Дан. - Режим доступа: https://studfiles.net/preview/4242445/page:2/

9. Flotil. История авианосцев. Первый авианосец [Электронный ресурс]: Мировой флот. - Электрон. Текст. Дан. - Режим доступа: http://flotil.ru/istoriya-avianoscev-pervyj-avianosec/

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены