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.
Расчёт требуемых параметров посадочной платформы
Подбор базы, подходящей для размещения посадочной платформы
Выбор подходящей конструкции
Создание чертежей и 3D моделей
Расчёт нагрузок
Создание макета
Проведение испытаний
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
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
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».
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
Раскрытие посадочной платформы
Установка дополнительных опор по углам шестиугольника
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 сост
