Какого способа запуска бпла не существует

Исследование и разработка систем взлета, возврата и посадки в беспилотных авиационных системах для мониторинга промышленных объектов

Научный руководитель: к.т.н., доцент Паслён Владимир Владимирович

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

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.[10]

1. Актуальность темы

Беспилотные летательные аппараты набирают всё большую популярность и применяются в самых разных сферах деятельности, в разных климатических условиях, и решают самые разнообразные задачи. Для начала, необходимо БПЛА запустить, затем его успешно возвратить, и посадить(рассматриваются БПЛА самолетного типа). Способы взлёта и посадки беспилотников известны. Также известны их достоинства и недостатки. Пока не создано идеальной системы, актуальность данной темы будет иметь вес.

2. Обзор исследований и разработок

На данный момент, в открытом доступе существует множество литературы и статей посвященных бепилотным летательным аппаратам. Однако, не во всех содержится информация о взлете и посадке БПЛА. В процессе написания магистерской диссертации, мной были найдены и изучены такие работы:

В книге [1] будут рассмотрены модели, описывающие различные виды старта, взлета и посадки БПЛА при отсутствии и наличии ветровых возмущений, представленных произвольным вектором скорости действующего ветра. При описании процессов старта, взлета и посадки БЛА наряду с оригинальными математическими моделями используются модели их движения. Множество статей посвященных взлету и посадке беспилотника ссылаются на эту книгу.

В статье [2], на базе функционального анализа существующих конструкций пусковых устройств беспилотных летательных аппаратов с направляющими обоснована необходимость разработки пускового устройства рациональной конструкции с использованием резинового амортизатора. Приведен алгоритм расчета методом численного интегрирования составляющих процесса разгона летательного аппарата пусковым устройством предлагаемой конструкции. Описаны устройство и работа конструктивных элементов двухшнуровой резиновой катапульты, а также требования к летательному аппарату, предъявляемые конструкцией катапульты. На основе выполненных расчетов и пробных пусков даны рекомендации по применению пусковых устройств подобной конструкции.

Также существует некоторе количество статей в интернет, посвященных теме взлета и посадки БПЛА.

3. Способы взлёта

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. 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. [3]

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.

Рисунок 1 – Двухшнуровая резиновая катапульта для запуска в полет беспилотного летательного аппарата[2] (анимация: 5 кадра, 6 циклов повторения, 51 килобайт)

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 неудержать.

4.Посадка БПЛА

Посадка на парашют/подушку безопасности
Очевидный плюс парашюта – это достаточно мягкая посадка, с условием мягкой подстилающей поверхности. Но тут же сразу вылезает и минус во-первых, дополнительный вес, во-вторых, при срабатывании парашюта, БПЛА останавливается и его полет зависит только от ветра. Если парашют раскрывается на высоте 100 метров, при скорости ветра 14м/с, то аппарат может унести на километр от предполагаемой точки посадки. Этот факт ограничивает использование БПЛА с парашютной системой на некоторых объектах.
Если парашют после посадки не отстреливается, он может надуться и потащить самолет по земле, что может привести к поломкам.
Большие беспилотные аппараты(более 15кг), имеют подушку спасения, которая смягчает удар при посадке, это позволяет сделать парашютную посадку более быстрой, не боясь за самолет.

Посадка на корпус
Возможна только при малом весе аппарата и необходимой жесткости. Такие системы хорошо эксплуатируются на сильно ветреных объектах. При подлете к точке посадки аппарат включает реверс мотора и садиться на корпус прямо в назначенную точку, не зависимо от скорости ветра.

Способ посадки на аэрофинишер(для больших аппаратов).[7]
Способ заключается в том, что на посадочном режиме траекторию полета самолета формируют так, чтобы зацепление за приемный участок троса происходило при пролете или после пролета над этим участком, после чего выключают воздушный движитель и как можно интенсивнее тормозят самолет до заданной скорости, при этом регулируя выпуск приемного троса. При этом для заданного диапазона скоростей захода на посадку в допустимых условиях эксплуатации конкретного типа самолета характеристики системы, захватывающей трос, определены так, чтобы ширина заметаемой гибким поводком полосы захвата была не меньше точности управления по высоте траекторией полета этого типа самолета. После зацепления за приемный трос первого каскада аэрофинишера производится интенсивное поглощение кинетической энергии самолета посредством воздействия сосредоточенной силы на основной несущий элемент его конструктивно-силовой схемы. Далее на втором каскаде аэрофинишера, сопряженном с первым, торможение беспилотника до полной остановки осуществляется за счет распределенного силового воздействия на его поверхность демпфирующих элементов этого каскада. Технический результат направлен на повышение эффективности эксплуатационных свойств беспилотного летательного аппарата.

Способ посадки на улавливающую сеть [5]
В способе выполняют посадку БЛА в улавливающую сеть, причем формируют круговую зону захода на посадку, для чего в заданной точке посадки устанавливают ненаправленный источник радиоизлучения, а на борту БЛА устанавливают радиопеленгатор, выполняют автономный ввод БЛА в зону захода на посадку, используя штатное бортовое навигационное оборудование, производят прием сигналов ненаправленного источника радиоизлучения и выполняют его угловое сопровождение в горизонтальной и вертикальной плоскостях бортовым радиопеленгатором, по данным которого с помощью бортовой системы управления формируют команды самонаведения БЛА на источник радиоизлучения в горизонтальной плоскости. Одновременно выполняют самонаведение БЛА на источник радиоизлучения в горизонтальной плоскости и полет БЛА на заданной высоте, по достижении заданного угла визирования источника радиоизлучения в вертикальной плоскости переводят БЛА в пикирование, по данным бортового радиопеленгатора с помощью бортовой системы управления формируют команды самонаведения БЛА на источник радиоизлучения в вертикальной плоскости, выполняют самонаведение БЛА на источник радиоизлучения в вертикальной и горизонтальной плоскостях до попадания в улавливающую сеть, установленную горизонтально над источником радиоизлучения.

Рисунок 2 – Способ посадки на улавливающую сеть

5. Возврат БПЛА

Возврат беспилотного летательного аппарата осуществляется при помощи полётного контроллера.[9] А именно функция – Auto Return To Launch Mode (RTL) (автоматический возврат на базу) – используя установки фэйлсейва при потере сигнала. При этом самолет будет автоматически возвращен на базу. По достижении исходной точки система инициирует автоматический полет по кругу над этим местом.

Выводы

Всё идет к тому, что за беспилотной авиацией будущее, благодаря применению в различных сферах. Это позволяет экономить множество ресурсов. Не будут стоять на месте в своем развитии и различные вспомогательные системы, такие как системы взлета и посадки, например. До тех пор, пока не будет создано идеальное средство, исключающее все недостатки существующих.

На данный момент проводится моделирование систем взлета в программном продукте Comsol.

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: май 2018 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Источник

БПЛА самолетного типа: способы запуска и посадки, основные характеристики и предназначение, примеры исполнения

Понятие экстремальной (агрессивной) среды. Взаимодействие робот – внешняя среда.

Агрессивная (экстремальная) среда – совокупность газов, жидкостей и деформированных твердых тел. Моделью агрессивной среды является сплошная среда. Наука о взаимодействии тел с такой средой называется механика сплошных сред.

Сплошной средой считается среда, когда ее частицы значительно больше размеров самих атомов и молекул, но значительно меньше исследуемой системы (робота). РТС наряду с механическим взаимодействием с экстремальной средой осуществляет взаимодействие немеханической природы (тепловое, химическое, радионное), а также взаимодействие с заполняющим пространство полем (эл.-м., гравитационное). Для описания сплошной среды помимо плотности вводится ряд параметров характеризующих состояние частиц среды: кинематические (перемещение, скорость), термодинамические (температура, давление), физико-химическое (намагниченность, электростатичность, концентрация каких-л. элементов).

Основная задача механики сплошных сред – определения силового взаимодействия и теплообмена между сплошной средой и оборудованием/корпусом.

В настоящее время, согласно классификации, роботов для сплошных сред разделяют на: роботы для воздушной среды; для водной сред; для космоса; для устранения военных и техногенных конфликтов (роботы спец назначения).

Понятие БПЛА, классификация по управлению и массе.

Беспилотный летательный аппарат (БПЛА) — летательный аппарат без экипажа на борту.

Различают беспилотные летательные аппараты:

— беспилотные дистанционно-пилотируемые летательные аппараты (ДПЛА).

Беспилотные летательные аппараты принято делить по таким взаимосвязанным параметрам, как масса, время, дальность и высота полёта. Выделяют следующие классы аппаратов:

— «микро» (условное название) — массой до 10 килограммов, временем полёта около 1 часа и высотой до 1 километра;

— «мини» — массой до 50 килограммов, временем полёта несколько часов и высотой до 3 — 5 километров;

— средние («миди») — до 1 000 килограммов, временем 10—12 часов и высотой до 9—10 километров;

— тяжёлые — с высотами полёта до 20 километров и временем полёта 24 часа и более.

БПЛА самолетного типа: способы запуска и посадки, основные характеристики и предназначение, примеры исполнения.

Израильский беспилотный самолет Bird-Eye (класс микро)

Небольшой легкий беспилотник. Версия способна вести наблюдение на протяжении шести часов благодаря топливным элементам питания, способен передавать видеоинформацию в режиме реального времени и способен вести съемку в дневное и ночное время.

Способен переворачиваться нижней частью вверх перед посадкой. Такой маневр позволяет предотвратить возможное повреждение бортового оборудования о поверхность. Запуск БПЛА осуществляется с улучшенной и более легкой складной пусковой установки.

Максимальная скорость полета Bird-Eye 650 составляет 65 узлов, а дальность полета — 20 километров. Максимальная рабочая высота беспилотника составляет около 900 метров.

Комплект поставки одной новой беспилотной системы Bird-Eye включает в себя камеры и сенсоры, три беспилотника, пусковую установку и оборудование для управления БПЛА. Все это умещается в двух рюкзаках, которые могут переносить двое солдат.

Водородный беспилотный летательный аппарат (тяжелый)

21-метровую машину с претенциозным названием «Глобальный наблюдатель» сконструировала американская компания AeroVironment при содействии государства.

Размах крыльев — 53 м. Силовая установка — работающий на безопасном для окружающей среды водороде ДВС и, понятно, генератор, запитывающий четыре электродвигателя — по числу винтов ЛА. Грузоподъёмность машины — 180 кг. Каким может быть этот полезный груз? — разведывательным, научным или телекоммуникационным оборудованием.

Потолок — 19,8 км. Здесь его служба не будет зависеть от погодных условий и воздушного трафика. Аппарат может летать без посадки и дозаправки в течение 5–7 дней. Площадь территории, за которой самолёт может следить, — 725 кв. км.

БПЛА Истра 10 (микро)

Комплекс предназначен для воздушной разведки и наблюдения. Комплекс БПЛА Истра-10 обеспечивает наблюдение за местностью, поиск, обнаружение и распознавание наземных объектов, слежение за подвижными и неподвижными целями.

Выдача координат целей в реальном масштабе времени, а также составление фотопланов местности.

Состав комплекса: 2 БЛА Истра-10; Носимый наземный пункт управления; Средства технического обслуживания.

Основные характеристики комплекса: Полезная нагрузка БПЛА: видеокамера, ИК-камера, фотоаппарат; Взлет БЛА Истра-10 с руки; Посадка БЛА на поверхность фюзеляжа; Дальность в режиме связи с БЛА – 25км.

Характеристики БЛА: Максимальная взлетная масса БЛА – 5 кг; Масса полезной нагрузки – 1 кг; Крейсерская скорость – 80 км/ч; Максимальная скорость – 130 км/ч; Эксплуатационная высота – 100-600 м; Практический потолок – 3000 м; Длительность полета – 1 ч; Тип двигателя – электрический.

Воздушная мишень Е95М (Россия) (мини)

Имитирует дозвуковые маневрирующие цели типа «крылатая ракета, планирующая бомба, ДПЛА». Старт с наземной установки, посадка на парашюте. Наземная станция управления полностью автономная, обеспечивает сопровождению и управление мишенью на дальности до 70 км. Пусковая установка — пневматическая катапульта. Технические характеристики:- скорость горизонтального полета макс., км/ч — 200-400;- диапазон высот полета, м — 100-3000;- продолжительность полета, час — 0.5;- радиус действия, км — 70;- перегрузка при маневрах, ед. – от +6 до -1;- полезная нагрузка — линза Люнеберга, дымовой трассер;- эффективная поверхность рассеяния, кв.м — 7.5 (с линзой Люнеберга), 1-1.5 (с уголковым отражателем), 0,15 (без средств увеличения ЭПР);- силовая установка — пульсирующий ВРД М135;- тяга макс., кГс — 15;- интенсивность ИК излучения макс., кВт/стер — 0.6;- топливо — бензин; — количество применений, раз — 10;- вес взлетный макс., кг. — 70;- длина, м — 2.1;- размах крыла, м — 2.4;- диаметр фюзеляжа, м — 0.25.

Дистанционно-пилотируемый летательный аппарат для разбрасывания полезных грузов (ДПЛА «ТП-3») (Россия) (микро)

Объект представляет собой сверхлёгкий радиоуправляемый. Аппарат, как единое целое, содержит встроенное оборудование для разбрасывания полезных грузов: мб трихограммы (полезного насекомого, защищающего овощные и садовые культуры от ряда насекомых вредителей: совок, лугового мотылька, плодожорки, тли и др.). Технические характеристики аппарата:- взлётная масса, г — 590;- скорость полёта, км/ч — 50-60 (крейсерская), 25 (посадочная);- продолжительность полёта, мин — до 12;- масса рабочего материала, г — 54;- дозировка рабочего материала, г/га — 3-10.

Обрабатываемая площадь для рассеивания трихограмм с одной заправки бункера: от 5 га до 20 га.

Источник