Суббота, 22.02.2020, 12:01
Приветствую Вас Гость | RSS
Семнадцатая Олимпиада посвящена 75-летию Победы над фашизмом
QR-код сайта
Форма входа
...
Главное меню
ОБЩАЕМСЯ
Архив
...
Грант Президента
Поиск
Система Orphus
Главная » Статьи » Работы 1-го тура » Готовые работы

Из истории развития беспилотных ЛА вертикального взлёта и посадки

Автор: Сейтумеров Камиль Диляверович
Возраст:14 лет
Место учёбы: МБОУ СОШ №24 им. Покрышкина А.И.
ученик 8 «А» класса
Город: Крымск

Руководитель: Скудов Юрий Алексеевич. (Руководитель кружка «Авиастарт» МБОУ ДО ЦРТДЮ г.Крымска Краснодарского края )

Из истории развития беспилотных ЛА
вертикального взлёта и посадки

План исследовательской работы:

  1. Введение
  2. История
    2.1. Создание квадрокоптеров
    2.2 Специфика
    2.3 Спектр возможностей
  3. Масштабность развития БПЛА вертикального взлёта и посадки
  4. Преимущества и недостатки
  5. Заключение
  6. Источники информации

1. Введение

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Определить перспективы и актуальность использования БПЛА вертикального взлёта и посадки

ЗАДАЧИ:
1) Изучить историю создания и специфику БПЛА
2) Выявить спектр возможностей
3) Рассмотреть масштабность
4) Проанализировать преимущества и недостатки БПЛА

2. История

Распространенное сленговое название беспилотного летательного аппарата звучит как «дрон». В английском языке слово «drone» имеет много значений, среди которых - «тунеядец», «паразит», «жужжание» и «гудение». Наряду с этими значениями, «drone» в пчеловодстве обозначает «трутень»; считается, что именно это значение является источником для сленгового названия беспилотников.

2.1. Создание БПЛА

Сегодня о квадрокоптерах не знает только ленивый.

Эти беспилотные аппараты используются в качестве игрушек, летающих платформ для фото- и видеосъемки, военных разведчиков и даже спортивных снарядов. Первый квадрокоптер на радиоуправлении появился чуть более 10 лет назад, а сегодня такие устройства уже являются привычными гаджетами. Однако ошибочно думать, что это изобретение сугубо 21 века – первые прототипы подобных аппаратов были разработаны еще в начале прошлого столетия.

История создания квадрокоптеров началась еще на заре вертолетостроения, а именно в 1920-х годах. Тогда независимо друг от друга над подобной идеей работали американский конструктор российского происхождения Георгий Ботезат и французский инженер Этьен Эмишен – каждый из них придумал пилотируемый аппарат с четырьмя разнесенными винтами, которые приводились в действие одним двигателем через сложную систему трансмиссии. Во время испытаний их вертолеты смогли подняться на небольшую высоту (от 5 до 15 м) и пролететь определенное расстояние (модель Эмишена преодолела 1100 м), однако дальше тестовых полетов дело не пошло. На то имелось 3 причины:

  • слишком сложная трансмиссия, передающая крутящий момент с одного двигателя на все роторы, была крайне ненадежной и постоянно выходила из строя;
  • для поперечного и курсового управления модель Омишена использовала целых 8 пропеллеров, а аппарат Ботезата мог двигаться только с попутным ветром;
  • аппараты не имели системы стабилизации в воздухе, из-за чего были крайне неустойчивым в полете, особенно в ветреную погоду.

Последующее изобретение автомата перекоса и рулевого винта дало зеленый свет вертолетам классической и соосной схемы, и о четырехвинтовых на время забыли. Лишь в 1950-х годах интерес к ним стал возрождаться, некоторые компании разработали опытные образцы подобных машин. Более совершенный квадрокоптер изобрел тот же Георгий Ботезат в 1956 году – новый вариант его машины уже управлялся с помощью несущих винтов. На этом разработка квадролетов снова затормозилась, и к данной идее вернулись лишь спустя полвека, уже в следующем тысячелетии .

2.2. Специфика

Прежде чем углубляться в историю этих аппаратов, необходимо разобраться в их специфике. Под квадрокоптером понимается вертолет, имеющий четыре несущих винта, разнесенных с помощью балок относительно центра корпуса. Каждый из них оснащен собственным двигателем, а работа всех приводов контролируется микропроцессорной системой и тремя гироскопами, обеспечивающими стабильное положение аппарата в воздухе. В зависимости от модели конструкция квадрокоптера может также включать акселерометр, датчик давления, сонар и GPS-приемник. Чтобы исключить поворот аппарата в воздухе, одна половина винтов вращается по часовой стрелке, а вторая – против, тем самым компенсируя крутящий момент. Полет коптера может управляться радиокомандным способом посредством пульта или проходить в автономном режиме по заранее записанному в бортовой компьютер маршруту.

Вес квадрокоптера колеблется от одного до четырех килограмм. Конструкция квадрокоптера позволяет ему поднимать вес в несколько килограмм, носить тяжелые профессиональные камеры и транспортировать небольшие посылки. Чтобы поднять камеру, квадрокоптер должен быть не меньше 20 сантиметров в длину. Длина крупногабаритных квадрокоптеров стартует от 50 сантиметров. Такие квадрокоптеры оснащены мощными батареями, которые продлевают время полета до получаса. Они маневренны, выдерживают столкновения в лоб и не боятся сложных погодных условий. Все это предусматривает их конструкция и продуманный корпус.

Конструкция корпуса квадрокоптера обычно имеет обтекаемую форму, для уменьшения сопротивления.

Все части и компоненты дрона жизненно важны для плавного и безопасного полета. Знание деталей дрона придаст вам дополнительную уверенность во время полета. Вы также будете знать, какие компоненты проверять на регулярной основе, а также части дрона, которые легко заменить или обновить.

Если у вас есть какие-либо проблемы с полетом, то знание того, что делает каждый компонент дрона, поможет вам значительно добраться до дна любых проблем с полетом. Чтобы менять направление полета, нужно изменять эти углы с помощью пульта управления квадрокоптером. Корпус пульта должен быть эргономичным и не скользящим . Показатель скорости вращения винтов квадрокоптера - газ. Чем он выше, тем скорее коптер набирает высоту. Квадрокоптеры оборудованы обязательными датчиками, которые регулируют положение аппарата в воздухе:

  • Гироскоп, который измеряет угловую скорость;
  • Акселерометр, который измеряет ускорение;
  • Регуляторы скорости, которые управляют сигналом контроллера.
  • Камера - не обязательная составляющая квадрокоптера. Она может быть встроена производителем или установлена отдельно, пользователем.

Среди всех дронов квадрокоптер является наиболее популярным вариантом для цивильного использования.

2.3. Спектр возможностей

По функциональному назначению БЛА подразделяются на разведывательные, многоцелевые, ударные и боевого обеспечения

Сейчас ни одно масштабное мероприятие не обходится без красивой съемки сверху с помощью летающего дрона. Встретить такую «диковинку» на улице уже не в новинку, да и техника давно перестала быть просто игрушкой. Она выполняет роль курьеров, помогает спасательным службам патрулировать местность и многое другое.

Вот краткий список того, для чего используются беспилотники. Вы можете видеть, что он в основном охватывает почти каждый сектор с более новым использованием, приходящим на каждую неделю.

  • Маркетинг.
  • Съемочный.
  • Противопожарный.
  • Геодезия участка.
  • Доставка посылок.
  • Визуализация структур.
  • Точное земледелие.
  • Семейные забавные случаи.
  • Освещение концертных шоу.
  • Подсчет запасов.
  • Поисково-спасательные работы.
  • Погодный.
  • Экологический.
  • Сохранение.
  • Страхование.
  • Полиция.
  • Спорт.

3. Масштабность развития БПЛА вертикального взлёта и посадки в мире

Разработка самолётов ВВП началась впервые в 1950-х годах, когда был достигнут соответствующий технический уровень турбореактивного и турбовинтового двигателестроения, что вызвало повсеместную заинтересованность в самолётах этого типа, как среди потенциальных военных пользователей, так и в конструкторских бюро. Значительным импульсом в пользу развития СВВП послужило и широкое распространение в ВВС различных стран скоростных реактивных истребителей с высокими взлётными и посадочными скоростями. Такие боевые самолёты требовали длинных взлётно-посадочных полос с твёрдым покрытием: было очевидно, что в случае масштабных военных действий значительная часть этих аэродромов, особенно прифронтовых, будет быстро выведена из строя противником. Таким образом, военные заказчики были заинтересованы в самолётах, взлетающих и садящихся вертикально на любую небольшую площадку, то есть фактически независимых от аэродромов. В значительной мере благодаря такой заинтересованности представителей армии и флота ведущих мировых держав были созданы десятки опытных самолётов ВВП разных систем. Большинство конструкций было изготовлено в 1-2 экземплярах, которые, как правило, терпели аварии уже во время первых испытаний, и дальнейшие исследования над ними уже не проводились. Техническая комиссия НАТО, огласившая в июне 1961 года требования к истребителю-бомбардировщику вертикального взлёта и посадки, дала тем самым импульс развитию сверхзвуковых самолётов ВВП в западных странах. Предполагалось, что в 1960-х - 70-х годах странам НАТО потребуется около 5 тыс. таких самолётов, из которых первые войдут в эксплуатацию уже в 1967 году. Прогноз такого большого количества продукции вызвал появление шести проектов самолётов ВВП.

  • P.1150 английской фирмы «Хоукер-Сиддли» и западногерманской «Фокке-Вульф»;
  • VJ-101 западногерманского Южного Объединения «EWR-Зюд» («Бельков», «Хейнкель», «Мессершмитт»);
  • D-24 нидерландской фирмы «Фоккер» и американской «Рипаблик»;
  • G-95 итальянской фирмы «Фиат»;
  • Мираж III V французской фирмы «Дассо»;
  • F-104G в варианте ВВП американской фирмы «Локхид» совместно с английскими фирмами «Шорт» и «Роллс-Ройс».

После того как все проекты были утверждены, должен был состояться конкурс, в котором из всех предложенных должны были выбрать лучший проект для запуска в серийное производство, однако ещё до предоставления проектов на конкурс стало ясно, что он не состоится. Оказалось, что каждое государство имеет свою собственную, отличную от других концепцию будущего самолёта и не согласится на монополию одной фирмы или группы фирм. Например, английские военные поддержали не свои фирмы, а французский проект, ФРГ поддержала проект фирмы «Локхид» и так далее. Однако итоговой каплей стало сообщение Франции, заявившей, что независимо от результатов конкурса будет работать над своим проектом самолёта «Мираж» III V.

Политические, технические и тактические проблемы повлияли на изменение концепции комиссии НАТО, которая разрабатывала новые требования. Началось создание многоцелевых самолётов. В этой ситуации только два из представленных проектов вышли из стадии предварительного проектирования: самолёт «Мираж» III V, финансируемый французским правительством, и самолёт VJ-101C, финансируемый западногерманской промышленностью. Эти самолёты были изготовлены соответственно в 3 и 2 экземплярах и подверглись испытаниям (4 из них погибли в катастрофах) до 1966 и 1971 годов. В 1971 году по заказу командования авиации ВМС США начались работы над третьим сверхзвуковым самолётом ВВП в западных странах — американским XFV-12A.

В итоге, лишь созданный и производимый СВВП Си Харриер активно и успешно применялся, в т.ч. во время Фолклендской войны. Современной разработкой СВВП является американский F-35, истребитель пятого поколения. В вопросе разработки F-35 в качестве СВВП компания Локхед Мартин применила ряд технологических решений, реализованных в Як-141.

Первым советским самолётом вертикального взлёта и посадки стал Як-36. Разработка его велась в КБ Яковлева с 1960 года под руководством С. Г. Мордовина. В ходе испытаний сначала был построен и испытан летающий стенд «Турболёт», на котором отрабатывались вертикальные режимы полёта. Ведущими лётчиками-испытателями по программе Як-36 были Ю. А. Гарнаев и В. Г. Мухин. 24 марта 1966 года лётчик Мухин впервые выполнил полёт с вертикальным взлётом, переходом в горизонтальный полёт и вертикальной посадкой. В 1967 году во время демонстрационных полётов над подмосковным аэродромом «Домодедово»были показаны три сверхзвуковых самолёта КВП (короткого взлёта и посадки) конструкции А. И. Микояна ( МиГ-23ПД ), П. О. Сухого

( Т-58ВД и Т-6-1 ) и один СВВП конструкции А. С. Яковлева - Як-36.

Дальнейшим его развитием стал самолёт Як-38, за которым последовали Як-141 и проект его модификации Як-43. В 1990-е годы разрабатывался проект самолёта Як-201.

История развития самолётов ВВП показывает, что до настоящего времени они создавались почти исключительно для военной авиации. Преимущества СВВП для военного применения очевидны. Самолёт ВВП может базироваться на площадках, размеры которых ненамного превышают его габариты. Кроме способности вертикального взлёта и посадки, самолёты ВВП обладают дополнительными преимуществами, а именно возможностью зависания, разворота в этом положении и полёта в боковом направлении в зависимости от используемых двигательной установки и системы управления. По отношению к другим вертикально взлетающим летательным аппаратам (например, вертолётам) — СВВП обладают несравненно бо́льшими, вплоть до сверхзвуковых (Як-141) — скоростями и в целом преимуществами, свойственными летательным аппаратам с неподвижным крылом.

Всё это привело к увлечению идеей вертикально взлетающего самолёта, своего рода «буму СВВП» в инженерно-конструкторской и в целом авиационной областях в 1960—1970-е годы.

4. Преимущества и недостатки

Трудно не согласиться, что объединив лучшие качества БЛА самолетного и вертолетного типа, дроны получили в сравнении ряд своих уникальных преимуществ.

Основными преимуществами этих средств по сравнению с пилотируемыми летательными аппаратами (ЛА) являются: отсутствие экипажа, что позволяет применять их в боевых условиях без риска потерь личного состава; относительно небольшие массогабаритные характеристики; высокая мобильность и сравнительно низкая стоимость.

Колоссальное преимущество квадрокоптеров и дронов вертолетного типа, связанное с отсутствием необходимости организации взлетно-посадочной полосы (ВПП) позволяет последним с высокой точностью взлетать и садиться почти в любой заданной точке.

Конвертоплан, как некий гибрид самолёта и вертолёта, не может похвастать выдающимися характеристиками в обоих режимах полета. Между тем, он имеет огромные преимущества – возможность вертикального взлета и посадки, высокая (по сравнению с вертолетом) скорость перемещения – до 500 км/ч, большая дальность полета. Это делает возможным доставлять людей и грузы в самые труднодоступные места, не оборудованные взлетно-посадочными полосами – в места разработок полезных ископаемых, удаленных населенных пунктов и т.п. Естественно, конвертоплан с успехом может использоваться и армией – для доставки десанта, вооружения, грузов в места проведения боевых действий.

Однако, недостатки СВВП также оказались значительными. Пилотирование этого типа машин весьма сложно для лётчика и требует от него высочайшей квалификации в технике пилотирования. Особенно это сказывается в полете на режимах висения и переходных - в моменты перехода из висения в горизонтальный полёт и обратно. Фактически, пилот реактивного СВВП должен перенести подъёмную силу, и, соответственно, вес машины - с крыла на вертикальные газовые струи тяги или наоборот.

Такая особенность техники пилотирования ставит сложные задачи перед пилотом СВВП. Кроме того, в режиме висения и переходных режимах СВВП в целом неустойчивы, подвержены боковому скольжению, большую опасность в эти моменты представляет возможный отказ подъёмных двигателей. Такой отказ нередко служил причиной аварий серийных и экспериментальных СВВП. Также к недостаткам можно отнести значительно меньшую в сравнении с самолётами обычной схемы грузоподъёмность и дальность полёта СВВП, большой расход топлива на вертикальных режимах полета, общую сложность и дороговизну конструкции СВВП, разрушение покрытий взлётно-посадочных площадок горячим газовым выхлопом двигателей.

Указанные факторы, а также резкое повышение на мировом рынке цен на нефть (и, соответственно, авиационное топливо) в 70-годах 20-го века привели к практическому прекращению разработок в области пассажирских и транспортных реактивных СВВП/

Недостатки СВВП лежат в основном в конструкции его винтов. Для вертолетного режима важны диаметры винтов – нужен большой объем отбрасываемой воздушной массы. Для самолетного же режима винты должны быть небольшие, но вращающиеся с огромной скоростью. На конвертопланах установлены винты промежуточных размеров, не позволяющих использовать летательный аппарат как полноценный вертолет или самолет.

5. Заключение

Развитие вертикально взлетающих самолетов неразрывно связано с развитием и совершенствованием двигателей. Особенностью вертикально взлетающих самолетов является необходимость в дополнительной системе управления, обеспечивающей управление самолетом на режимах вертикального взлета и посадки и переходных режимах, когда аэродинамические рули неэффективны. Поэтому развитие вертикально взлетающих самолетов потребовало проведения большого объёма научно-исследовательской и экспериментальной работ, в процессе которых были решены многие проблемы, связанные с особенностями их взлета и посадки, а также динамики полета.

В данной историко-исследовательской работе, по моему мнению, таким самолётам как СВВП есть место в современной авиации, так как им доступны возможности выполнения задач, с которыми не могут справиться другие ЛА тяжелее воздуха из-за высоких требований к ВПП или маленьких скоростей. У России есть хороший опыт создания проектов СВВП и со временем от некоторых недостатков удастся избавиться. Эти самолёты привлекательны нетребовательностью к системе базирования, им достаточно ровной местности в несколько десятков метров. Они могут активно применяться в морской авиации, а в военное время после масштабного воздушного наступления, целью которого является завоевание превосходства в воздухе, которое сопровождается разрушением аэродромов и нанесению ущерба системе тылового обеспечения, после потери основной частью авиации, базирующейся на аэродромах, боеспособности СВВП могут быть оружием гарантированного ответа.

6. Источники информации:

  1. Источник: Что нужно знать о дронах?
  2. © Русская Семерка russian7.ru
  3. История войн ХХ века. Фолклендская война. URL: http://historiwars.narod.ru/Index/XXv/Folk/F11.htm
  4. Источник:robo-sapiens.ru/
  5. Источник: https://russiandrone.ru/publications/kak-rabotayut-drony-i-chto-predstavlyaet-iz-sebya-tekhnologiya-dronov/
  6. Источник: Википедия


Источник: https://russiandrone.ru/publications/kak-rabotayut-drony-i-chto-predstavlyaet-iz-sebya-tekhnologiya-dronov/
Категория: Готовые работы | Добавил: Service (24.12.2019) | Автор: Сейтумеров Камиль Диляверович E W
Просмотров: 84 | Теги: сввп | Рейтинг: 2.5/2
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Переводчик
...
ВНИМАНИЕ!
1-й ТУР ЗАВЕРШЁН!
УЧАСТНИКИ
ВТОРОГО ТУРА
ОПРЕДЕЛЕНЫ!

Календарь
Их многие читают
Павлушкин Вячеслав Сергеевич (605)
Тикшаев Владимир (470)
Невоструев Иван Григорьевич (425)
Мулюков Марат Айдарович (425)
Калмыкова Полина Игоревна (332)
Сенов Семен Артемович (323)
Сёмина Дарья Владимировна (319)
Расторгуев Даниил Игоревич (312)
Сайфутдинов Марат Ринатович (310)
Малышев Никита Сергеевич (217)
Мини-чат
Техподдержка
E-mail отправителя *:


Тема письма:


Текст сообщения *:



Форум техподдержки
Наш логотип
«Олимпиада Можайского»
Организатор

Copyright: Клуб авиастроителей ©2020