Четверг, 25.05.2017, 17:24
Приветствую Вас Гость | RSS
Четырнадцатая олимпиада посвящена 100-летию выдающегося советского авиаконструктора Р.Е.Алексеева
QR-код сайта
Форма входа
...
Главное меню
ОБЩАЕМСЯ
Архив
...
Грант Президента
Поиск
Система Orphus
Главная » Статьи » Свободные публикации » Свободные статьи

Микросамолеты
ГБОУ СПО НАТК
Проектно-исследовательская работа по теме: "что такое микросамолет и какие задачи он решает"
Автор: Серов Роман
Как известно, одним из важных направлений развития авиации является создание и использовании в военных целях беспилотных летательных аппаратов (БЛА). Еще недавно БЛА были большой редкостью в войсках. В основном они использовались как летающие мишени для тренировки летчиков-истребителей и расчетов зенитных комплексов.
В настоящее время без БЛА не обходится ни один вооруженный конфликт с участием армий развитых стран. Широкое внедрение подобных ЛА отвечает концепциям повышения автоматизации управления подразделениями и частями и сокращения потерь личного состава.
Разведывательный комплекс, основанный на БЛА, служит для обеспечения командира на поле боя воздушной разведывательной информацией о текущей обстановке в его зоне ответственности. Использование такого комплекса позволяет обходиться без заявок на разведку в вышестоящий штаб (связанный с "большой" авиацией) и избавляет от ожидания результатов разведки. Во многих случаях командиру необходимо просто быстренько заглянуть за холм или просмотреть дорогу и ее обочины перед выездом колонны. Интересно знать и реальное положение переднего края противника. Такие задачи в настоящее время обычно решаются разведгруппами. Разведывательные рейды часто сопряжены с людскими потерями и возможностью пленения разведчиков. В свою очередь, БЛА - это всего лишь кусок пластмассы, полупроводников и металла, и если он не вернется, то не жалко послать второй.
К сожалению, существующие БЛА и ДПЛА (дистанционно пилотируемые летательные аппараты) - это сложная, объемная техника, требующая подготовленных специалистов. Такую технику сложно разместить на переднем крае, не говоря о том, чтобы взять её с собой в разведку. Таким образом, перед разработчиками новых перспективных БЛА встала задача создания мобильных, простых в эксплуатации и дешевых средств ведения воздушной разведки.
Ряд научно - исследовательских учреждений и конструкторских бюро в США и других странах подошли к решению этой задачи через уменьшение размеров БЛА и упрощение управления ими, наделяя их большей автономностью.
Создаваемые в ходе этих работ летательные аппараты выделились в отдельный класс ЛА - микролетательные аппараты (МЛА). МЛА - это полуавтономный летательный аппарат, размером менее 15 см в любом измерении, весом около 100 грамм. МЛА должен выполнять различные военные задания, обладая при этом приемлемой ценой (менее 1000 долларов). На аппарате должна быть установлена видеокамера с отображением в режиме реального времени, навигационная и связная аппаратура. МЛА должен летать от 20 минут до 2-х часов с радиусом действия свыше 10 километров и скоростью больше 45 км/ч.
Создаваемые МЛА будут висеть у бойца на поясе подобно гранате. При необходимости проведения разведки аппарат с помощью несложной пусковой установки запускается и сразу на запястье оператора на дисплее пульта управления можно увидеть в режиме реального времени результаты разведки.
Помимо разведывательных полетов над открытой местностью, МЛА проектируется и для ряда других задач, таких, как обследование внутренних областей зданий. Эти задачи могут выполнить только они.
Задачи,которые могут быть выполнены МЛА или с использованием имеющихся средств (БЛА, ДПЛА):
Новые задачи, выполняемые МЛА:
Разведка (фото и видео в режиме реального времени);
Ретрансляция связи в городских условиях;
Биологическая, химическая и ядерная разведка;
Поисково-спасательные работы. Разведка внутренних областей зданий;
Размещение датчиков на горизонтальных и вертикальных поверхностях, на транспортных средствах;
Использование МЛА в управляемых боеприпасах (передача информации о результатах их применения и корректировка);
Использование МЛА при поисково-спасательных работах (использование в НАЗе пилота).

Высокий интерес, проявляемый к разработке этого нового класса ЛА, обусловлен двумя факторами. Во-первых, это изменение тактики ведения современного боя, особенно в городских условиях. Во-вторых - появление технологической возможности изготовления таких аппаратов.
Анализ вооруженных конфликтов, произошедших в последние годы и предсказываемых на XXI столетие, указывает на возрастание роли маленьких групп солдат, воюющих в нетрадиционных средах (например, городские кварталы). В этих условиях МЛА предполагается использовать, как разведывательное средство на уровне взводов или ниже. Наличие таких средств у каждого солдата позволит всем участникам боя выполнять разведывательные действия, приводя к беспрецедентному ситуационному пониманию, большей боевой эффективности.
Технологическая выполнимость МЛА является следствием успехов в нескольких микротехнологиях, включая быстрое развитие миниатюрных электромеханических систем, известных как MEMS. Эти системы объединяют электронные микрокомпоненты с сопоставимыми по размерам механическими элементами различной сложности, что позволяет порой достичь уникальных функциональных возможностей (например, объединить в единую конструкцию датчик, процессор и механический привод). В настоящее время такие устройства производятся промышленным способом. Дальнейшие исследования в этом направлении направлены на удешевление промышленного производства систем MEMS.
Другим направлением развития микроэлектронных систем является разработка крошечных видеокамер, миниатюрных инфракрасных датчиков и датчиков биологического и химического анализа для обнаружения опасных материалов. Размер этих устройств не превышает габаритов обычных микросхем и является определяющим в выборе размеров МЛА.
Но на пути разработки МЛА должны быть ещё решены огромные технические проблемы- оригинальные технические решения должны быть найдены для аэродинамической компоновки, систем управления, навигации и связи. Остается открытым вопрос разработки двигателя и выбора источника энергии для МЛА.
Некоторые из проблем, возникающие при создании МЛА
Устойчивость
Силовая установка
Аэродинамика
- Малая степень продольной устойчивости.
Недостаточная величина управляющего момента по тангажу из-за малого плеча руля высоты.
Возможность возникновения в некоторых конструкциях самопроизвольных колебаний по крену. - Низкая эффективность из-за малых размеров.
- Проблемы промышленного производства. - Конструкция самолета размером меньше 15 см.
- Малое удлинение крыла не позволяет достичь высокого аэродинамического качества.
- Малые числа Рейнольдса Re, обусловленные небольшими размерами и малыми скоростями полета.

Разрабатываемые схемы МЛА, их достоинства и недостатки
С неподвижным крылом
По вертолетной схеме
С машущими (колеблющимися) крыльями
MicroSTAR,
Black Widow,
MITE Kolibri Орнитоптеры – ЛА, воспроизводящие принципы полета птиц (MicroBat)
Энтомоптеры - электромеханические многофункциональные летающие/ползающие аппараты, использующие принципы движения насекомых (Entomopter) - Большие коэффициенты подъемной силы
- Низкая маневренность, невозможность зависания - Высокая маневренность, возможность зависания
- Большой расход энергии - Высокая маневренность, возможность зависания
- Не отработана аэродинамика ЛА и конструкция движителей

На сегодняшний день уже создан и проходит летные испытания целый ряд микросамолетов первой волны. Наиболее отработанны среди них микросамолеты с неподвижным крылом, с движителем - пропеллером, работающим от электродвигателя. В настоящее время проходят летные испытания следующих представителей этого отряда микросамолетов: Микростар фирмы Локхид-Мартин (MicroSTAR, Lockheed Martin), Блэк видоу фирмы АэроВайронмент (Black Widow, AeroVironment, inc) и некоторые другие. МЛА MicroSTAR является совместным проектом, на который Пентагон выделил 42 млн. долл. MicroSTAR будет использоваться для сбора информации, поиска целей и в качестве устройства поддержки мобильной радиосвязи. Для него разрабатываются различные миниатюрные датчики, системы передачи изображений в темноте в реальном масштабе времени и т.д. Вес MicroSTAR составляет 85 г., размах -15 см, дальность полета достигает 5 км, длительность полета - 20 мин, скорость - 50 км/ч. MicroStar будет снабжен цифровой камерой весом менее грамма, принимать изображение с которой можно на обычные мониторы с расстояния до 5 км. MicroStar разрабатывается в двух вариантах: с дистанционным управлением и с предварительно программируемым маршрутом и профилем полета.
Black Widow, разработанный фирмой AeroVironment совместно с Калифорнийским технологическим институтом, стал одним из самых успешных проектов МЛА за 1999 год и одним из первых проектов, совершивших полет. Хотя Black Widow и не достиг критериев определенных для МЛА, развитие этого проекта признано успешным. МЛА совершил несколько 16... 22 минутных полетов со скоростью 45... 70 км/ч. Black Widow представляет собой дискообразной формы ЛА диаметром около 15 см и весом порядка 50 грамм, с двумя управляющими поверхностями. Электрический мотор, работающий от литиевой батарейки, вращает винт диаметром 10 см. КПД винта составляет 82%. Аппарат оснащен цветной видеокамерой весом 2 грамма, передающей на землю изображение в режиме реального времени на дальность до 1 км, и системой радиоуправления весом 3 грамма, занимающей на поверхности ЛА 2,5 см2. Разрабатывается система управления, использующая миниатюрные гироскопы, датчики скорости и угла атаки и систему GPS. Для запуска МЛА используется пневматическая пусковая установка, которая может входить в экипировку солдата на поле боя.
На фотографии показаны внутренности прототипа Black Widow, объединенные электрическими цепями, и антенны, расположенные в хвосте. Подсистемы включают приводы для элевонов (три микро мотора весом 1/3 грамма каждый и диаметром 3 мм), полезную нагрузку - камеру, трехосевые магнитометры, пьезоэлектрический гироскоп, GPS приемник, датчики давления, бортовой компьютер, солнечные батареи и литиевую и никель-кадмиевую батареи.
В Военно-морской исследовательской лаборатории США проводятся работы над микросамолетом MITE (Micro Tactical Expendable). Его размах составляет 15 см, вес 65 гр. На законцовках крыла, в которых расположены батареи и/или топливные ячейки, установлены бесщеточные электродвигатели постоянного тока. Двигатели, вращая пропеллеры диаметром 12см, позволяют развить скорость самолета 10 м/сек. В комбинированном вертикальном и горизонтальном оперении расположены элевоны, управляемые сервоприводами.
Аппарат Kolibri, выполненный по вертолетной схеме, разрабатывает фирма Lutronix. Аппарат оснащен системой GPS, автопилотом и способен с 20 граммовой заправкой выполнять 30-минутный полет с возможностью зависания.
На подходе следующее поколение "летающих микросхем". В качестве движителя в них будут преимущественно использоваться машущие крылья, приводимые в движение широким спектром двигателей: от традиционных микро электродвигателей, но питаемых от электрогенераторов с газовой турбиной размером несколько миллиметров, до миниатюрных прямоточных реактивных двигателей. Машущие крылья - это не только дань преклонения перед природой, но и взвешенный и трезвый расчет. Машущие крылья открывают невиданные возможности для ЛА. Вот некоторые из них:
• Возможность уменьшить лобовое сопротивление до нуля*;
• Ометаемая площадь может быть больше геометрического размера крыльев (увеличение КПД)*;
• Возможность использования энергии окружающей среды*;
• Обладание способностями как вертолета, так и самолета.
Уже сейчас можно увидеть прообраз этих самолетиков (или механических мух?). В качестве примера МЛА с машущими крыльями можно назвать аппараты MicroBat, Entomopter, Mentor и некоторые другие.
Целью проекта MicroBat является создание МЛА с машущим крылом - орнитоптера весом меньше 15 грамм (включая видеокамеру и систему управления), а также исследование неизученных областей аэродинамики такого ЛА. На ЛА установлены крылья, изготовленные по MEMS технологии с использованием титановых сплавов. Крылья приводятся в движение электрическим мотором через трансмиссию. В качестве источника энергии на аппарате установлена электрическая батарея. ЛА оборудован посадочным устройством. Были продемонстрированы первые удачные полеты продолжительностью до трёх минут с частотой взмахов крыльев 20 Гц. Продолжительность полетов во многом ограничена емкостью источника питания.
В работах по созданию механических насекомых, получивших название энтомоптеры (Entomopter), используется новое направление науки и техники - сокращающиеся химические мускулы (Reciprocating Chemical Muscle, RCM). RCM производят механические колебательные движения крыльев, используя химический источник энергии. Помимо механических движений, RCM выделяют некоторое количество электрической энергии для питания бортовых систем и управления полетом.
Следующими этапами развития МЛА, над которыми уже работают в лабораториях разных стран, являются дальнейшее уменьшение геометрических размеров, развитие новых движителей, источников энергии и других подсистем этих необычных, но чрезвычайно перспективных летательных аппаратов.
Категория: Свободные статьи | Добавил: Romik (17.02.2014) | Автор: Роман E
Просмотров: 1262 | Рейтинг: 5.0/1
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Переводчик
...
ВНИМАНИЕ!
14-Я ОЛИМПИАДА ЗАВЕРШЕНА!
ИТОГИ ПОДВЕДЕНЫ!
ПРИЁМ ЗАЯВОК НА УЧАСТИЕ В 15-Й ОЛИМПИАДЕ НАЧНЕТСЯ
1 ОКТЯБРЯ 2017 ГОДА!

Google+
Их многие читают
Щур Илья Андреевич (9126)
Кузьминова Анастасия Олеговна (6614)
Бадакова Анастасия (6603)
Чеховская Алена Алексеевна (4594)
Кошманов Илья Игоревич (4276)
Иванов Семен Владимирович (4083)
Беляева Александра Сергеевна (3932)
Пушинская Кристина Валерьевна (3883)
Ахметшин Тимур (3649)
Рафаэль (3503)
Мини-чат
Техподдержка
E-mail отправителя *:


Тема письма:


Текст сообщения *:



Форум техподдержки
Наш логотип
«Олимпиада Можайского»
Организатор

Copyright: Клуб авиастроителей ©2017