Разработка концепции десантируемого БПЛА по схеме автожира для доставки грузов

Ключевые слова : беспилотный летательный аппарат, автожир, десантирование, моделирование, летно-технические характеристики.

Предлагается к рассмотрению концепт грузового, беспилотного летательного аппарата, предназначенного для десантирования с борта транспортного самолета, способного совершить безопасную и мягкую посадку в заданной местности на малоподготовленные площадки. Для данного концепта интересной выглядит аэродинамическая схема автожира. Данная концепция обладает следующими преимуществами:

— Возможность совершения управляемого полета

— Отсутствие необходимости использования мощных силовых установок для вращения несущего винта

— Отсутствие необходимости использования парашютной системы большой площади

Принцип действия состоит в следующем: Контейнер-капсула выбрасывается с задней рампы транспортного самолета находящегося на высоте порядка 2000–3000 метров над поверхностью. После отделения от транспортного самолета контейнер раскрывает несущий горизонтальный винт и выдвигает в рабочее положение электрические силовые установки, оснащенные вентиляторами для создания горизонтального вектора тяги.

Проведя первичное моделирование внешнего вида капсулы оценочные летно-технические характеристики предлагаемого летательного аппарата будут следующими:

— Габариты грузовой кабины (полезный объем): 6000х3000х3000 мм.

— Коммерческая нагрузка: 7000 кг.

— Общий вес капсулы (с грузом) не должен превышать 9000 кг.

Для оценочного расчета диаметра несущего винта необходимо знать массу капсулы, выбрать нагрузку ометаемую ротором, и определить диаметр несущего винта по формуле (1):

(1)

где D — диаметр несущего винта, G — масса капсулы, π — число пи, ω — нагрузка ометаемая ротором.

Коэффициент заполнения ротора можно выбирать, исходя из максимальной горизонтальной скорости, которую можно получить при данной мощности. Максимальные скорости горизонтального полета автожира ограничиваются нагрузкой на единицу сметаемой ротором поверхности и коэффициентом заполнения. Максимальную горизонтальную скорость автожир будет иметь при режиме ротора μ = 0,5. Этот режим соответствует углам атаки ротора, близким к нулю, и качеству ротора близкому к максимальному [2].

Подъемную силу ротора можно считать равной при малых углах атаки тяге ротора (2):

(2)

где P — подъемная сила, ρ — плотность воздуха, k — коэффициент ротора, π — число пи, R — радиус ротора, V — поступательная скорость автожира, t1 — коэффициент тяги ротора при μ = 0,5

Так же подъемную силу можно оценить по формуле (3):

где G ₀ — полный вес автожира, ξ — коэффициент, учитывающий долю полного веса автожира, которую несет неподвижное крыло при максимальной скорости.

Выполнив оценочные расчеты по формулам (1) (2) (3), можно предположить, что по первоначальным оценочным расчетам площадь ометаемая винтом составит 33 м ² , и размах несущего винта составит 16,5 метров. Данная оценка является предварительной, и должна быть уточнена в процессе конструирования капсулы.

Для обеспечения возможности транспортировки конструкцию несущего винта, предполагается выполнить складную, на выдвигающейся штанге. На ось вращения несущего винта возможно установить электрическую роторную машину. На начальном этапе свободного полета данная машина работает в качестве электропривода и позволяет ускорить процесс раскрытия несущих винтов, а позже может быть использована в качестве вспомогательного генератора обеспечивая дополнительной электрической энергией бортовую систему капсулы. Капсула так же снабжена бортовыми автоматическими системами навигации и управления, позволяющими совершить безопасную и мягкую посадку в заданной местности на малоподготовленные площадки.

Первоначальные результаты моделирования позволили сформулировать общую концепцию системы доставки грузов при помощи беспилотных контейнеров, выполненных по схеме автожира. Первоначальные оценочные расчеты позволили определить порядок цифр веса капсулы, ее грузоподъемности и условий для десантирования. Полученные результаты могут быть использованы для проведения дальнейшего анализа и расчетов при определении возможности реализации описанного беспилотного летательного аппарата.

Рис. 1. Эскиз общего вида капсулы

Литература:

1. А. М. Загордан. Элементарная теория вертолета. М. Рипол Классик 2013 г., 224 стр.
2. И. П. Братухин. Автожиры. М. Рипол Классик 2013 г., 118 стр.
3. Бондаренко, Рева, Сучков, Павлык. Самолет Ил-76. Учебное пособие. УВАУ-ГА, 2014 г. 164 стр.
4. Материалы интернет-ресурса https://ru.wikipedia.org/
5. Материалы интернет-ресурса https://ric-box.ru/
6. Материалы интернет-ресурса https://ascon.ru/
7. Видеоматериалы интернет-ресурса https://tvzvezda.ru/
8. Видеоматериалы интернет-ресурса https://www.youtube.com/