Малоразмерный ДПЛА с внешним источником питания (выступление на конференции "Авиация и космонавтика")

Подробности
Категория: Естественно-научная секция
Опубликовано: 21.08.2019 19:15
Автор: Super User
Просмотров: 512

Малоразмерный тактический ДПЛА с внешним источником питания

Калягин М.Ю. Лобачев С.Н., Носов Г.А.

Московский авиационный институт (ГТУ)

Целью исследования является изучение применения внешних источников питания для увеличения продолжительности полета ДПЛА.

В ходе работы над проектом необходимо решить следующие задачи:

1.     Выбрать технологию передачи электроэнергии на борт ДПЛА от внешнего источника.

2.     Выбрать оптимальную аэродинамическую схему и компоновку

3.     Рассчитать влияние теплового излучения на конструкцию планера

4.     Рассчитать оптимальную силовую установку и бортовой источник питания.

Малоразмерные ДПЛА заняли прочное место, как в военной, так и в гражданской сферах, начиная от простой видовой разведки, заканчивая нанесением высокоточных ударов и постановкой помех. Однако, у всех малоразмерных ДПЛА на электрической тяге существует один недостаток - невысокая продолжительность полета (до 2 часов).

Малая продолжительность полета привязывает аппарат к постоянной замене батарей на земле, что означает необходимость увеличения парка ДПЛА для того чтобы не прерывать задачи разведки, заменяя перезаряжаемый аппарат аппаратом дублером. Кроме того, операции взлета и посадки являются самыми сложными для пилотирования аппаратов данного класса, и большая часть потерь этих ДПЛА происходит именно на взлете и посадке.

В последнее время начинают появляться разработки, позволяющие использовать ДПЛА более длительное время за счет подзарядки аккумуляторов аппарата без посадки. Одно из первых решений было предложено английской компанией QinetiQ, которой был разработан ДПЛА Zephyr, использующий энергию Солнца в дневное время для подзарядки аккумуляторов. Данное решение позволило аппарату продержаться в воздухе в течении 54 часов. В планах компании разработка аппарата, способного продержаться в воздухе несколько месяцев без посадки. Однако сложность конструкции данного аппарата и его малая прочность не позволяют использовать его в полной мере в военных задачах.

Последние достижения в области передачи энергии на расстоянии сделали возможным использование лазерного луча ближнего инфракрасного диапазона в качестве источника питания для малоразмерных ЛА. Таким образом, возможно создание электро-ДПЛА с продолжительностью полёта в десятки часов. Такой способ питания позволит отказаться от замены ДПЛА в процессе мониторинга, сократит потребный наряд ДПЛА комплекса, так как подзарядка бортовых аккумуляторов ЛА будет осуществляться прямо в полете.

Однако, такой способ питания (подзарядки батарей) ДПЛА предъявляет ряд специфических требований как к аппарату, так и ко всему комплексу.

Наземный пункт управления ДПЛА приобретает новые свойства. Он становится не только местом работы операторов и пунктом обслуживания аппаратов, но и источником энергии, что потребует установки на нем энергетической установки для источника лазерного излучения, следящей системы для питания аппарата.

В процессе проектирования аппарата будут решаться несколько задач.

Во первых, был произведен расчет потребных мощностей для горизонтального полета и на его основе построено семейство кривых. Построив зависимость снижения мощности лазерного луча от расстояния и времени, а также приняв во внимание мощностные и весовые характеристики аккумуляторных батарей, мы сможем получить семейство решений по таким параметрам как потребная скорость горизонтального полета, аэродинамическое качество и масса аппарата, а также мощность силовой установки. (На рисунке вы видите предположение о этой зависимости, сами расчеты находятся еще на стадии выполнения)

На основе полученного семейства решений, принимая во внимание решаемые боевые задачи, мы сможем получить несколько обликов комплекса ДПЛА, использующего для подзарядки бортовых аккумуляторов энергию лазерного луча.

Это может быть ДЛПА, выполняющие мониторинг определенной охраняемой зоны, например завода, подзарядка которого осуществляется на всем протяжении маршрута патрулирования со стационарных лазерных систем.

Так же это может быть аппарат, построенный по принципу электропланера, время от времени приближающийся к станции управления для подзарядки батарей и набора высоты.

Кроме того, при использовании ограничения по дальности полета аппарата можно создать схему, позволяющую питать аппарат напрямую от лазера, без использования аккумуляторов, или с использованием их как аварийного варианта.

Для каждого летательного аппарата нужно будет решить несколько задач:

  • выбор оптимальной аэродинамической схемы и компоновки
  • места для размещения приёмника-преобразователя лазерного излучения
  • учёт влияния теплового излучения на конструкцию планера
  • подбор и оптимизация силовой установки и бортовой аккумуляторной батареи.

Особое место занимает выбор способа преобразования энергии лазерного луча в электрический ток. Мощность переносных лазерных систем в текущее время не превышает величины 103 Вт. Среднее снижение мощности луча составляет 30% на километр расстояния. Учет этих ограничений ставит задачу поиска оптимальных траекторий полета, высот мониторинга для обеспечения требуемой эффективности и продолжительности пребывания в воздухе.

Все эти задачи мы продолжим решать в процессе дальнейшей работы над проектом.

Спасибо за внимание, текст выступления и презентацию вы можете изучить дополнительно на сайте нашей гимназии.