Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка экспериментального образца аэродинамически стабилизированной аэростатической системы для измерения энергии ветровых потоков на высотах до 1000 м

Номер контракта: 14.579.21.0082

Руководитель: Бакмаев Сабир Магомед-кадиевич

Должность руководителя: главный специалист

Докладчик: Бакмаев Сабир Магомед-Кадиевич, главный специалист НИО

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
измерение скорости ветра, привязной аэростат, аэродинамика, термоанемометр, скоростной напор

Цель проекта:
1. Измерение горизонтальной и вертикальной составляющих скорости воздушных потоков, скоростного напора потока воздуха, высоты, атмосферного давления и температуры воздуха в произвольной точке местности на различных высотах до 1000 м без привязки к высотным сооружениям. 2. Целью выполнения ПНИЭР является разработка и создание экспериментального образца аэродинамически стабилизированной аэростатической системы (АСАС) для измерения энергии ветра на различных высотах до 1000 м.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Разработаны аэромеханическая и конструктивная схемы АСАС. Разработана математическая модель конструкции АСАС для определения исходных технических параметров. Выполнены расчеты рабочих параметров конструкции АСАС (аэродинамические характеристики, весовые характеристики, нагрузки на трос). Проведён анализ весовых характеристик конструкции, результатом которого стало уточнение перечня конструктивных материалов и размеров конструкции. Проведен расчёт максимальных допустимых нагрузок на элементы конструкции.
Разработана математическая модель АСАС, проведен расчёт параметров движения аппарата (подъём и спуск, полёт на рабочем режиме), выявлены диапазоны скорости и направления ветра, в котором возможна безопасная эксплуатация комплекса. Проведены также расчёты таких технических параметров, как нагрузка на трос, аэродинамические характеристики аппарата и др. Разработаны алгоритмы стабилизации и управления планером.

2. Разрабатываемая АСАС в отличие от существующих аэростатических систем будет обладать аэродинамической стабилизацией главных осей системы в горизонтальной плоскости, что позволит с высокой точностью разделять горизонтальные и вертикальные составляющие ветрового потока и проводить их измерение. АСАС обеспечит максимальное аэродинамическое качество системы при нулевом угле атаки и при малых числах Рейнольдса, а также будет устойчива и управляема при резких порывах ветра.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Конечным продуктом выполнения проекта является аэродинамически стабилизированная аэростатическая система (АСАС) для измерения энергии ветровых потоков на различных высотах до 1000 м.

2. Предложена принципиально новая схема АСАС, которая обеспечивает максимальное аэродинамическое качество системы при нулевом угле атаки и при малых числах Рейнольдса, а также устойчивость и управляемость при резких порывах ветра. Также разработана новая математическая модель АСАС, позволяющая провести расчёт параметров движения аппарата и выявить диапазоны скорости и направления ветра, в котором возможна его безопасная эксплуатация. Разработанная математическая модель была реализована в виде программы с ин-терактивным интерфейсом и позволяет проводить параметрические исследования технических характеристик.

3. Проведённые на первом этапе работ патентные исследования и аналитический обзор известных конструкций привязных аэростатных комплексов подтверждают новизну разрабатываемой системы. В настоящее время систематические данные по распределению ветровых ресурсов на высотах до 1000 м отсутствуют, поэтому их получение с помощью разрабатываемой АСАС будет мировым приоритетом.

4. Математическое моделирование АСАС выполнялось с помощью программного комплекса конечно-элементного моделирования ANSYS, что обеспечило высокую точность и эффективность моделирования. Было разработано несколько вариантов реализации АСАС, лучший из которых был выбран, исходя из условия полного выполнения требований технического задания и обеспечения наилучших эксплуатационных характеристик.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Результаты ПНИЭР могут быть использованы при разработке и производстве ряда аэростатических систем, имеющих различные назначение, с весом полезной нагрузки до 4 кг и общим весом до 10 кг. Возможные области применения:
- измерение энергии ветровых потоков на высотах до 1000 м.
- мониторинг состояния атмосферы,
- мониторинг движения автомобильного и железнодорожного транспорта,
- мониторинг состояния опасных технических объектов.

2. Измерительные системы на базе разрабатываемой АСАС могут быть применены для составления подробных карт аэролиний, метеорологических, экологических, радиационных данных.
В составе систем наблюдения такие АСАС позволят вести наблюдение за движущимися объектами (составы опасных грузов, ж/д подвижные составы, колонны гуманитарной помощи и т.п.), объектами повышенной опасности (АЭС, ГРЭС, ТЭЦ и т.п.).

3. Результаты проекта будут способствовать развитию аэростатических систем с улучшенными эксплуатационными характеристиками, в частности с обеспечением максимальной устойчивости и управляемости при резких порывах ветра.

4. Использование результатов выполнения проекта (АСАС) обеспечит:
- возможность построения карт (топографической, метеорологической, экологической, радиационной, аэролиний и пр.);
- своевременное обнаружение чрезвычайных ситуаций на опасных объектах;
- повышение качества проектирования высотных зданий и сооружений, ВЭУ с учетом ветровых нагрузок конструкций.




Текущие результаты проекта:
Разработаны аэромеханическая схема, конструктивная схема АСАС и математическая модель АСАС.
Проведено сравнение четырех вариантов аэромеханической схемы и выбран лучший, обеспечивающий выполнение всех требований технического задания.
Уточнён перечень конструкционных материалов (Rohacell, кевлар); разработана конструкция всех отсеков и узлов АСАС.
Разработанная математическая модель движения описывается дифференциальными уравнениями движения летательного аппарата с учётом упругости троса.
По итогам математического моделирования рассчитаны нагрузки на трос, нагрузки на элементы конструкции АСАС (крыло, оперение и др.), подтверждена прочность конструкции АСАС.
По результатам исследований было опубликовано две статьи в журналах, индексируемых в базе данных Scopus.
Подана заявка на полезную модель.