Создание динамически подобной модели беспилотного летатетельного аппарата

Целью выполнения работы является разработка динамически подобной модели беспилотного летательного аппарата (ДПМ БЛА) путем расчета коэффициентов масштабирования. Масштабирование проводится по геометрическим, аэродинамическим, весовым, инерциальным и винтомоторным показателям.
Задачей исследования является создание летающей лаборатории для отработки алгоритмов управления подобных алгоритмам натурного беспилотного летательного аппарата, а также имитация и отработка на ДПМ различных аварийных режимов полета натурного БЛА.

Актуальностью исследования является создание динамически подобной модели беспилотного летательного аппарата (ДПМ БЛА) в соответствии с законами динамического подобия и используемая при исследованиях флаттера и других явлений аэроупругости. Полученные в лабораторных условиях результаты переносятся на натурный летательный аппарат пересчетом коэффициентов. Динамически подобная модель имеет такое же распределение масс и жесткостей и обеспечивает подобие аэродинамических сил.
Новизной является создание самостоятельного летательного аппарата, позволяющего имитировать и отработать на ДПМ различные аварийные режимы полета натурного БЛА, а также отработать алгоритмы управления подобные алгоритмам натурного беспилотного летательного аппарата. Динамически подобная модель создана из современных композиционных материалов.

Динамическое подобие по отношению к БЛА заключается в следующем:

• Подобие по геометрическим характеристикам в масштабе;
• Подобие аэродинамических характеристик;
• Подобие винтомоторной группы ВМГ;
• Подобие характеристик управляемости;
• Весовое подобие;
• Подобие по инерциальным характеристикам.

По разработанному конструктивному исполнению планера проводится работа по выбору коэффициентов масштабирования для создания динамически подобной модели (ДПМ) самолета. 

Для получения определенных пропорций в летных измерениях с помощью ДПМ необходимо учесть следующие законы:

• Все измерения должны быть масштабированы с помощью коэффициентного масштаба k.
• Напряжения, деформации, углы скручивания и изгиба пропорциональны масштабу, поскольку ДПМ жестче. Объяснением является то, что материал изготовления остается прежним, не обладающим масштабированным модулем эластичности.
• Время пропорционально масштабу. Если числа Рейнольдса ничтожны, то модель будет лететь аналогично оригиналу, но за более короткое время. Это означает, что материал, отснятый с борта ДПМ, должен быть замедлен на расчетный коэффициент, с тем, чтобы увидеть все отклики полностью соответствующие оригиналу.
• Необходимо провести равенство напряжений. Если ожидается воздействие деформаций на полетные характеристики (аэроупругость), могут быть выполнены дополнительные условия.
• Толщины многослойных материалов должны быть уменьшены на коэффициент в сравнении с оригиналом. Это делается для получения подобных натяжений, деформаций и углов деформаций. Недостающий вес многослойного материала должен быть добавлен распределенными собственными весами для получения соответствия масштабированному весу конструкции.

Планер создается полностью из современных композиционных материалов. Проводится анализ конструкции, осуществляется подбор материалов и технологий изготовления характерных деталей.

Методика расчетов позволила добиться создания полной динамически подобной модели. Масштабирование произведено по геометрическим, аэродинамическим, весовым, инерциальным и винтомоторным показателям.

Проектирование конструкции летательного аппарата произведено в системе автоматизированного проектирования, позволяющей наглядно оценить возможность компоновки и изготовления агрегатов. Использование программных комплексов позволило значительно сократить время разработки летательного аппарата.

Традиционно, динамически подобные модели создаются для исследованиях в аэродинамической трубе. Преимуществом нашей разработки является создание самостоятельного летательного аппарата, позволяющего использовать его в качестве летающей лаборатории для отработки алгоритмов управления подобных алгоритмам натурного беспилотного летательного аппарата.На динамически подобной модели производится имитация и отработка на ДПМ различных аварийных режимов полета натурного БЛА.

Испытания летательного аппарата влекут большие временные и финансовые затраты. Значительным фактором являются риски потери летательного аппарата. Создание динамически подобной модели и апробация на ней различных режимов полета натурного летательного аппарата позволяет снизить риски, выявить возможные недостатки планера. После проведения испытаний на динамически подобной модели проводится анализ поведения самолета, производится пересчет коэффициентов на натурный летательный аппарат.