14.579.21.0082

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) Разработка и создание экспериментального образца аэродинамически стабилизированной аэростатической системы (далее - АСАС) для измерения энергии ветра на различных высотах до 1000 м.

В России и во всём мире ведутся разработки систем, способных эффективно использовать и преобразовывать энергию ветровых потоков на высотах до 1000м. Новые системы крыльевого типа, в отличие от традиционных «ветряных мельниц» способны использовать энергию не только горизонтальных но и вертикальных потоков ветра. Для проектирования новых ветроэнергетических систем и планирования их применения крайне важно иметь экспериментальные данные о энергии горизонтальной и вертикальной составляющей потока ветра на высотах до 1000м. В настоящее время имеются сведения лишь об отдельных разрозненных измерениях. Систематические измерения требуют создания беспилотных аэростатических платформ.

Проведённые на первом этапе работ патентные исследования и аналитический обзор известных конструкций привязных аэростатных комплексов подтверждают новизну разрабатываемой системы. Также обладает новизной разработанная на 2 этапе математическая модель, описывающая управление и стабилизацию экспериментального образца АСАС, выполненного по гибридной схеме. На 3 этапе ПНИЭР разработана эскизная конструкторская документация на оснастку для изготовления узлов экспериментального образца АСАС. Применённые при разработке оснастки конструктивные решения обладают новизной и нацелены на простоту и точность изготовления и сборки экспериментального образца АСАС.

Построенная по принципиально новой разработанной схеме 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. Кроме того, 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.

При выборе и обосновании направления исследований учитывались достоинства и недостатки существующих аэростатических систем, выявленные при проведении аналитического обзора и проведении патентных исследований и были определены направления исследований – это разработка новой аэромеханической схемы, системы управления (стабилизации) АСАС и разработка способов и средств динамического измерения энергии ветра.

При анализе существующих математических моделей был сделан выбор математических моделей для проверки принципа ее действия и определения характеристик определения конструкции схемы аэродинамически стабилизированной аэростатической системы.

По полученным результатам была разработана принципиальная схема аэродинамически стабилизированной аэростатической системы для измерения энергии ветровых потоков.

В рамках исследования и анализа характеристик материалов для построения АСАС был сделан обоснованный выбор конструкционных решений и материалов для изготовления составных элементов и узлов экспериментального образца АСАС.

 

Проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной и методической литературы в области создания аэростатических систем для измерения энергии ветровых потоков.

Разработаны аэромеханическая и конструктивная схемы АСАС. Разработана математическая модель конструкции АСАС, выполнены расчеты рабочих параметров конструкции. На основе проведённых расчётов показано, что аэромеханическая схема способна сохранять высоту полёта под действием ветра и имеет аэродинамические характеристики, обеспечивающие возможность стабилизации аппарата относительно горизонтальной плоскости.

При разработке конструктивной схемы предложена схема технологического членения конструкции планеров на отсеки и проработана конструкция каждого отсека. Проведён анализ весовых характеристик конструкции и расчёт максимальных допустимых нагрузок на элементы конструкции.

Выполнены расчёты параметров движения аппарата (подъём и спуск, полёт на рабочем режиме). Разработаны алгоритмы стабилизации и управления планером.

Разработана эскизная конструкторская документация для изготовления экспериментального образца АСАС, оснастки для изготовления отдельных составляющих узлов АСАС и их последующей сборки в экспериментальный образец АСАС.

Выполнены работы по обоснованию, выбору и приобретению необходимого технологического и контрольно-измерительного оборудования для проведения градуировки измерительных приборов и управляющей.

Разработана конструкторская документация на оснастку для изготовления узлов и сборки экспериментального образца АСАС. Изготовлена оснастка и произведена сборка экспериментального образца АСАС.

Разработана программа и методика исследовательских испытаний и проведены испытания экспериментального образца АСАС. По результатам испытаний проведена доработка экспериментального образца АСАС и проведены повторные испытания. Результаты испытаний подтвердили адекватность разработанной математической модели экспериментального образца АСАС.

1) Результаты ПНИЭР могут быть использованы при разработке и производстве аэростатических систем, имеющих вес полезной нагрузки до 4 кг и общий вес до 10 кг.
2) Возможные области применения: измерение энергии ветровых потоков на высотах до 1000 м; мониторинг состояния атмосферы; мониторинг движения авто-мобильного и железнодорожного транспорта; мониторинг состояния опасных технических объектов.
3) Измерительные системы на базе разрабатываемой АСАС помогут 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.).
Эффекты от внедрения результатов проекта:
1) Возможность построения карт: топографической, метеорологической, экологической, радиационной, аэролиний и пр.
2) Своевременное обнаружение чрезвычайных ситуаций на опасных объектах.
3) Повышение качества проектирования высотных зданий и сооружений, ВЭУ с учетом ветровых нагрузок, испытываемых конструкциями.