Телефон:

Текущие проекты

Разработка конструкции и технологии изготовления элементов силовых конструкций ПБПЛА изготавливаемых методом аддитивных технологий

Коллективом малого инновационного предприятия ООО «МикроДжет» ведутся работы по разработке технологии изготовления элементов силовых конструкций ПБПЛА изготавливаемых методом аддитивных технологий.

Индустриальные партнёры: ООО "Центр Аддитивных Технологий "ОСНОВА", ООО «Инжиниринговый центр аддитивных технологий».

Целью данной работы разработка конструкции и технологии изготовления элементов силовых конструкций ПБПЛА изготавливаемых методом аддитивных технологий.

Задачи, решаемые в ходе проекта:

  • исследование возможностей аддитивных технологий при создании элементов силовых конструкций ПБПЛА;
  • разработка элементов силовых конструкций ПБПЛА, адаптированных под аддитивные технологии;
  • проведение адаптации и топологической оптимизации геометрически сложных элементов силовых конструкций ПБПЛА;
  • разработка технологии изготовление элементов силовых конструкций ПБПЛА методом аддитивных технологий;
  • проведение оптимизации технологических режимов, направленных на повышение эксплуатационных характеристик и качества формообразования элементов силовых конструкций ПБПЛА, изготавливаемых методом аддитивных технологий;
  • подбор технологических режимов печати и последующей термической обработки элементов силовых конструкций ПБПЛА;
  • анализ качества изготовления деталей (3D-сканирование, измерение шероховатости, рентген), выбор методов постобработки деталей.

Актуальность:

В течение последнего десятилетия наиболее динамичным сегментом авиационной отрасли мира стала разработка и производство Беспилотных авиационных систем (БАС). Данный сегмент стабильно обеспечивают совокупный среднегодовой темп роста (compoundannual growth rate, CAGR) не менее 10%. На сегодняшний день основные потребителями БАС во всём мире является военные структуры. Однако рынок гражданского применения, как ожидается, уже к 2020 году обгонит по объему рынок обеспечения безопасности.

 На данный момент в России и за рубежом разработаны и применяются большое количество беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) различного назначения и аэродинамических схем. Самой перспективной аэродинамической схемой на данный момент является схема с замкнутым контуром крыла или с «кольцевым» крылом. Такая концепция не случайны, так как еще в 1924 году немецкий аэродинамик Людвиг Прандтль предположил, что замкнутое крыло при определенных условиях может обеспечить минимальное индуктивное  сопротивление для данной подъемной силы  и размаха крыла.  В его конструкции два смещенных горизонтальных крыла имеют вертикальные крылья, соединяющие их и кончики имеющие форму, обеспечивающую линейное распределение боковых сил. Считается, что конфигурация обеспечивает повышенную эффективность для ряда самолетов. Конфигурация также считается теоретически эффективной для реактивных БПЛА, авиалайнеров с широким корпусом. 

Такая аэродинамическая схема в равных качествах и площадях крыла превосходит «классические» аэродинамические схемы по жесткости конструкции и массе. Одним из аэродинамических преимуществ такой схемы является отсутствие индуктивного сопротивления, связанного как раз с наличием замкнутого контура крыла. Так же при имеющемся размахе крыла можно использовать крылья с большим удлинением крыла. Так как при уменьшении хорды одного крыла уменьшается число Рейнольдса в связи с уменьшением характерной длины. Многие профиля использующие на ЛА имеют свойство при меньших числах Рейнольдса иметь больших коэффициент подъемной силы, следовательно, крыло с подобным профилем имеет большее значение подъемной силы.

14

Рисунок 1. Поле давления при обтекании модели

На протяжении 20-го века предпринимались попытки создать летательные аппараты с замкнутым крылом, однако ни один летательный аппарат не пошел в серийное производство.

Возможности аддитивных технологий позволяют по новому подойти к процессу проектирования элементов конструкций перспективных летательных аппаратов, например, использование топологической оптимизации для получения легких и прочных деталей. Данные возможности создавать сложные внутренние структуры появились благодаря технологиям 3D-печати, что невозможно при использовании фрезеровки или точного литья.

Полученные результаты на текущий момент:

Разработаны компоновочные решения и численные аэродинамические модели БПЛА, были учтены тактико-технические характеристики существующих на сегодняшний день и перспективных БПЛА различного назначения. В первом приближении проведена оценка основных аэродинамических характеристик БПЛА различного класса, которая может быть использована затем для проектирования его конструктивно-силовой схемы. Была решена задача на основе анализа характерных особенностей концептуального проекта БПЛА. Её решение включало в себя применение метода конечных элементов для определения расчетных вариантов нагрузки при различных полетных условиях, вычисление параметров напряженно-деформированного состояния в расчетной модели конструкции и определения конфигурации силовых связей в конструкции крыла на основе результатов топологической оптимизации. Анализ основных путей передачи внутренних напряжений, выявленных в результате топологической оптимизации, позволил получить рациональную конструкцию силовой схемы крыла при наименьшей потребной массе. При этом становится очевидным, что промышленное изготовление подобных конструкций возможно только с применением аддитивных технологий.

Перспективы практического использования:

Результаты работы имеет высокую научно-техническую, практическую ценность и способствуют преодолению следующих технологических барьеров,  в соответствии с планом мероприятий («дорожная карта») НТИ «АЭРОНЕТ»:

 - удовлетворение потребности в более мощном энергообеспечении беспилотной авиационной системы (БАС) для большей продолжительности полета;

-  увеличение грузоподъемности и снижения операционной стоимости БАС;

- создание скоростного беспилотного воздушного судна вертикального или сверхкороткого взлета/посадки для решения задачи безаэродромного базирования БАС.

Таблица1. Ожидаемые/полученные технические характеристики

13

Наименование параметр

Параметр

Максимальная взлетная масса

10 кг

Тяговооружённость

 1

Профиль крыла переднего и заднего

CLARK-YH

Силовая установка

ТРД с максимальной тягой 10кг

Профиль крыла заднего

CLARK-YH

Экономичная (крейсерская) скорость

150 км/ч

Скорость сваливания

75 км/ч.

Максимальная скорость полета

200 км/ч.

Размах крыла

3137 мм

Длина

2823 мм

Хорда переднего крыла

666 мм

Хорда заднего крыла

377 мм

Площадь переднего крыла

1,78 м2

Площадь заднего крыла

1,18 м2

Топливо

Керосин

Масло

5 % в топливо

12

12

Рисунок 4. Макет беспилотного летательного аппарата с замкнутым контуром крыла Anser 4

10

9

Рисунок 5. Схема подвески и модель беспилотного летательного аппарата с замкнутым контуром крыла в аэродинамической трубе