|
|
Строка 1: |
Строка 1: |
− | разработка--------автор Книжников ВВ
| |
| | | |
− |
| |
− | Эксплуатационный выбор
| |
− |
| |
− | При выборе облика платформы всегда надо опираться на все эксплуатационные свойства бпла----например
| |
− |
| |
− | 1) по надежности компонентов первым идёт лк----затем классический мотопланер---потом самолёт---утка-----мультикоптер---вертолёт ! более подробно смотри статьи "сопромат","механика"
| |
− |
| |
− | 2) по стабильности полёта первым идёт мультикоптер---вертолёт ---мотопланер---самолёт---утка----лк ! более подробно смотри статью "аэродинамика"
| |
− |
| |
− | 3) по экономии энергии и ветро-пробиваемости первым идёт мотопланер---самолёт---лк---вертолёт---мульти ! более подробно смотри статью "динамика"
| |
− |
| |
− | 4) по минимальным габаритам в сложенном состоянии первым идёт мультикоптер----вертолёт ---лк---самолёт---мотопланер ! более подробно смотри статью "композит"
| |
− |
| |
− | 5) по простоте взлёта и посадки первым идёт мультикоптер----вертолёт ------мотопланер-----самолёт-----лк ! более подробно смотри статью "пусковые устройства"
| |
− |
| |
− | 6) по манёвримости первым идёт мультикоптер----вертолёт ------лк----утка----самолёт-----мотопланер!
| |
− |
| |
− | Соответственно квадрокоптер по совокупности всёх потребительских свойств в 4 раз хуже мотопланера---так как для динамической устойчивости и управляемости у квадрокоптера четыре ВМГ против одной на планере и прожорливость на крейсере у мультикоптера в 4 раза больше, чем у самолёта плюс его планирующие свойства!
| |
− |
| |
− | Основываясь на статистике применения различных БПЛА в боевых условиях электро-дроны мультикоптерного типа живут всего 2-3 вылета или 1-1.5 часа до сбивания против 4-6 миссий или 4-6 часов у крылатого типа, то есть самолёт в 4-6 живучее коптера при суровых условиях применения за счёт высокой крейсерской скорости 60-80 км/ч против 30-40 км/ч при одинаковой стоимости ла!!!
| |
− |
| |
− | А вот на гражданке общая живучесть на примере паркфлаеров самолётного типа в среднем 50-100 часов полного ресурса против 5-10 часов у квадрокоптеров!
| |
− |
| |
− |
| |
− | сравнение совокупных качеств дронов крылатого типа и мультикоптера!
| |
− |
| |
− | хар-ка ------------------------------ самолёт ------------------------------- мультикоптер
| |
− |
| |
− | аэрокачество -----------------------6-12------------------------------------1
| |
− |
| |
− | самостабилизация ----------------- устойчив ------------------------------- нет
| |
− |
| |
− | деталей платформы ----------------------6-10------------------------------------3-10
| |
− |
| |
− | кол-во крепежа ----------------------------6-18------------------------------------12-72
| |
− |
| |
− | уязвимость --------------------------- руль высоты -------------------------- пропеллер и мотор
| |
− |
| |
− | особенность --------------------------- планирование ------------------------- зависание
| |
− |
| |
− | САС ------------------------------------ не обязательно ------------------------- парашют
| |
− |
| |
− | настройка ла ----------------------------4-6 функций ----------------------------8-10 функций
| |
− |
| |
− | ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
| |
− |
| |
− | электро-компонеты ---------------- самолёт ------------------------------- квадрик
| |
− |
| |
− | аккумулятор ----------------------- ЛИ-ОН -------------------- ЛИ-ПО в 4 раза больше
| |
− |
| |
− | кол-во э-ВМГ ------------------------1-2------------------------------------4-8
| |
− |
| |
− | кол-во серво -------------------------2-6-------------------------------------0-1
| |
− |
| |
− | регулятор хода---------------------1-2 простые --------------------------- 4в1 сложные
| |
− |
| |
− | ру приёмник-------------------4-6 канальный PWM------------------6-8 канал. PPM, Sbus
| |
− |
| |
− | автопилот----------------------3F-4F------------------------------------------4F-7F
| |
− |
| |
− | GPS приёмник --------------------nmea----------------------------------------ublox
| |
− |
| |
− | магнитный компас ----------------- не обязательно ------------------------- есть
| |
− |
| |
− | барометр ------------------------------ не обязательно ------------------------- есть
| |
− |
| |
− | датчик воздуш. потока -------------- есть ---------------------------------------- нет
| |
− |
| |
− | эксплуатация и ресурс------------------большой---------------------постоянные ремонты от падений
| |
− |
| |
− | совокупность всех решений ------------ просто ------------------------ очень сложно!!!
| |
− |
| |
− | Вывод------мультикоптеры благодаря их сверх-манёвримости хороши для полётов в лесу между деревьями и в помещениях но недолго, а вот на открытой
| |
− | местности самолёты полностью отвечают всем требованиям продолжительной эксплуатации---это высокий крейсер, большая дальность и грузоподъёмность плюс
| |
− | высокая живучесть в целом!!!
| |
− |
| |
− |
| |
− | Оптимизация
| |
− |
| |
− | Основная задача инженера при проектировании дрона ---это оптимизация всех параметров и относительных размеров элементов при условии начальных габаритов и ттх!
| |
− |
| |
− | Один из самых простых способов в мировой практике--- это прямое копирование уже отработанных схем и решений конструкции типа а ля клон с некоторыми незначительными изменениями,чтобы не нарушать авторское право, а также линейное масштабирование отработанного узла или корпуса в целом на основе удачного дрона с учётом доступности технологий!
| |
− |
| |
− | Графический метод оптимизации любой консоли по закону усеченного конуса или его плоской проекции например----
| |
− |
| |
− | Всегда старайтесь применять трапецевидную консоль крыла с сужением 1.5-2 по ряду положительных причин----
| |
− |
| |
− | близкое к эллипсному распределению подъёмной силы по размаху и максимум АК----
| |
− |
| |
− | оптимальная эпюра момента на изгиб по сопромату то есть минимальное сечение балки или лонжерона в корневище крыла а значит и вес крыла ----
| |
− |
| |
− | также минимальный момент инерции ----
| |
− |
| |
− | очень технологично при композитном исполнении при позитивной формовки по пеноядру----
| |
− |
| |
− | всё это в сумме дает оптимальные характеристики в целом для ла !
| |
− |
| |
− | Также проектируются все силовые балки типа лучей, хвостов, стоек, пилонов, форма килей и стабилизаторов!
| |
− |
| |
− | Применять конструктив типа монокок-----то есть рабочая силовая жесткая обшивка с минимум внутреннего поддерживающего каркаса типа шпангоутов и стрингеров! Хороший пример замкнутого контура многосекционный бутылочный фюзеляж или пустотелые тонкостенные композитные корпуса отлитые или отформованные в матрицах !
| |
− |
| |
− |
| |
− | Метод---одна вторая
| |
− |
| |
− | При проектировании дрона любого типа можно использовать правило одна вторая для относительной массы компонентов или схему дерева !
| |
− |
| |
− | 1) сухая масса носителя-платформы это одна вторая от полной взлетной,ползущей или плавающей 50%---- соответственно плюс одна вторая общего груза 50% ----где полезный груз 25% и топливо (аккумулятор) 25% тоже по одной второй!
| |
− |
| |
− | 2) масса носителя состоит из одной второй массы силовой платформы типа планер бпла или корпус лодки или шасси с кузовом! соответственно плюс одна вторая на силовой приводной механизм типа вмг и авионика, где электро вмг или двс привод с трансмиссией одна вторая и плюс управляющая электроника одна вторая по массе!
| |
− |
| |
− | 3) планер состоит из крыла одной второй массы и одной второй фюзеляжа с оперением или у мультиротора масса лучей равна массе силового центрального корпуса , а масса кузова и шасси с колесами также равны или одна вторая по соотношению.
| |
− |
| |
− |
| |
− | Например---- заказчик просит возить полезную нагрузку в 2 кг не менее 2 часов типа подвесной цифровой профессиональной камеры с оптическим зумом на гироплатформе в защитном прозрачном колпаке----сразу прикидываем, что топливо не менее 2 кг ----итого груз 4 кг!
| |
− | полётная масса 8 кг ---- значит масса снаряженного сухого бпла около 4 кг-----
| |
− | из них планер 2 кг и силовой привод с авионикой тоже 2 кг-----
| |
− | из них крыло 1 кг и фюзеляж с оперением тоже 1кг ----
| |
− | винтомоторная группа с регулятором и силовыми проводами около 1 кг и исполнительные серво приводы с управляющей электроникой типа автопилот, телеметрия, радиомодем и курсовой видео
| |
− | онлайн с бортовым электропитанием тоже 1 кг!
| |
− |
| |
− | Это ориентировочный весовой расклад -----далее исходя из доступных технологий, материалов и промышленных комплектующих вносятся уточнения по каждой категории при условиях дополнительных опций типа колесное шасси, САС на парашюте или гидро-поплавки, наличие дополнительного и дублирующего оборудования!
| |
− |
| |
− |
| |
− | Методы оптимизации дрона в зависимости от задачи
| |
− |
| |
− | Поставленная задача заказчиком определяет для разработчика тактико-технические характеристики (ТТХ) беспилотника!!!
| |
− | То есть задача определяет поиск экстремума или максимальной эффективности основного требуемого физического параметра!
| |
− | например для----
| |
− |
| |
− | 1) долголёта крылатого типа в режиме баражирования----- основной параметр это максимальное время непрерывной автожизни на одной зарядке в часах
| |
− |
| |
− | 2) дальнолёта крылатого типа в режиме максимальной дальности----- основной параметр это пробег в километрах
| |
− |
| |
− | 3) грузовика крылатого типа---- возможность взять максимум полезной нагрузки в килограммах
| |
− |
| |
− | груз на дальность 25% от полётной массы-----пиковый груз 40%, но недалеко------и вообще масса груза с топливом это 50% для многоразового БПЛА-----для камикадце можно и 60% лишь бы при старте планёр не сломался от перегрузок-----сопромат конструкции!!!
| |
− |
| |
− | 4) перехватчика крылатого типа---- это максимальная скорость в км/ч и перегрузка при боевом пилотаже
| |
− |
| |
− | 5) специфические задачи типа минимального размера бпла или вертикальный взлёт или посадка с неподготовленной площадки ----обычно используются мультиротарные коптерные платформы или дирижабли
| |
− |
| |
− | Из-за нелинейности реальных физических функций в комплексном уравнении всегда есть пик или экстремум в виде горки или ямки показывающий максимальную эффективность по искомому параметру!
| |
− | Так как начальных вводных много, как-то полётная масса,габариты,скорости ветра,энергетика то это сильно сужает поле поиска и облегчает инженерную задачу
| |
− | Обычно расчёт ведётся как запас располагаемой энергии на борту----чем больше удельная энергия источника или аккумулятора тем выше показатели по дальности и времени,а по удельной мощности СУ определяется максимальная скорость и грузоподъёмность дрона!!!
| |
− |
| |
− | Для каждого типа беспилотника в зависимости от задачи есть свой оптимум относительной массы компонентов----поэтому существует такое большое разнообразие в облике , конструкциях и технологиях изготовления!
| |
− |
| |
− | Некоторые параметры противоречат друг другу----например чем больше масса полезного груза,тем меньше топлива можно взять в полёт и значит меньше дальность миссии или чем мощнее ВМГ, тем меньше кпд при крейсере и время автожизни
| |
− |
| |
− | на практике в авиамоделизме масса конструкции планёра всегда около 1/3=(30-35)% от полётной!!!
| |
− |
| |
− |
| |
− | НАЗВАНИЕ100%------------КРЫЛЬЯ%----ФЮЗЕЛЯЖ%----ОПЕРЕНИЕ%----ШАССИ%----АВИОНИКА%-----ВИДЕО%-----ВМГ%-----АККУ%-----ГРУЗ%
| |
− |
| |
− | Долголёт(планер)-------------------30------------------10---------------------5-------------------0-------------------5------------------5----------------5------------40---------0
| |
− |
| |
− | Дальнолёт(БПЛА)-----------------20------------------10---------------------5-------------------0-------------------5-------------------5-----------------5------------40--------10
| |
− |
| |
− | Грузовик(двухмоторник)-----------15------------------10--------------------5--------------------5------------------5-------------------5----------------10-----------20--------25
| |
− |
| |
− | Перехватчик(лк)-----------------25-------------------5---------------------0--------------------0------------------10-------------------5----------------15-----------30--------10
| |
− |
| |
− | Коптер(квадрик)-----------------лучи7------------центр8--------------------0--------------------5------------------10------------------10----------------20-----------40----------0
| |
− |
| |
− | масса аккумулятора желательно не менее двух масс вмг----например mакку=2 mвмг=2(mв+mбк+mрх)=2(5+30+10)=90грамм
| |
− |
| |
− | более подробно смотри статьи "методы оценки ла " , " Предел электро ЭМУ-ликбез "
| |
− |
| |
− |
| |
− | Запас прочности
| |
− |
| |
− | Применение коэффициента запаса прочности на разрушение в сопромате в 1.62 от максимальной эксплуатационной перегрузки в сечении всегда позволяет на практике гарантировано сделать живучую и легкую конструкцию ла!
| |
− |
| |
− | В силовой электротехники запас по токопроводимости проводов, регуляторов хода электромоторов, аккумуляторов тоже лучше брать как 1.6-----то
| |
− | есть производитель гарантирует максимальный ток регулятора хода 32 ампер то на практике лучше не нагружать более 20а и силовые полевые транзисторы гарантированно не перегорят, сечение проводов тоже увеличить в 1.6 от расчетной на тепловой максимальный нагрев!
| |
− |
| |
− | Долго играющая мощность электромотора не должна превышать 0.6 от максимальной разрешенной производителем с запасом по току в 1.6--- тоже самое с акку написано ток 10С значит на практике не более 6С, максимальный расчетный момент на сервоприводах всегда 0.6 от заявленного производителем.
| |
− |
| |
− | Объясняется этот запас разбросом условий эксплуатации от идеальных лабораторных в первую очередь от температуры окружающего воздуха и условий охлаждения и как следствие температуры самого электро-компонента---чего бы там не писали производители, всегда не более +50 град по С.
| |
− |
| |
− |
| |
− | Окраска беспилотников
| |
− |
| |
− | Все наружные поверхности корпусов дронов соприкасающиеся с агрессивной средой в которой много химических загрязнителей, воды, соли, пыли и песка обработаны защитным слоем в простонародье краска!
| |
− | Водостойкое защитное покрытие всегда состоит из основы органической смолы типа нитро, акрил, алкид, полиэфир, эпокси и наполнителя с цветным пигментом!
| |
− | Для удобства нанесения кистью, валиком или через пульвизатор краску обычно разбавляют рекомендованным органическим растворителем------ например ацетон, спирт, бензин и другие!
| |
− | Для лучшей адгезии краски к металлам и стеклопластику используют промежуточный слой специальной грунтовки, рекомендуемой производителем!
| |
− |
| |
− | Цветовая гамма краски для дрона выбирается на вкус и пожелание заказчика----
| |
− | обычно гражданские дроны делают яркими, контрастными красками для лучшего наблюдения и поиска типа красные, желтые, оранжевые цвета !
| |
− |
| |
− | Для военных целей используют маскировочную окраску под тип местности-----зеленый оттенок цвета летом ,белый зимой,серый или коричневый в межсезонье,черный в ночь!
| |
− |
| |
− |
| |
− | Расположение компонентов в беспилотнике
| |
− |
| |
− | 1) Радиомодем и другие излучатели электромагнитных волн располагать как можно дальше от автопилота и жпс приёмника ---например в хвост или на кончик крыла
| |
− |
| |
− | 2) Также с силовыми проводами, импульсными источниками тока, рулевыми машинками,видеокамерами, аккумулятором, регуляторами хода и электромоторами подальше от малоточной чувствительной электроники, которую надо экранировать и заземлить----
| |
− |
| |
− | обычно вмг и акку располагают в носу бпла при тянущей схеме, сервоприводы на плоскостях и в хвосте, а в центр именно управляющую слаботочную электронику типа автопилота, жпс приёмника и приемника ру!
| |
− |
| |
− | 3) Все информационные провода скрутить в витую пару или в экран с заземлением типа коаксил!
| |
− |
| |
− | 4) Внимание некоторые жпс приёмники забиваются диапазоном радиомодема или видеопередатчика или радиостанции----надо подбирать! типичные разрешённые диапазоны 40 мгц, 433 мгц, 900 мгц, 1.2 ггц, 2.4 ггц, 5.8ггц .
| |
− |
| |
− | 5) Силовые провода и информационные шлейфы развести по разные борта фюзеляжа.
| |
− |
| |
− | 6) Антенны приемников и передатчиков на ла располагать перпендикулярно или на одной оси вертикально вниз и вверх для снижения взаимного влияния напряженностью поля и только снаружи корпуса.
| |
− |
| |
− | 7) Все металлические и карбоновые детали корпуса дрона обязательно соединить электрически и заземлить на минус---
| |
− | иначе железки будут работать как паразитные не согласованные элементы и расстраивать антенны.
| |
− |
| |
− | более подробно смотри статью "радиопомехи"
| |
− |
| |
− |
| |
− | Дублирование
| |
− |
| |
− | Вообще в авиации правило удвоения или дублирования функции очень повышает надежность и живучесть ла в целом ----например
| |
− |
| |
− | 1) двух моторность,
| |
− |
| |
− | 2) разрезные аэрорули,
| |
− |
| |
− | 3) двойные карбюраторы и системы зажигания,
| |
− |
| |
− | 4) двойные баки и резервное электропитание от дополнительного акку,
| |
− |
| |
− | 5) двойные запараллеленные тумблера,
| |
− |
| |
− | 6) двойная топливная магистраль и двойные тормоза ,
| |
− |
| |
− | 7) две бутылки воды и два типа радиостанции встроенная и переносная ,
| |
− |
| |
− | 8) дублирующий монтаж --с начало приклеить, потом зашурупить на локтайт, любое сращение силовых деталей бондажить свм ниткой или стеклотканью на клею,
| |
− |
| |
− | 9) все электро разъемы с фиксирующими замками и двойными клеймиками то есть гнездами питания,
| |
− |
| |
− | 10) двойной крепеж особо важных компонентов типа мотора, сервоприводов или качалок и петель----
| |
− | если в теории хватит двух-трех точек крепежа, то на практике всегда четыре-шесть и контровка,
| |
− |
| |
− | И всегда помнить----ни какого трения при вибрациях не существует,поэтому все соединения и резьбы надо контрить!!!
| |
− |
| |
− |
| |
− | Момент инерции
| |
− |
| |
− | Так как вращение летательного аппарата происходит вокруг точки центра масс ----то моменты инерции по осям определяют угловое ускорение на реакцию управлении в целом---
| |
− |
| |
− | Момент инерции (МИ) тела относительно оси вращения проходящей через центр масс это сумма произведений массы элементов на квадрат расстояния между цм элемента до цм ла----- МИ(кгм2)=mr^2!!!
| |
− |
| |
− | Поэтому сумма этих моментов у лк относительно поперечной оси Y обычно самая маленькая и отклик на тангаж самый отзывчатый!
| |
− | Относительно продольной оси X, чуть больше и и поэтому реакция по крену ниже!
| |
− | Максимальная сумма моментов по вертикальной оси Z самая большая и по рысканью самая медленная реакция на руль поворота !
| |
− |
| |
− | 1) консоль крыла или стабилизатора или киля трапецевидной формы имеет наименьший ми против прямоугольного---
| |
− |
| |
− | 2) тонкий конус хвостовой балки лучше ---
| |
− |
| |
− | 3) хвостовое оперение всегда делать как можно легче----мотор,пилот, груз и бак располагать как можно ближе к центру масс и у вас получиться отзывчатый ла идущей за штурвалом--так делаются все учебные и спортивно-пилотажные самолёты.
| |
− |
| |
− | У грузопассажирских и бпла, где полезный груз размазан вдоль фюзеляжа--- ми очень большой и самолёт сильно тупит по тангажу---так как топливо обычно в крыльях, то при взлёте ми по крену максимален и вялый отклик!
| |
− |
| |
− | Помнить всегда, что рулить этими утюгами надо очень медленно и осторожно--- то есть минимальные расходы и не стараться заложить крутой вираж---иначе легко сорвать в штопор!
| |
− |
| |
− | Кстати длинные крылья у классических планеров и лк с большим удлинением крыла сильно тупят по крену и наоборот резкие по тангажу----тандемы вертлявы по крену и тупые по тангажу----и лишь у короткокрылой классики оптимальные отзывы на управление по всем осям ---то есть типичные поршневые спортивно-пилотажные самолёты и гоночные лк.
| |
− |
| |
− | Также двухмоторники на крыльях сильно тупят по крену и рысканью, а вот двухмоторники по продольному тандему типа тяни нос-толкай хвост сильно тупят по тангажу и тоже по рысканью, четырех или трех точечные конвертопланы из за большого разноса масс вмг по длине лучей очень сильно тупят по всем осям и двух стояночное шасси с хвостовым костылем имеет ми меньше, чем трех стояночного с передним рулевым
| |
− |
| |
− | Чтобы разгрузить лонжерон по перечному изгибу в центроплане, нужно равномерно распределять начинку и топливо по размаху крыла.
| |
− |
| |
− | Перегрузка в вираже грузового бпла не должна превышать 2.5 же!
| |
− | с учётом коэф запаса прочности 1.62---перегрузка на разрушение 4же
| |
− |
| |
− | Основной секрет мастерства при проектировании любого изделия----это то простое решение которое само собой напрашивается и есть самый правильный подход!
| |
− |
| |
− | Внимание!----самый главный принцип в авиации это минимальная достаточность функций и компонентов!!!
| |
− |
| |
− | если можно обойтись без ненужной роскоши то сразу за борт, так как это лишняя масса и повышенный риск на отказ системы в целом----например
| |
− |
| |
− | 1)убираемые шасси и сильная механизация крыла(закрылки,предкрылки,энцепторы,винглеты)
| |
− |
| |
− | 2)складной винт и ВИШ
| |
− |
| |
− | 3)световое, звуковое и видео оборудование
| |
− |
| |
− | 4)переизбыточный многофункциональный автопилот и многоканальная система управления
| |
− |
| |
− | 5)складные и разборные конструкции типа механических замков для элементов крепления крыла , хвоста и электроразъёмов для электроники
| |
− |
| |
− | 6)любая механизация в самом нагруженном месте всегда ведёт к повышенной аварийности, лишней массе и уменьшением ресурса ла-----например механизм изменяемой стреловидности крыла, механизм перекоса лопастей в вертолёте-----поворотный механизм вмг в конвертопланах !!!
| |
− |
| |
− | В полевых условиях всегда применять первичные способы проверки работоспособности дрона по отдельности!!!
| |
− |
| |
− | 1) зафиксировать дрон ---- дать полный газ на ДВС и потом погазовать в различных положениях бпла в пространстве
| |
− |
| |
− | 2) последовательно проверить правильность руление всех функций
| |
− |
| |
− | 3) если взять за оба кончика крыла и поднять ла, то эмулируем перегрузку на крыло в 2.5 же
| |
− |
| |
− | 4) если ла легкий то взять одной рукой за кончик крыла и горизонтально вывесить фюзеляж-----постепенно дать газ и смотреть на угол возвышения, то синус угла и есть тяго-вооружённость---то есть при 20 градусах будет 0.33----при 30гр уже 0.5---при 45гр 0.7---при 60 гр 0.85----при вертикали 1!!!
| |
− |
| |
− |
| |
− | Основное правило первого испытательного запуска---не бороться ПИДами-триммерами со следствием кривой работы, а устранение самой причины неисправности
| |
− |
| |
− |
| |
− | 1)кривая геометрия изделия---крутка и углы установки,
| |
− |
| |
− | 2)неправильная центровка----обычно слишком задняя
| |
− |
| |
− | 3)биение-вибрации от несбалансированного ВМГ,
| |
− |
| |
− | 4)слишком большие расходы серво----углы руления,
| |
− |
| |
− | 5)пере или недо регулирование ПИДов автопилота,
| |
− |
| |
− | 6)неграмотное расположение чувствительной радиоэлектроники,
| |
− |
| |
− | 7)отсутствие пассивной защиты элементов конструкции,
| |
− |
| |
− | 8)холодная пайка и неполный электроконтакт в разъёмах,
| |
− |
| |
− | 9)люфты или закусы механики,
| |
− |
| |
− | 10)несоответствие направлению руления или стабилизации----реверс команд!
| |
− |
| |
− | Первое испытание всегда проводить только в ручном визуальном режиме!!!
| |
− |
| |
− | смотри статью "Экономика дронов"
| |
− |
| |
− |
| |
− |
| |
− | [[Файл:двухмоторник.jpg]]
| |