POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA Wydział Mechaniczny

Transkrypt

1 POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA Wydział Mechaniczny Marcin Grodzki Projekt koncepcyjny bezzałogowego aparatu latającego w układzie łodzi latającej Promotor: dr inż. Andrzej Łukaszewicz

2 Założenia misji Minimalny czas lotu silnikowego - 30 minut Start i lądowanie z powierzchni wody Przekaz w czasie rzeczywistym obrazu oraz położenia aparatu Możliwośd zastosowania autopilota Mała emisja hałasu patrolowanie obszarów chronionych Założenia projektowe Aparat w układzie łodzi latającej Transport w standardowym samochodzie osobowym Waga aparatu ok. 2 kg Napęd śmigłowy bezszczotkowym silnikiem elektrycznym Zasilanie: akumulatory Li-Po Modułowośd Kadłub kompozytowy

3 Struktura systemu BAL zasadniczy aparat latający jako konstrukcja nośna (np. płatowiec); układ napędowy; układ sterowania (nadajnik, odbiornik, autopilot, systemy GPS); układ zasilania (napędu i sterowania); układ rejestracji (np. obrazu lub współrzędnych położenia); układ startu i lądowania; punkt kontroli i dowodzenia (stacja naziemna).

4 Sterowanie i kontrola lotu Sterowanie aparatami realizowane jest manualnie poprzez stacjonarną lub przenośną aparaturę. Alternatywą, w najwyżej rozwiniętych jednostkach, jest autopilot z programowalną trasą lotu. Autopilot v2.2x firmy Procerus Technologies na tle monety 1-cent Mobilne centrum zdalnego sterowania i dowodzenia

5 Podział BAL ze względu na układ nośny : cięższe od powietrza - aerodyny (ruch w powietrzu dzięki sile nośnej): o ze stałymi elementami nośnymi; o z ruchomymi elementami nośnymi; lżejsze od powietrz - aerostaty (wypornościowe: o z kontrolowanym kierunkiem lotu; o na uwięzi lub z niekontrolowanym kierunkiem lotu ze względu na układ areodynamiczny: stałopłaty w układzie klasycznym: o górnopłaty; o średniopłaty; o dolnopłaty; stałopłaty w układzie latające skrzydło ; stałopłaty w układzie kaczka ; wiropłaty; wiatrakowce; balony i sterowce; ornitoptery (skrzydłowce); entomoptery (naśladujące ruch skrzydeł owadów); hybrydy.

6 ze względu na sposób startu: Podział BAL c.d. start klasyczny z powierzchni utwardzonej (np.: lotnisko, płyta lotniskowca, platforma na dachu budynku); klasyczny ze wspomaganiem (np. odłączanego silnika rakietowego); start z katapulty; metoda wyrzutu ręcznego; start z powierzchni wody (możliwy ze wspomaganiem w celu skrócenia rozbiegu); start spod powierzchni wody najczęściej z pokładu okrętu podwodnego (płatowiec o zmiennej geometrii przeważnie wspomagany silnikiem rakietowym do momentu osiągnięcia odpowiedniego pułapu od powierzchni wody); start z powierzchni ośnieżonej, ze względu na sposób lądowania: lądowanie klasyczne na powierzchni utwardzonej (np.: na płycie lądowiska); metoda z determalizatorem ze spadochronem otwieranym na znacznej wysokości; ze spadochronem otwieranym podczas przyziemienia; wyłapywanie w sied (stosowana często na lotniskowcach); wyłapywanie na pionowej linie; wodowanie; lądowanie na śniegu

7 Wodnosamoloty Wodnosamolot to samolot przystosowany konstrukcyjnie do startu i lądowania (wodowania) z powierzchni wody. Podstawowe rodzaje wodnosamolotów to: wodnosamolot pływakowy; łódź latająca; samolot-amfibia. Łódź latająca Short Sunderland Dwusilnikowa amfibia Grumman G73T Mallard Samolot pływakowy Highlander Rotax 914

8 Wodnosamoloty bezałogowe Nową kartą w dziedzinie aparatów latających jest wojna przeciwpodwodna. BAL w układzie łodzi latającej jest w stanie przeprowadzid rekonesans oraz śledzenie obiektów podwodnych niemalże samodzielnie. W normalnych warunkach wymaga to współpracy kilku jednostek. Gull 36 Producent: Warrior (Aero-Marine) Ltd Specyfikacja: Zasięg: taktyczny Układ: układ górnopłata wysokie skrzydło, łódź latająca, pojedynczy silnik ciągnący Rozpiętośd: 4.05 m Długośd: 3.48 m Maksymalna waga startowa: 70 kg Waga dopuszczalna ładunku: 12 kg Prędkośd rejsowa: 60 węzłów Czas operacyjny: 10 godzin

9 Sea Scout Producent: Oregon Iron Works Zasięg: Układ: taktyczny układ górnopłata, łódź latająca, pojedynczy silnik pchający Rozpiętośd: 3 m Maksymalna waga startowa: 135 kg Długośd: --- Waga dopuszczalna ładunku: 11 kg

10 Schemat realizacji projektu ( częśd I)

11 Schemat realizacji projektu ( częśd II)

12 Zastosowanie modelowania CAD Kluczową rolę w powyższym schemacie odgrywają narzędzia CAD. Umożliwia szybkie wprowadzenie poprawek. Wykorzystując modele 3D komponentów z uwzględnieniem ich masy oszacowano rozmieszczenie akumulatorów w kadłubie, tak aby środek ciężkości aparatu był w odpowiednim miejscu. Szacunkowy model masowy okno Właściwości masy (SolidWorks)

13 Środowisko XFLR5 Moduł Wing Design pozwala na zaprojektowanie zespołu skrzydło-usterzenie dzięki symulacji warunków panujących podczas lotu ślizgowego.

14 Modelowanie opływu kadłuba Redan - poprzeczny uskok na podłodziu, którego zadaniem jest odrywanie strug wody. W przypadku łodzi latających jest to zjawisko ułatwiające start. Badania trajektorii oraz prędkości strumienia wody w programie CosmosFloWorks pozwalają na ustalenie dostatecznej wysokości redana.

15 Ostateczny model wirtualny

16 Modelowanie usterzenia Szacunkowy model wirtualny zespołu usterzenia ogonowego Dokładny model masowy zespołu Usterzenia ogonowego. Pomimo zastosowania większego (mocniejszego) serwomechanizmu uzyskano niższą wagę niż szacunkowa.

17 Modelowanie wieloobiektowe Ważnym aspektem budowy skrzydła jest ciągłośd powierzchni (aspekt aerodynamiczny). Najlepszym rozwiązaniem jest skorzystanie z części wieloobiektowych. Po wyodrębnieniu obiektów (np.: w celu wykonania dokumentacji technicznej) relacje rodzic/potomek zapewniają automatyczne wprowadzenie Poprawek wprowadzonych w rodzimej części.

18 Podsumowanie Wykonanie niniejszego projektu było możliwe jedynie dzięki zastosowaniu programów CAD/CAM/CAE odgrywających kluczową rolę w opracowanym schemacie projektowym. Pomimo dużego wsparcia programów wspomagających projektowanie nie można było wyeliminować zupełnie obliczeń analitycznych. Spowodowane to jest brakiem kompleksowego środowiska projektowego przeznaczonego wyłącznie do modelowania samolotów oraz zjawisk towarzyszącym fazie lotu.

19 Literatura Волков Г., Основы гидроавиации Ландышев Б.К., Расчет и конструирование планера Микиладзе В.Г., Титов В.М., основные геометрические и аэродинамические характеристики самолетов и ракет Самсонов П.Д., Проектирование и конструкции гидросамолетов 4f95eac63f687357cca8bea ghlight=fpv