Hélice: tiltrotor para monitorar objetos estendidos





Uma vez no instituto, o chefe do departamento nos falou sobre nossa futura profissão:

“Nossa profissão é muito importante e responsável. Agora você está trabalhando na aparência do futuro carro-chefe da aviação russa. Você toma banho de idéias, tenta prever as tarefas que ele resolverá, assume responsabilidade e toma decisões. E depois de 15 anos, quando a aeronave for finalmente construída, as honras serão distribuídas a todos, mas ninguém se lembrará de você. ”

Não gostei desta campanha, não estou pronto para esperar 15 anos pelo resultado.



A aviação é uma indústria altamente desenvolvida, mas os requisitos de alta confiabilidade e um futuro planejado não permitem a introdução de novas tecnologias rapidamente. Por outro lado, os drones, pelo contrário, ainda não possuem requisitos especiais, por isso crescem como cogumelos após a chuva, preenchendo os nichos de monitoramento do ar, publicidade, assistência à agricultura, filmagens e similares.

Então eu decidi, que eles de alguma forma construíssem seus lutadores lá sem mim, e enquanto eu sou jovem e quente, irei para drones. Felizmente, existe um passado de modelo de aeronave.



Quais são as formas de desenvolver a aviação? Na minha opinião, a aviação pode se desenvolver de duas maneiras:



  • O uso de tecnologias inovadoras para componentes (novas usinas eficientes com baixo peso, aviônicos, etc.).
  • Alterando o design aerodinâmico.


Estou mais impressionado com a mudança no design aerodinâmico da aeronave. Dessa forma, esquemas aerodinâmicos como "pato" e "asa voadora" apareceram. Mas isso não foi suficiente para os engenheiros, eles queriam que a aerodinâmica mudasse diretamente em voo. Foi assim que as aeronaves com geometria de asa variável apareceram (Su-24, Tu-22M, Tu-160, F-111 e similares), aeronaves com um vetor de impulso controlado (MiG-29OVT, MiG-35, Su-30, 37, 57, F-22 e outros) e, é claro, aviões conversíveis (por exemplo, o conhecido Bell V-22 Osprey).



Tudo isso é bom, é claro, mas não inteiramente do meu agrado. A idéia de uma geometria variável da asa é interessante, mas é necessário que, se as asas forem dobradas, forneça alguma forma, e não alguns graus miseráveis. Mas a ideia com usinas rotativas me impressiona. E assim nasceu a ideia de criar seu próprio tiltrotor. Nossa ideia pode ser esquematicamente descrita da seguinte forma:





montei uma equipe e logo decidimos. A idéia do nosso tiltrotor era combinar o esquema de asa voadora da aeronave e o esquema de rotor duplo longitudinal de helicóptero. Decidimos que as asas se dobrariam, e não metade da asa, como nos aviões, mas inteiramente, para não criar resistência adicional ao subir no modo helicóptero.



O hovercraft decola com as asas dobradas verticalmente para baixo, então os motores giram e as asas se desdobram suavemente. O vôo em si ocorrerá no modo de asa voadora e, se necessário, você sempre poderá pairar no lugar. Ao pousar, ele pode pousar verticalmente, de bruços ou, em caso de pouso de emergência, de para-quedas.



Quais são as vantagens deste projeto aerodinâmico?



  • Devido à enorme asa, obtemos alta qualidade aerodinâmica no modo avião, o que aumenta significativamente o alcance do voo em comparação com outros aviões a motor.
  • Decolagem e pouso verticais (não é necessária pista).
  • A capacidade de ficar no ar.


Vamos terminar a introdução e ir direto ao ponto. Para implementar o projeto, precisamos:



  • Faça um protótipo.
  • Crie um sistema de estabilização devido a vetores de impulso controlados.
  • .
  • , .
  • .


1



Começamos a criar o primeiro protótipo. Não tínhamos nenhum equipamento especial, apenas mãos e conhecimentos básicos. Começamos desenhando o modelo em 3D.











A aeronave construída tinha a seguinte aparência: O











primeiro modelo foi obtido, para o qual imediatamente preparamos uma bancada de testes.



Escrevemos um código simples para controlar motores e lançamos esse monstro primeiro no estande e depois no ar. Fomos a várias conferências onde recebemos críticas mistas. Ao fazer o primeiro protótipo, não nos aprofundamos nos cálculos, e o único que podemos fornecer são suas dimensões. A velocidade de cruzeiro foi calculada em 100 km / h, mas de alguma forma não funcionou com voos de longa distância e registrou pelo menos algumas características.

dimensões dobradas 650mm x 400mm x 600mm
varrer 1100mm
comprimento 650mm
diâmetro da hélice 11 polegadas
Freio peso 3 Kg


Apesar de o modelo construído não atender às nossas expectativas, mostrou, sem dúvida, que esse dispositivo ainda tem direito à vida e também nos permitiu fazer o seguinte:



  • Decida sobre o design do mecanismo de inclinação do motor.
  • Verifique a viabilidade de implementar esse modelo.
  • Formulou a aparência do modelo.
  • Temos um modelo visual de todos os mecanismos.


Para ser sincero, nós mesmos não esperávamos que poderíamos fazer um protótipo e que ele funcionaria.



Depois que todos os participantes deste projeto começaram seus estudos em diferentes institutos, abandonamos o projeto. Gradualmente, a equipe saiu de algum lugar. Quando os estudos no instituto estavam chegando ao fim e o projeto de graduação estava se aproximando, a idéia veio a todos nós para retornar a esta aeronave. Ninguém duvidará que essa unidade seja multifacetada e sempre haverá trabalho para todos. Portanto, cada um pegou uma peça o mais próxima possível de sua especialidade ...



Protótipo 2





De alguma forma, conheceu uma beleza, um encanador, um turista, um especialista em TI e um estudante. E o encanador diz: "O diploma está próximo, temos que construir um avião".



Nos reunimos novamente e começamos a fazer o segundo protótipo. Agora tínhamos a nossa disposição: uma garagem equipada com as mais recentes tecnologias, um torno, um CNC, uma impressora 3D, além da experiência e do conhecimento adquiridos no instituto. Determinamos imediatamente o objetivo do drone, ele monitorará os oleodutos. As características ideais de desempenho foram selecionadas para esta tarefa (essa é outra história). Calculamos e desenhamos todas as unidades e componentes. Calculamos o sistema de resgate e costuramos um paraquedas. Desenvolveu um sistema de abertura e dobramento das asas. Criamos um protótipo com as seguintes características de desempenho:

Especificações
Modo avião helicóptero
Duração do voo até 2,5 horas até 20 minutos
Comprimento máximo da rota 100 km 10 km
Velocidade de vôo 70-150 km / h 0-50 km / h
Peso máximo de decolagem 20 kg
Máx. massa de carga 2 Kg
dimensões Envergadura 3200mm,

comprimento 1600mm
1500mm x 900mm x 1600mm
Altitude máxima de voo 2500 m 1200 m
Motor elétrico
Aterragem de decolagem sistema de pouso de emergência em paraquedas Verticalmente no modo automático usando uma docking station
Tempo de decolagem / pouso - 5 minutos


Características de voo
Modo avião helicóptero
Velocidade de cruzeiro 100 km / h 37 km / h
Taxa de escalada 1,3 m / s 2,5 m / s
Velocidade de vôo 70-150 km / h 0-50 km / h
Velocidade necessária para transformação 45 km / h -
Velocidade de parada 42 km / h (carga útil de 1,5 kg) -
Qualidade aerodinâmica 11,6 0 0






















Com o protótipo construído, participamos do MAKS-2019, participamos da competição da Russian Helicopters e continuamos trabalhando em suas modificações em nosso tempo livre.



conclusões



Seguir o seu próprio caminho é sempre incrivelmente difícil. É-nos dito constantemente que isso, é claro, é ótimo, mas não funcionará e nunca voará, ou não temos desejo suficiente para trazê-lo para um estado funcional. No entanto, temos o prazer de ouvir críticas construtivas.



Ainda estamos "queimando" com o desejo de ver nossos planos no ar e estamos fazendo todos os esforços possíveis para isso.



PS



Neste projeto, ao definir metas e objetivos, sou guiado pelos requisitos e condições para RPVs nas tarefas de monitoramento, a aplicação de todas as idéias de abordagens e protótipos criados em outros setores só pode ser considerada após as metas definidas agora. Considero essa abordagem racional nas circunstâncias com recursos materiais, de trabalho e de tempo limitados. Usei esse tipo de julgamento com bastante frequência no processo de trabalho neste projeto, porque estou ansioso para ver o que estou fazendo em ação.



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