Автор: Ткачева Виктория Романовна

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №24 (104) декабрь-2 2015 г.

Дата публикации: 15.12.2015

Библиографическое описание:

Ткачева В. Р. Использование гибридной силовой установки в мультикоптерах // Молодой ученый. — 2015. — №24. — С. 146-149.

 

В современном мире распространено использование беспилотных летательных аппаратов на радиоуправлении. Наиболее известными «беспилотниками» являются квадрокоптеры. К сожалению их использование ограниченно как по времени, так и по массе перевозимого груза. Мы рассматриваем гибридную силовую установку, которая расширит сферы применения квадрокоптеров.

Ключевые слова: «беспилотник», летательный аппарат, мультикоптер, квадрокоптер, винт, двигатель, гибридная силовая установка.

 

В современном мире наряду с пилотируемыми летательными аппаратами (ЛА) все чаще используются беспилотные ЛА (БПЛА). Что же такое «беспилотник»?

Беспилотный летательный аппарат («беспилотник» или «дрон») — это летательный аппарат без экипажа на борту, использующий аэродинамический принцип подъемной силы крыла или винта, оснащенный двигателем и имеющий полезную нагрузку и продолжительность полета, достаточные для выполнения специальных задач гражданского и военного назначения.

БПЛА активно развиваются, что обусловлено их относительно небольшой стоимостью, малыми габаритами, отсутствием экипажа и многим другим. Прежде всего «беспилотники» способны выполнять задачи, которые не в состоянии выполнить пилотируемые ЛА. Такие задачи можно разделить на два вида — гражданские и военные. К гражданским относятся видео и фотосъемка вблизи объекта, почта, а к военным — ударные операции и операции разведки.

Тема «беспилотников» наиболее широко рассматривается на Западе. В Германии и Англии разрабатываются новые БПЛА, при этом их финансирование непрерывно растет.

Существуют различные классификации «беспилотников», но нас интересует группа БПЛА самолетного и вертолетного типа, к которой относится мультикоптер.

Чем же фактически является муьтикоптер?

Данное устройство представляет собой беспилотный летательный аппарат, аэродинамическая схема которого состоит из четного числа винтов и такого же числа двигателей, чаще всего их четыре. От количества винтов зависит название мультикоптера (квадрокоптер, октокоптер и т.д.).

Кроме винтов, предусмотрена специальная плата, которую часто называют «мозги», обеспечивающая управление ЛА и учитывающая различные факторы при полете (положение ЛА, внешние воздействия и др.).

В исследовательской работе мы рассматриваем квадрокоптер (см. рис.1). Он имеет простую конструкцию, которая славится прекрасными характеристиками, такими как грузоподъемность и надежность.

C:\Users\Викуха\Desktop\untitled3web20120502094220.jpg

Рис. 1. Изображение квадрокоптера

 

Квадрокоптер — это прежде всего дистанционно пилотируемый летательный аппарат (ДПЛА), имеющий четырех винтовую схему. Каждый винт приводится в движение собственным электрическим двигателем. Одна половина винтов вращается по часовой стрелке, а другая — против. При этом уравнивается реактивный и вращательный моменты, а необходимость в рулевом винте пропадает. Скорость полета данного ЛА меняется путем изменения вращения лопастей винтов.

Такой мультикоптер является вертолетом на дистанционном управлении, пилотируемый оператором с помощью радиоустройств. В отличие от вертолетов стандартной (одновинтовой) схемы квадрокоптер обладает высокой надежностью. Он не содержит лишние движущие элементы и обладает малой массой. Кроме того, коптер неприхотлив в эксплуатации, поэтому его полет возможен в любую погоду. И с финансовой стороны он выгоднее, чем вертолеты и самолеты «беспилотники», стандартной конфигурации.

Несмотря на перечисленные достоинства, квадрокоптеры до сих пор не используются масштабно. Почему? А причины всего две. Первая и наиболее важная причина — это малая продолжительность полета, которая составляет 45-60 минут. Вторая причина — небольшая грузоподъемность.

Данные причины выявляют главную проблему, заключающуюся в неэффективности силовой установки, а именно, большой вес аккумуляторных батарей и их малая электроемкость. Данная проблема значительно сокращает возможности в использовании квадракоптеров, их работу и применение.

Развитие компьютерных технологий и широкое распространение электронных компонентов способствуют возникновению новых идей в решении главной проблемы при разработке коптеров.

Анализ попыток решения показывает, что исследователи преобразовывают силовую установку, а именно рассматривают различные источники получения дополнительной энергии.

Одни ученые обратились к использованию естественных источников энергии — к солнцу. При этом имелась попытка использования солнечного источника электропитания. К сожалению, квадрокоптеры имеют малую площадь для размещения кремниевых элементов питания, которые являются главным элементов при использовании такой энергии. В результате исследователи определили, что использование солнечной энергии квадрокоптерами невозможно.

Другие ученые попытались решить проблему используя энергию, полученную путем химических реакций. Речь идет о водороде, который выделяется в результате реакции с простой водой борогидрида натрия под воздействием катализатора и теплоты. Полученный газ поступает на анод — топливный элемент. На платиновом катализаторе водород диссоциирует и теряет электроны, которые и создают электрический ток, необходимый для работы силовой установки. Длительность полета при этом зависит от запаса борогидрида натрия на борту.

Мы предлагаем пойти по иному пути — внедрение новой силовой установки, использующей энергию топлива и энергию АКБ. Такая установка называется гибридной (ГСУ). Она позволит увеличить не только время полета, но и полезную нагрузку ДПЛА.

Термин «гибридная» представляет собой работающие в паре двигатель внутреннего сгорания (ДВС) и электромотор. Такая установка характерна в автомобильной промышленности и применяется с 20-го века. Для авиастроения ГСУ является новой и нераспространенной.

Из чего же состоит ГСУ квадрокоптера?

Гибридная силовая установка представлена в Приложении А и включает:

                    бензиновый двигатель внутреннего сгорания;

                    электромотор;

                    винты;

                    топливный бак;

                    генератор;

                    аккумуляторные батареи.

К достоинствам ГСУ можно отнести то, что ДВС более эффективен и предоставляет необходимую дополнительную энергию.

К недостаткам же относим утяжеление конструкции ДПЛА.

Подводя итог, мы считаем, что внедрение гибридной силовой установки может сопутствовать открытию новых возможностей коптеров, их использование в различных сферах жизни, увеличение времени полета.

Беспилотные системы, способные продолжительное время находиться в воздухе, будут хорошим инструментом в военной и гражданской областях.



 

Литература:

 

  1.                Афанасьев, П.П. Беспилотные летательные аппараты. Основы устройства и функционирования./ П.П. Афанасьев, И.С. Голубев, В.Н. Новиков и др. — 2-е изд., перераб.–М.:2008.-656с.
  2.                Ганин, С.М. Беспилотные летательные аппараты/С.М.Ганин, А.В.Карпенко и др.- СПб:1999.-160с.
  3.                wikipedia.org: свободная энциклопедия [Электронный ресурс]. — М.: Режим доступа: http://ru. wikipedia.org., доступ свободный. — (дата обращения 22.10.2015)
Основные термины (генерируются автоматически): силовой установки, летательный аппарат, гибридной силовой установки, Похожая статья, беспилотного летательного аппарата, газотурбинной силовой установки, Использование гибридной силовой, проектирования силовой установки, продолжительность полета, неэффективности силовой установки, новой силовой установки, Беспилотный летательный аппарат, силовая установка, параметров силовой установки, работы силовой установки, внедрение гибридной силовой, беспилотный летательный аппарат, полезную нагрузку, силовую установку, малая продолжительность полета.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle