XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Проектная работа по созданию радиоуправляемой модели беспилотного планера

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы

Цветков П.А. 1

---

1ГБОУ Школа № 2094

Бахарев С.Б. 1

---

1МАУ ДО ДТД УМ "Юниор" г. Новосибирска

Работа в формате PDF

1 MB

Введение

Тема проектной работы выбрана из личного интереса к развитию беспилотных авиа систем и огромной перспективой развития этого направления в наше время. В первую очередь, широким перечнем сфер, где применяют, и могли бы применять БПЛА, так как машины не заменяют людей, а помогают решать задачи совместно со специалистами.

Актуальность темыобусловлена тем, что современный авиамоделизм - важное вспомогательное средство для конструирования приборов, которое позволяет решать немаловажные задачи:

• проверку технический идей

• ведение научных исследований со снижением нагрузки на человеческие ресурсы или сохранением безопасности человека

Цель проекта:

• собрать модель радиоуправляемого планера Модель 2 (класса F3K, см. Приложение 1), отвечающую улучшенным летным характеристикам в сравнении с ранее созданной Моделью 1 (этого же класса F3K mini)

Задачи:

1. изучить строение выбранного планера, его характеристики и изготовить модель

2. провести опытные запуски для сравнения характеристик

Методы работы по проекту:

1. анализ информационных источников, изучение и обобщение полученных сведений; практическое моделирование

2. эмпирический метод в рамках занятий в секции; опытный запуск моделей и оценка результатов

1. Теоретическая часть.

   1. Понятия и определения.

Для начала давайте разберемся в терминологии, которую будем использовать. На базе открытых интернет источников литературы ключевые понятия можно сформулировать следующим образом:

Авиамоделизм - вид технического творчества, заключающийся в конструировании и изготовлении моделей летательных аппаратов, в том числе в уменьшении копий настоящих самолетов. Авиамоделизм можно разделить на 5 групп: технический, экспериментальный, стендовый и летающие модели [2].

Однако, для меня все–таки больше интересна область создания планеров/самолетов не в уменьшении копий существующих, а в использовании комбинаций различных вариантов технических решений в моделях. Эти решения могут касаться как общего строения, так и материалов, электроники, моторных систем и т.д. Использование моделей летательных аппаратов или их отдельных деталей и узлов позволяет проверить конкретные гипотезы по техническим новинкам перед внедрением их в поточное производство.

Авиамодельный спорт – это уже вид спорта, где участники соревнуются в конструировании моделей летательных аппаратов и в управлении ими в полётах на скорость, дальность, продолжительность полета и на фигуры высшего пилотажа. Для меня, безусловно, это тоже интересное направление, но не только в моменте соревнований, но и в продолжительном тестировании моделей.

Мировой авиамодельный спорт управляется Международной федерацией аэронавтики (ФАИ / FAI), которая устанавливает классификацию, правила и порядок проведения соревнований.

Планер - летательный аппарат, не имеющий двигательной установки, а планирующий за счет аэродинамической подъёмной силы, создаваемой на крыле набегающим потоком воздуха (как в нашем случае, но вообще имеется класс мотопланеров)[1].

Также планер состоит из следующих основных частей:

1. Крыло с органами поперечного управления (элеронами)

2. Фюзеляж

3. Оперение (киль и рули поворотов, высоты)

Фюзеляж – это корпус летательного аппарата, он связывает между собой консоли крыла и хвостовое оперение. Крыло является ключевой частью в конструкции самолёта, оно генерирует подъёмную силу. Над верхней кромкой крыла образуется область более низкого давления, чем под нижней. За счет возникающей при этом подъемной силы крыло «выталкивается» наверх. Элероны – это органы поперечного управления самолета, обеспечивают управление креном. Элероны располагаются на задней кромке крыла ближе к концу и работают разнонаправленно, т.е. когда один элерон поворачивается вверх, другой поворачивается вниз. Оперение – совокупность аэродинамических поверхностей, обеспечивающих устойчивость и управляемость летательного аппарата, оно состоит из горизонтального и вертикального оперения. Вертикальное оперение состоит из неподвижной части – киля и подвижной части – руля поворота. Вертикальное оперение обеспечивает путевую устойчивость, располагается наверху хвостовой части фюзеляжа. Горизонтальное оперение так же имеет неподвижную часть – стабилизатор и подвижную часть – руль высоты. Горизонтальное оперение обеспечивает продольную устойчивость, оно обычно располагается в хвостовой части на фюзеляже или на киле [1].

1. 2. Обзор литературы и проблематики.

Авиамоделизм был довольно хорошо развит в СССР: издавались журналы, финансировались кружки авиамоделизма. По интересующим меня вопросам я нашёл много литературы 60-80х годов – например – Гаевский О.К. или Болонкин А.А. Именно тогда авиамоделизм был наиболее популярен среди молодёжи. В книгах этого периода можно найти много информации по интересным моделям, чертежей с размерами, рекомендаций и описаний, формул расчета. Сейчас, к моему большому сожалению, такой литературы нет. Я не нашёл никакой современной или хотя бы адаптивной литературы (только перепечатки тех самых книг или интернет-ресурсы). Да и кружков, а самое главное их участников, в разы меньше, чем тогда. Кружки спортивно-технического авиамоделирования имеются в разных городах России, как правило, при Центрах детского творчества или при региональных подразделениях ДОСААФ. В частности, в Новосибирске я занимался во «Дворце творчества детей и учащейся молодежи «Юниор». Эти занятия развили у меня интерес к науке, технологии, исследованиям и изобретательству. Благодаря своему научному руководителю Бахареву Сергею Борисовичу, я освоил технологию изготовления разных планеров и полюбил авиамоделизм. В Москву я переехал несколько месяцев назад, был рад найти своих единомышленников и продолжать разрабатывать модели новых классов. В связи с этим нельзя не упомянуть межрегиональный обмен опытом – авиакружки и секции поддерживают связь друг с другом для обмена опытом. Так для своей Модели 2 я воспользовался опытом клуба «Юные авиаторы» (руководитель Мягков Сергей Юрьевич, г. Нижний Новгород). При создании Модели 2 я воспользовался их наработками по чертежам с некоторыми изменениями и поменял технологию изготовления (см. Приложение 2).

2. Практическая часть.

Изготовление моделей беспилотных планеров в сравнительной таблице.

Я не буду давать очень подробной инструкции по сборке моделей, так как не в этом состоит задача практической работы, а сделаю акценты на сравнение изготовления отдельных частей, так как они могут влиять на летные характеристики при проведении экспериментальных запусков.

Этап 1 – Подготовка материалов, рабочих инструментов.

Этап 2 – Создание и сборка крыльев.

Этап 3 – Фюзеляж и рули (направления высоты).

3. Заключительная часть: выводы по проекту и значение беспилотных моделей.

Вначале хотел бы обозначить основные выводы по моделям, которые получились в ходе создания и экспериментальных запусков:

В Модели 2 показатели времени полета выше, чем в Модели 1, что предполагалось изначально. Однако, особое преимущество Модели 1 – восстанавливаемость. У меня при одном из запусков сломался фюзеляж, но мне удалось быстро восстановить его, не разбирая модели. С Моделью 2 у меня лично пока не было запусков, приведших к техническим поломкам, но опыт показал, что и такое случается с данным видом Модели 2, где восстановление деталей непростое.

В своей работе я представил именно радиоуправляемую модель, так как это направление, на мой взгляд, сейчас особенно важно и актуально (в части дистанционного управления).

Авиамоделизм продолжает жить и развиваться, принося на благо обществу свои рационализаторские изобретения, которые используются в наше время:

• проверка идей и технических новинок в самолето- и ракетостроении

• ведение научных исследований (например, по миграции животных)

• в киноидустрии (комбинированные киносъемки c разных ракурсов)

• в сельском хозяйстве (распыление удобрений и уход за большими территориями, где обычно требуется задействование значительного кол-ва людей и техники)

• в военном деле (для снижения нагрузки на человеческие ресурсы)

Решив построить летающую модель и научиться управлять ею, надо уже знать теорию управления и физику происходящих процессов, воздействующих на модель в воздушном потоке. В процессе работы над проектом я познакомился с историей развития авиамоделизма, теорией, узнал многое из различных информационных источников, смог создать модели беспилотных планеров, протестировать их и сравнить «в деле». Поэтому следующим моим шагом будем интеграция в модели моторов, винтов и других элементов, чтобы качественно улучшить летательные свойства Моделей. Я очень рекомендую школьникам данное направление, так как авиамоделизм может стать первой ступенью в выборе профессии: летчика, оператора БПЛА, инженера-конструктора, бортинженера, авиадиспетчера и многих других специальностей, востребованных в наше время.

Библиографический список:

1. Википедия Википедия — свободная энциклопедия

2. Сайт ДОСААФ ДОСААФ России | Официальный сайт

3. Публикация научных статей — АПНИ

4. Дроноагрегатор — Вся информация о дронах. Воздушных, морских, наземных и других.

5. Вилле Р. Постройка летающих моделей-копий. М.: ДОСААФ, 1986 г.

6. Голубев Ю.А., Камышев Н.И. Юному авиамоделисту. М.: «Просвещение», 1974 г.

7. Ермаков А.М. Простейшие авиамодели. М.: «Просвещение»,1984 г.

8. Заворотов В.А. От идеи до модели. М.: «Просвещение», 1988 г.

9. Костенко И.К. Летающие крылья. М., 1985 г.

10. Красильщиков А.П. Планеры СССР. М., 1991 г.

11. Рожков В.С. Авиамодельный кружок. М.: «Просвещение», 1986 г.

12. Смирнов Э. Как сконструировать и построить летающую модель. М.: ДОСААФ, 1973 г.

13. Тарадеев Б.В. Летающие модели-копии. М.: ДОСААФ, 1983 г.

Приложение 1. Классы авиамоделей.

Международная авиационная федерация авиамодельного спорта (ФАИ) делит модели на 3 класса: свободнолетающие (F1), кордовые (F2), радиоуправляемые (F3).

Класс свободнолетающих авиамоделей (F1): модели планеров, резиномоторные и таймерные модели, комнатные модели самолетов и вертолетов. Свободнолетающие модели всех категорий соревнуются на продолжительность полета.

Основные классы:

• F1A — модели планеров

• F1B — резиномоторные модели самолётов

• F1C — таймерные модели самолётов

• F1D — комнатные модели самолётов

• F1E — модели планеров с автоматическим управлением для полётов со склонов

Дополнительные классы:

• F1G — резиномоторные модели самолётов, малого формата

• F1H — модели планеров малого формата

• F1J — таймерные модели самолётов малого формата

• F1K — модели самолётов с двигателями на CO2

• F1L — комнатные модели самолётов с развитым (>50 %) стабилизатором (EZB model)

• F1M — комнатные модели самолётов для начинающих

• F1N — комнатные модели планеров с метательным стартом «с рук» («hand launch»)

• F1P — таймерные модели самолётов для юниоров

Класс кордовых авиационных моделей (F2): скоростные, пилотажные, гоночные, воздушного боя, модели-копии самолетов. Модели этого класса в полете связаны со своим пилотом-моделистом двумя не растягиваемыми нитями – кордами. Они летают по кругу и маневрируют в воздухе только за счет отклонения вверх или вниз рулей высоты.

Соревнования по кордовым моделям проводятся на специально подготовленной площадке (кордодроме).

Основные классы:

• F2A — скоростные модели

• F2B — пилотажные модели

• F2C — гоночные модели

• F2D — модели воздушного «боя»

Дополнительные классы:

• F2E — модели воздушного боя с компрессионным карбюраторным двигателем

• F2F — гоночные модели с контурным фюзеляжем

• F2G — скоростные модели c электродвигателем

Класс радиоуправляемых авиационных моделей (F3): пилотажные, модели-копии самолетов и планеров, модели планеров. На борту моделей этого класса установлена радиоаппаратура, принимающая сигналы с земли и управляющая рулями модели.

Основные классы:

• F3A — пилотажные модели самолётов

• F3B — модели планеров (троеборье: продолжительность полета, скорость на базе, количество проходов базы)

• F3C — модели вертолётов

• F3D — гоночные модели самолётов

• F3U — гоночные модели квадрокоптеров

Дополнительные классы:

• F3F — модели планеров для парения в динамических потоках («горные» планеры)

• F3G — модели мотопланеров

• F3H — модели планеров для полётов по маршруту

• F3I — модели планеров с запуском буксировочным самолётом

• F3J — модели планеров для полётов в термических потоках на продолжительность

• F3K — модели планеров с метательным стартом «с рук»

• F3L — модели планеров с ограниченным применим композитных материалов в конструкции

• F3P — модели пилотажных самолетов для полетов внутри помещения («зальный» пилотаж)

Приложение 2. Схематический чертеж планера Модели 2.