Общий обзор беспилотного летательного аппарата типа «Летающее крыло»

Носов А.В. 
Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Приведен общий обзор беспилотного летательного аппарата типа «летающее крыло» по назначению и классификации, описано применение данного типа беспилотного летательного аппарата в различных целях. 

Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат; БПЛА; летающее крыло; подъемная сила; разведка; авиация; информация. 

GENERAL OVERVIEW OF WING-TYPE UNMANNED AERIAL VEHICLE

A. Nosov 
Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.

The article gives an overview of the flying wing type UAV by purpose and classification; reveals the contents of this type of UAV usage for people.

Keywords: unmanned aerial vehicle (UAV); flying wing; elevating power; reconnaissance; aviation; information. 

Разработка беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) – одно из наиболее перспективных направлений развития современной гражданской и военной авиации.     Использование БПЛА (или дронов) уже привело к значительным изменениям в тактике ведения боевых действий, ожидается, что уже в ближайшем будущем их значение увеличится еще больше. Прогресс в развитии беспилотных летательных аппаратов – вероятно, самое важное достижение последних десятилетий в авиации.

В ближайшие 10–20 лет, благодаря развитию технологий, существенно расширится применение беспилотных авиационных и околоземных космических систем, комплексных решений и услуг на их основе. Возникает новый глобальный сетевой рынок информационных, логистических и иных услуг, предоставляемых флотом БПЛА. В рамках Национальной технологической инициативы этот рынок получил название «Аэронет» (Aeronet). Рынками-предшественниками являются: рынок авиаработ, выполняемых с применением пилотируемых воздушных судов, и рынок услуг дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), представленных космическими аппаратами.

Предпосылкой для появления дистанционно управляемых машин стало открытие электричества и изобретение радио. Австрийская армия использовала управляемые по проводам воздушные шары для бомбардировки Венеции 22 августа 1849 года. В 1892 году компания «Электрические торпеды Симса-Эдисона» представила управляемую по проводам противокорабельную торпеду. В 1897 году британец Эрнест Уилсон запатентовал систему для беспроводного управления дирижаблем, но сведений о постройке такого механизма нет.

Беспилотный летательный аппарат (в разговорной речи также «беспилотник» или «дрон», от англ. drone – «трутень») – летательный аппарат без экипажа на борту. БПЛА могут обладать разной степенью автономности – от управляемых дистанционно до полностью автоматических, а также различаться по конструкции, назначению и множеству других параметров. Управление БПЛА может осуществляться эпизодической подачей команд или непрерывно. В последнем случае беспилотный летательный аппарат называют дистанционно-пилотируемым летательным аппаратом (ДПЛА). Основным, наиболее значимым преимуществом БПЛА/ДПЛА является существенно меньшая стоимость их создания и эксплуатации по сравнению с пилотируемой авиацией. Недостатком беспилотного летательного аппарата является уязвимость систем дистанционного управления, что особенно важно для БПЛА военного назначения.

Вместо термина «БПЛА» может использоваться более широкое понятие «беспилотная авиационная система» (БПАС). Она включает в себя:

  •         собственно беспилотный летательный аппарат;

  •         пункт управления (пульт оператора, приемопередающая аппаратура);

  •         систему связи с БПЛА (это может быть прямая радиосвязь или спутниковая связь);

  •         дополнительное оборудование, необходимое для перевозки или обслуживания беспилотного летательного аппарата.

В качестве объекта исследования рассмотрим БПЛА типа «летающее крыло».

В общем случае «летающее крыло» – разновидность схемы «бесхвостка» с редуцированным фюзеляжем, роль которого играет крыло, несущее все агрегаты, возможно и экипаж, а также полезную нагрузку (рис. 1).
 

 

Рис. 1. «Летающее крыло» 

Особенностью «летающих крыльев», по сравнению с другими типами БПЛА, является отсутствие фюзеляжа, а также больших плоскостей управления, что снижает удельную массу планера и дает возможность существенно увеличить массу полезной нагрузки или запас топлива. Для военного применения очень важно, что формы такого самолета очень легко оптимизировать для снижения эффективной площади рассеяния (ЭПР) и радиолокационной заметности самолета. ЭПР – площадь некоторой фиктивной плоской поверхности, расположенной нормально к направлению падающей плоской волны и являющейся идеальным и изотропным переизлучателем, которая, будучи помещена в точку расположения цели, создает в месте расположения антенны радиолокационной станции ту же плотность потока мощности, что и реальная цель [1].

Согласно проведенному анализу развития БПЛА типа «летающее крыло», которых проектировали и собирали в вузах РФ, можно сделать вывод: при определенных достоинствах (например, геометрическая форма) перед другими типами БПЛА «летающие крылья» обладают рядом недостатков, над устранением которых необходимо работать. Самым главным недостатком схемы БПЛА данного типа, по мнению большинства авиационных конструкторов, является небольшое удаление плоскостей управления от центра масс, что обусловливает их низкую эффективность, делает беспилотник очень неустойчивым, рыскливым в полете. Невозможность решить эту проблему до внедрения электродистанционных систем управления, автоматически поддерживающих прямолинейный полет, привела к тому, что самолеты (беспилотники) такой схемы до сих пор не получили массового распространения [12].

Подводя итог достоинствам и недостаткам «летающих крыльев», можно отметить ряд преимуществ, по сравнению с пилотируемой авиацией, которые были выявлены в результате анализов и опытов. Основные из них: значительное снижение габаритных характеристик (даже по сравнению с классической схемой БПЛА); возможность применения бортового радиолакационного оборудования и различного вооружения; приближение к цели на близкое расстояние; отсутствие пилота; возможность взлета с неподготовленных площадок; многофункциональность и т.д.

Итак, основные достоинства и недостатки БПЛА данного типа мы рассмотрели. Возникает вопрос, для каких целей можно применять «летающие крылья»? Чем они могут быть полезны человечеству? Может лучше от них отказаться, ведь до сих пор они еще не получили массового распространения?

Как представляется, «летающие крылья» в ближайшем будущем еще покажут свою эффективность, например, в военном деле. Вероятно, они будут лучше по некоторым показателям по сравнению с классической схемой БПЛА. Так, для разведки важно, чтобы она произошла без малейших оснований полагать, что враг что-либо заподозрил, а «летающие крылья» менее заметны (имеются в виду габаритные характеристики) в воздухе на больших высотах, чем другие БПЛА. Кроме того, у беспилотных летательных аппаратов полезная нагрузка увеличена за счет редуцирования фюзеляжа. Однако существует проблема, касающаяся дистанционного управления.  

«Летающие крылья» можно использовать для следующих целей:

– осуществление химической разведки и мониторинга;

– применение в гражданских целях – спасательных операциях и пожарном надзоре, для наблюдения за живой природой, мониторинга и фотосъемки недвижимости;

– выполнение функции ретранслятора связи и т.д. [12].

Примеры конструктивной формы БПЛА типа «летающее крыло». По конструкции геометрической формы «летающие крылья» можно разделить на три большие группы (рис. 2): с прямой стреловидностью (А, А1, А2); с обратной стреловидностью (В, В1, В2); крыло прямоугольного типа (С, С1, С2).


             Рис. 2. Конструкции беспилотных летательных аппаратов типа «летающее крыло»

Применение конструкции БПЛА «летающее крыло» в разных странах. C 1922 года в СССР Борис Черановский занимался конструированием и постройкой планеров и самолетов типа «летающее крыло» (планеры БИЧ).

В 1930–1940 гг. авиаконструктором Никитиным разрабатывался торпедоносец-планер специального назначения (ПСН-1 и ПСН-2) типа «летающее крыло» в двух вариантах: пилотируемый тренировочно-пристрелочный и беспилотный с полной автоматикой.

В Германии до Второй мировой войны и во время нее со схемой «летающее крыло» работали братья Вальтер и Реймар Хортен. Ими были спроектированы и построены несколько экспериментальных планеров и самолетов разного назначения.

В частности, по программе «1000-1000-1000» (доставка 1000 килограмм бомб на 1000 километров со скоростью 1000 км/ч) с 1943 года разрабатывался истребитель-бомбардировщик Horten Ho229 (рис. 3) с реактивными двигателями и элементами стелс-технологии.

В США фирма Northrop разрабатывала самолеты по схеме «летающее крыло» с 1930-х годов. Джон Нортроп – основатель данной компании – старался использовать данную конструктивную схему в проектах, где аэродинамическая схема выбиралась на усмотрение разработчика. Так, он применил схему «летающего крыла» при разработке перспективного истребителя P-56 Black Bullet во время войны. Однако после закрытия программы B-49 он прекратил работу в этом направлении, и лишь в проекте Northrop B-2 Spirit схема «летающее крыло» была вновь реализована.

 

Рис. 3. Планер истребитель-бомбардировщик (1943–1945 гг.)

Дальний тяжелый бомбардировщик B-49 фирмы Northrop был создан на базе бомбардировщика XB-35. Программа ХВ-35 была завершена после того, как в 1949 году разбились все летающие прототипы. Однако программа строительства бомбардировщика «летающее крыло» получила дальнейшее развитие – три предсерийные машины были переоборудованы под реактивные двигатели Allison J35-A-5 тягой 1814 кгс и обозначены как YB-49 (рис. 4). Испытательные полеты продолжались на протяжении 1950 годов. Опыт, полученный в результате этих полетов, позже был использован при проектировании бомбардировщика B-2Spirit

 

Рис. 4. «Летающее крыло» Northrop YB-49

Осуществим описание одной из моделей «летающих крыльев». Так, «летающее крыло» Albatros X-7 (рис. 5) разработано специально для полетов по видеокамере на большие расстояния.

Двигатель, винт, регулятор скорости, аккумулятор – все компоненты беспилотника подобраны таким образом, чтобы модель справлялась с поставленными задачами на 100 %. Дальность полета и передачи видеосигнала – менее 8 км. На борту самолета установлена система стабилизации полета, реализована возможность полета по точкам, а также автовозврат в точку взлета. Это одна из самых доступных моделей на рынке.

 

Рис. 5. «Летающее крыло» Albatros X-7

Абсолютно все компоненты проверены, частоты разнесены так, чтобы не мешать друг другу и не создавать помехи датчику GPS. Все это делает модель максимально стабильной и надежной в процессе эксплуатации. 

Основные характеристики Albatros X-7:

  •             Тип летательного аппарата: летающее крыло.

  •             Запуск модели: с руки.

  •             Размах крыла: 1900 мм.

  •             Снаряженная масса: 2200 г (с батареей 5800 мА·ч).

  •             Максимальный полетный вес: 4000 г.

  •             Скорость полета крейсерская: 70 км/ч.

  •             Скорость полета максимальная: 110 км/ч.

  •             Скорость сваливания, менее: 25 км/ч.

  •             Проверенная дальность: 24 км (с батареей 5800 мА·ч).

  •             Проверенная высота полета: 3000 м (с батареей 5800 мА·ч).

  •             Проверенное время полета: 40 мин (с батареей 5800 мА·ч).

Режимы полета:

‒               ручной +;

‒               режим стабилизации полета +;

‒               режим круиз-полета +;

‒               режим полета по точкам +;

‒               режим возврата к месту старта +;

‒               режим автовозврата (при потере связи) +.

На данном уровне развития науки и техники создание БПЛА типа «летающее крыло» является осуществимой задачей.

«Летающие крылья» будут в дальнейшем приносить пользу человечеству. Их можно использовать не только для гражданской, но и для военной авиации (ВВС России): при борьбе с контрабандой и нарушителями границы нашего государства, для пограничной службы (патрулирования), тушения лесных пожаров и т.д.

Действительно, на данный момент беспилотный летательный аппарат рассматриваемого типа по некоторым характеристикам уступает БПЛА классической схемы. Однако, вероятно, современные авиаконструкторы не оставят этот БПЛА в стороне, и в будущем доведут его до совершенства.
 

Библиографический список 

1.            Актуальность применения беспилотных летательных аппаратов для мониторинга, предупреждения и ликвидации ситуаций природного и техногенного характера / А.В. Кочегаров, А.В. Петров, А.Б. Плаксицкий, Д.В. Конорев. Воронеж: Воронежский институт ГПС МЧС России, 2016. 6 с.

2.            Артанов В.В., Бейчук Д.Д. Перспективные беспилотные летательные аппараты // Сб. статей Всерос. молодеж. науч.-практ. конф. «Авиамашиностроение и транспорт Сибири». Иркутск: Изд-во ИрНИТУ, 2016. С. 169–172.

3.            Говорков А.С. Параметры объектов производственной системы при проектировании технологического процесса сборки // Наука. Промышленность. Оборона: труды XI Всерос. науч.-техн. конф. 2010. С. 123–127.

4.            Говорков А.С., Ахатов Р.Х. Представление данных об объектах производственной среды при разработке технологических процессов сборки // Решетневские чтения. 2009. Т. 2, № 13. С. 411–412.

5.            Говорков А.С., Токарев Д.О., Ерофеев М.С. Проект лаборатории производства БПЛА из композиционных материалов // Интеллектуальный и научный потенциал XXI века: сб. статей Междунар. науч.-практ. конф.: в 6 ч. 2016. С. 66–68.

6.            Зарицкий А.К., Говорков А.С. Практическое применение модуля Routing electrical системы NX при проектировании электрожгутов беспилотного летательного аппарата // Авиамашиностроение и транспорт Сибири: сб. статей V Всерос. науч.-практ. конф. 2015. С. 58–66.

7.            Коносевич В.В. Отчет о научно-исследовательской работе по теме «Разработка научно-методических подходов и технологий использования беспилотных летательных аппаратов в лесном хозяйстве». Пушкино, 2010. 106 с.

8.            Лаврентьева М.В. Распознавание электронных моделей для анализа конструктивно-технологических параметров изделия // Актуальные вопросы развития науки: сб. статей Междунар. научно-практ. конф.: в 6 ч. / отв. ред. А.А. Сукиасян. 2014. С. 89–91.

9.            Лаврентьева М.В., Чимитов П.Е. Выборка параметров электронной модели изделия для автоматизированного проектирования технологической оснастки // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2016. № 3 (51). С. 55–60.

10.          Сокольников P.A., Говорков А.С. Практическое применение модуля «Симуляция кинематики» в системе Siemens NX 9 на примере узла беспилотного летательного аппарата // Авиамашиностроение и транспорт Сибири: сб. стат. V Всерос. науч.-практ. конф. 2015. С. 79–85.

11.          Чьен Х.В., Лаврентьева М.В. Определение состава базирующих элементов сборочного приспособления при сборке авиационного изделия // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2013. № 11 (82). С. 74–80.

12.          Govorkov A.S. Technique of designing of the product of aviation technics with maintenance of the set criteria of adaptability to manufacture // Journal of International Scientific Publications: Materials, Methods & Technologies. 2011. Т. 5, № 3. С. 156–161.



comments powered by HyperComments

Возврат к списку


Раз в неделю мы отправляем дайджест с самыми популярными статьями.