Образование, наука
 Проверено
|
Пусковые установки беспилотных летательных аппаратов.В настоящее время широкое распространение получили беспилотные летательные аппараты [1].Беспилотные летательный аппараты выполняют широкий спектр задач мониторинга Земли. Для взлета малоразмерных беспилотных летательных аппаратов широко используются пусковые устройства типа катапульты, позволяющие обеспечить быстрый и эффективный взлет указанных летательных аппаратов с силовой установкой сравнительно небольшой мощности. Основные предъявляемые к ним требования: – надежность, которая заключается в работоспособности механизма в разных климатических условиях, исключении повреждения дорогостоящего летательного аппарата, надежности запуска; – эргономичность, связанная с минимизацией массогабаритных характеристик, простотой использования, минимальным временем развертывания и свертывания; – высокие эксплуатационные качества, заключающиеся в долговечности, ремонтопригодности, пригодности к утилизации. Известные способы взлета малоразмерных беспилотных летательных аппаратов с катапульты, оборудованной тележкой, перемещаемой разгонным устройством по направляющим, в целом могут быть охарактеризованы следующим образом. Перед запуском с помощью стыковочного устройства летательный аппарат присоединяют к тележке, расположенной на катапульте в стартовом положении, а после ее разгона любым методом до требуемой скорости летательный аппарат отсоединяют от тележки, а тележку останавливают. Так же сюда могут входить различные вспомогательные механизмы для плавного ускорения, механизмы осуществляющие подброс, создающие встречный поток и др., схемы которых показаны на рис. 1.  Рис. 1. Вспомогательные механизмы: а) механизм подброса в конце разгона, б) система создающая встречный поток. Для летательного аппарата небольшой массы (5–10кг) рационально использовать катапульты на основе упругих элементов, чаще всего резиновых тросов. Такие двигатели просты, надежны, предоставляют достаточную мобильность и независимость от источников электроэнергии. К тому же по отношению к другим двигателям, в том числе пороховым и пневматическим, практически бесшумны и не загрязняют окружающую среду. Однако резиновый двигатель имеет ряд недостатков. Характеристика деформации резинового шнура при растяжении не является прямолинейной и, кроме того, отличается от характеристик восстановления. В свою очередь, характеристика восстановления резины зависит от времени, в течение которого резина находилась в деформированном состоянии, и от относительной деформации резины. На рис. 2а приведен график деформации и восстановления резины при малом времени деформации. Разница в ходе кривых деформации и восстановления зависит в основном от наличия значительного внутреннего трения при деформации резины. Работа, затрачиваемая на растяжение резины, больше работы, возвращенной при сокращении ее. Отношение возвращенной работы к затраченной носит название коэффициента полезной упругости. Этот коэффициент в зависимости от сорта резины, времени деформации и относительного удлинения при деформации может изменяться в пределах от 35 до 90%.  Рис. 2. График деформации и восстановления резины при: а – малом времени деформации, б – после выдерживания резины некоторое время в деформированном состоянии На рис. 2, б дан график деформации и восстановления резины после того, как она некоторое время была в деформированном состоянии. Как видно из этого графика, в резине, находящейся в деформированном состоянии, уменьшаются напряжения. Это явление носит название релаксаций напряжений. После снятия нагрузки в рассмотренном случае появляется остаточная деформация, однако с течением времени эта деформация уменьшается и резина приходит в свое первоначальное состояние. Такое уменьшение величины остаточной деформации называется упругим последействием резины. Вследствие явления релаксации напряжений, при обычной по времени выдержке на взводе, максимальное движущее усилие может упасть в среднем на 20%. Релаксационные и гистерезисные явления, присущие резине при деформации, могут поставить катапульту в невыгодное положение по сравнению с пружинным аналогом, так как подобные явления практически не свойственны пружинам. Для того чтобы избежать больших потерь на внутреннее трение и, следовательно, максимально увеличить коэффициент упругости резины, а также для того, чтобы энергоемкость не снижалась при длительном пребывании катапульты на взводе, необходимо проектировать катапульту так, чтобы относительная деформация резин не превышала 300%. В этом случае характеристика деформации резины с достаточной степенью точности может считаться обратимой и линейной. Убывающий закон движущей силы в момент старта, заставляет повышать прочность конструкции летательного аппарата из–за удара, что соответственно требует повышенной прочности летательного аппарата в момент старта и, как следствие, снижает полезную нагрузку. Решением этой проблемы может быть построение импульсной катапульты, где упругие элементы включаются в работу поочередно по мере движения летательного аппарата, введения дополнительных передаточных механизмов, использование амортизирующих элементов между вагонеткой и летательным аппаратом, возможно комбинирование методов или поиск другого принципа запуска (рис. 3, рис. 4).  Рис. 3. катапульта с двигателем вращения Рис. 4. закон движущей силы при импульсной компоновке катапульты. В качестве примера рассмотрим движение тележки с летательным аппаратом в момент запуска при дополнении упругого амортизационного элемента (рис. 5).  Рис. 5. 1 – резиновый трос; 2 – амортизирующий элемент. Напишем дифференциальное уравнение движения для системы с двумя степенями свободы (x и y) и решим его. m1 – приведенная масса тележки и упругого троса, с пружиной, m2 – приведенная масса летательного аппарата и тележки (в общей математической модели трение скольжение и качения в тележках зависит от конструктивных особенностей и учитывается коэффициентами фиктивности). x – перемещение передающей тележки; y – деформация пружины (относительное перемещение тележки с летательным аппаратом.); c1 – жесткость резинового троса; c2 – жесткость амортизирующего элемента; R – сопротивление движению; лямда0 – начальная деформация резинового троса; po – плотность воздуха; S – коэффициент лобового сопротивления. Для составления дифференциального уравнения воспользуемся уравнением Лагранжа II рода. Начальные условия:  (допущение);  .Кинетическая энергия системы. 
Определим обобщенные силы: 
Получим систему уравнений: 
После подстановки выражения для аэродинамической силы:   Рис. 6 Закон движущей силы, действующий на тележку с летательным аппаратом. Решение показано на рисунке 6. Пунктирной линией обозначено абсолютное перемещение летательного аппарата во времени, которое является разностью переносного и относительного перемещений: x(t)+y(t). Численные значения были взяты для летательного аппарата ~8 кг. Математическая модель позволила осуществить анализ компоновки стартового устройства с дополнительным упругим элементом, при правильном определении параметров осуществлять плавное ускорение летательного аппарата.  Рис. 7. 1 – абсолютное перемещение летательного аппарата; 2 – относительное перемещение летательного аппарата (деформация пружины – y); 3 – перемещение передающей тележки (переносное движение – х) Схема с дополнительным упругим или демпфирующим элементом позволяет избавиться от такого недостатка, как удар в начале движения. Как показано на рисунке 6 и 7, было достигнуто плавно возрастающее ускорение, позволяющее снизить требование к прочности конструкции летательного аппарата, вызванное ударными нагрузками стартовых устройств. Статья написана Аленченков Г.С. |
 Консультация
|
С днем светлой пасхи!! 
Одаренные дети – особенное звено
Образование в России очень коррумпировано
