Диссертация (Методика выбора проектных параметров комбинированного пульсирующего ВРД со свободнопоршневым нагнетателем для малоразмерных БПЛА)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕУЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ«МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»На правах рукописиМИНИННиколай ВладимировичМЕТОДИКА ВЫБОРА ПРОЕКТНЫХ ПАРАМЕТРОВКОМБИНИРОВАННОГО ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ВРД СОСВОБОДНОПОРШНЕВЫМ НАГНЕТАТЕЛЕМ ДЛЯ МАЛОРАЗМЕРНЫХБПЛА05.07.05 – Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательныхаппаратовДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:профессор, доктор технических наукГалеев Айвенго ГадыевичМосква - 2017ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................

3Глава 1. СУЩЕСТВУЮЩИЕ И ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ДВИГАТЕЛЬНЫЕУСТАНОВКИ БПЛА .................................................................................................... 201.1. Основные типы малоразмерных авиационных двигателей. Обзор. .... 201.2. Анализ особенностей современных малоразмерных двигательныхустановок ..................................................................................................................... 261.3. Выводы по главе 1 .................................................................................... 34Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ КОМБИНИРОВАННОГОПУЛЬСИРУЮЩЕГО ВРД СО СВОБОДНОПОРШНЕВЫМ НАГНЕТАТЕЛЕМ ИМЕТОДИКИ РАСЧЕТА ............................................................................................... 352.1.

Предлагаемая схема комбинированного пульсирующего ВРД сосвободнопоршневым нагнетателем ............................................................................. 352.2. Выбор проектных параметров ................................................................. 412.3. Выбор критериев эффективности при проектировании БПЛА ........... 432.4. Методика расчета комбинированного ПуВРД со свободнопоршневымнагнетателем методом тепловых балансов .................................................................

482.5. Методика тепло-термодинамического расчета комбинированногопульсирующего ВРД со свободнопоршневым нагнетателем ................................... 542.6. Ресурсный анализ свободнопоршневого мембранного нагнетателя ... 632.7. Методика расчета политропических процессов продувки цилиндра . 682.8. Выводы по главе 2 .................................................................................... 80Глава 3.

РАСЧЕТ И КОНСТРУКТИВНАЯ РАЗРАБОТКАКОМБИНИРОВАННОГО ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ВРД СОСВОБОДНОПОРШНЕВЫМ НАГНЕТАТЕЛЕМ ...................................................... 823.1. Комбинированный пульсирующий ВРД со свободнопоршневымнагнетателем .................................................................................................................. 823.2.

Расчет вариантов малогабаритных БПЛА со свободнопоршневымнагнетателем и их характеристики .............................................................................. 913.3. Выводы по главе 3 .................................................................................. 100Глава 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВКОМБИНИРОВАННОГО ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ВРД СОСВОБОДНОПОРШНЕВЫМ НАГНЕТАТЕЛЕМ .................................................... 1014.1. Анализ полученных статических характеристик комбинированногопульсирующего ВРД со свободнопоршневым нагнетателем .................................

1014.2. Результаты расчетов комбинированного пульсирующего ВРД сосвободнопоршневым нагнетателем ........................................................................... 10914.3. Некоторые особенности малоразмерных двигателей ........................ 1154.4. Выводы по главе 4 ..................................................................................

123ЗАКЛЮЧЕНИЕ ................................................................................................. 124СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ............................................................................... 126СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ................................................................................ 1272ВВЕДЕНИЕМногие задачи военного и гражданского назначения решаются сиспользованиемпилотируемыхавиационнойлетательныхтехники.аппаратовПри(ЛА)этомчастоявляетсяприменениедорогиминецелесообразным, а в ряде случаев несет угрозу жизни и здоровью пилота.

В этихусловиях использование беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) позволяетзначительно снизить затраты, обезопасить пилота, обеспечить скрытность иповысить эффективность выполнения поставленных задач. А также такие ЛАоказывают значительно меньшее негативное воздействие на окружающую среду.Важно отметить, что беспилотные ЛА не несут биологический объект насвоем борту и систему его жизнеобеспечения. Конструктивная компоновка такихаппаратов является более эффективной по сравнению с самолетами. СовременныеБПЛА обладают возможностями полностью автоматического полета, могут вестикомплексный мониторинг, передавая данные в реальном масштабе времениназемному оператору, так и автономно, записывая данные мониторинга наноситель информации.

В некоторых особенных ситуациях БПЛА могут быть невозвращаемыми, например, при мониторинге ядерных катастроф и другихчрезвычайных ситуаций. Применение пилотируемых ЛА в подобных ситуацияхзачастую невозможно без исключения риска для жизни пилота и снижения массыполезнойнагрузкизасчетнеобходимостиустановкидополнительногооборудования в системах защиты и жизнеобеспечения.Достоинства дистанционно пилотируемых аппаратов, в полной мере,проявляются в малоразмерных БПЛА [86]. По сравнению с крупноразмернымиБПЛА малоразмерные более дешевы в изготовлении, а, следовательно, их можноизготовить большее количество. Такие аппараты легко транспортировать набольшие расстояния, им, в отличие от крупноразмерных БПЛА, не нужнаподготовленная взлетно-посадочная полоса.

Малоразмерные БПЛА малозаметныи их сложно уничтожить средствами противовоздушной обороны [5, 6, 7].3Классификация, классы и области применения БПЛА приведены на рис. 01и табл. 01.БПЛАМикро БПЛАмасса до 10 кг,время полётаоколо 1 часа,высота полета до1 кмМалые БПЛАмасса до 50 кг,время полётанесколько часов,высота полета до3-5 кмСредние БПЛАмасса до 1000 кг,время полета 1012 часов, высотаполетадо 9-10 кмТяжёлые БПЛАмасса свыше 1000кг, время полёта24 часа и более,высота полёта до20 кмРис. 01. Классы БПЛАТаблица 01. Области применения БПЛАОбласть применения БПЛАГражданские Для видео и других типов мониторинга удаленных илипротяженных объектов, таких как газопроводы, нефтепроводы иЛЭП; Для видеомониторинга, при ликвидации пожаров высокойкатегории сложности; В системе воздушной разведки для предотвращения лесныхпожаров; Для поисково-спасательных операций; Для мониторинга опасных объектов, таких как атомныестанции и химические производства в случае аварии; Видеомониторинг, в том числе во время массовыхмероприятий, в интересах правоохранительных и силовых структур; Предотвращение несанкционированных вырубок леса,браконьерства в национальных парках и заповедниках; Мониторинг дорожной обстановки; Фотосъёмка с воздуха различных объектов; Для составления топографических карт, оперативноекартографирование; Контроль сельскохозяйственных угодий; Для научных исследований, в том числе атмосферных иметеонаблюдений; Экологический мониторинг с воздуха; Разведка ледовой обстановки.ВоенныеОбеспечение обменаинформацией в единоминформационном поле зоныведения боевых действий вреальном масштабе времени; Обеспечение связи приуправлении боевымидействиями; Ведение радиоэлектронной и радиотехническойразведки, радиоэлектроннойборьбы; Обеспечение целеуказания, корректирования иуправления средствамипоражения, запущенными сдругих носителей; Непосредственноеприменение средств поражения; Для охраныгосударственных границ.БПЛА принято классифицировать:– по типу схемы построения: самолётной или вертолётной;– по массогабаритным характеристикам: малые, средние, тяжелые;4– по кратности применения: одноразового и многоразового использования;– по типу старта: наземного, воздушного, воздушно-космического икосмического старта;– по типу посадки: с посадкой по-самолётному (с пробегом) иливертикально, а также с помощью парашюта;– по назначению: для разведки и целеуказания, фото- или видеосъемки,радиоэлектронной борьбы, нанесения ударов по наземным (морским) целям,проведения лётных экспериментальных исследований и т.д.Вне зависимости от классификаций и сфер применения в конструкциидистанционно-пилотируемых летательных аппаратов можно выделить следующиеобязательные элементы (рис.