Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 26 июля, печатный экземпляр отправим 30 июля
Опубликовать статью

Молодой учёный

Физические принципы беспилотных летательных аппаратов

Физика
05.09.2022
3873
Поделиться
Библиографическое описание
Иванова, О. М. Физические принципы беспилотных летательных аппаратов / О. М. Иванова, В. А. Логинов, Д. Ю. Цуркан. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2022. — № 35 (430). — С. 9-12. — URL: https://moluch.ru/archive/430/94731/.


Авторы предлагают к рассмотрению развитие беспилотных летательных аппаратов в России на основе традиционных законов физики.

Ключевые слова: физические закономерности, БПЛА.

С началом эпохи авиационных полётов общество столкнулось со значительными энергетическими затратами. Потенциал существующих батарей оказался недостаточным для обеспечения полётов самолётов и вертолётов электрической энергией. Это стало основанием появления дистанционно управляемых или полностью автономных воздушных компонентов. В результате был создан ряд беспилотных летательных аппаратов (БПЛА).

БПЛА представляет собой летательный безэкипажный аппарат, управление перемещением которого в воздушном пространстве происходит благодаря наличию компьютера и программного обеспечения.

На данный момент существует следующая классификация БПЛА.

1) По степени автономности: а) управление дистанционное или полностью автоматическое; б) апериодическая или постоянная подача команд.

2) По конструкции: а) мультимоторный БПЛА, который может покоиться в воздухе, совершать поступательное движение в любом заданном направлении с возможностью поворота вокруг своей оси; б) БПЛА самолётного типа, способный только к поступательному перемещению по заданному курсу; в) однороторный дрон, по конструкции аналогичный вертолёту и использующий ДВС; г) гибридный дрон, сочетающий особенности мультимоторного БПЛА и БПЛА с неподвижным крылом.

3) По назначению: а) разведка; б) нанесение ударов по целям разного базирования; в) перехват целей в воздухе; г) целеуказание; д) трансляция информации и прочее [1, 2].

4) По способу запуска: а) со стартовой катапульты с небольшой площадки. В этом случае необходимо учитывать начальные импульс и угол наклона траектории; б) с ВПП для БПЛА с неподвижным крылом самолётного типа. Подъёмная сила создается в первом случае за счёт подъема аппарата на высоту, во втором случае — при набегании потока воздуха на неподвижное крыло определённой формы [3, с.831].

Основой конструкции БПЛА является рама, выполненная из композиционных материалов, которые обеспечивают требуемую массу изделия.

На раме закреплен ряд комплектующих изделий:

1) полётный контролёр, включающий высотометр, гироскоп, акселерометр, оперативное запоминающее устройство;

2) двигатели и пропеллеры, обеспечивающие устойчивость в полёте;

3) источники электрической энергии (ДВС, аккумулятор).

Создание БПЛА строится на знании физических закономерностей механики, гидроаэродинамики, термодинамики, электромагнетизма, квантовой физики, квантовой оптики, а также наличия творческого и экономического потенциала внутри государства.

Базовые физические принципы необходимы для ряда работ:

1) минимизации размеров БПЛА на основе законов механики, гидродинамики, электродинамики;

2) по разработке конструкции БПЛА, позволявшей нести оборудование, бомбовую нагрузку (при необходимости), топливо. В установлении конструкции учитывается отсутствие физиологических ограничений на перегрузки при выполнении маневров;

3) по установлению времени полета, не ограниченного жизнеобеспечением пилота (от одного часа до нескольких лет) на основе законов механики, электромагнетизма;

4) по снижению требований к надёжности БПЛА, не связанного с прямой угрозой жизни человека, на основе законов механики;

5) по созданию фюзеляжа с хорошей обтекаемостью носовой части. Фюзеляж крупных БПЛА аналогичен самолётам и вертолётам, но в нем отсутствует кабина пилота;

6) по обеспечению простоты топливной системы (солнечные батареи, аккумуляторы, водородные топливные элементы и прочее). ДВС или воздушно-реактивные двигатели, работающие на законах термодинамики и механики, используют с целью увеличения запаса хода;

7) по поддержке хорошей связи и функционирования управляющей аппаратуры при полёте, использующей законы электродинамики;

8) по постановке пассивной и активной защиты;

9) по применению автоматизированных систем;

10) по обеспечению максимума боевой эффективности для ударных БПЛА, использующих законы классической механики.

На учениях «Восток-2022» были представлены отечественные БПЛА: «Иноходец», «Орлан-10», «Форпост», «Ласточка». МО РФ России оснастило БЛА «Орион» легкой многоцелевой управляемой ракетой, действие которой продемонстрировано в ходе специальной военной операции.

В арсенале ВС РФ есть роботы-разведчики и комплексы, способные блокировать диапазоны сотовых сетей условного противника в ближнем радиусе («Элерон-3», «Форпост»). Назначением «Элерон-3» является ведение воздушной фоторазведки объектов. «Форпост» аналогичен израильскому БПЛА IAI Searcher II.

В современной серии БПЛА заложена функция взаимодействия с самолётами и вертолётами:

1) БПЛА даёт целеуказания;

2) возможно осуществление дистанционного управления БПЛА с борта летательного аппарата.

В таблицах 1 и 2 приведены лётно-технические характеристики отечественных БПЛА разного назначения.

В таблице 1 приведены данные лётно-технических характеристик некоторых ударных БПЛА ВКС РФ.

Таблица 1

Лётно-технические характеристики некоторых ударных БПЛА ВКС РФ

Тип

Горизонтальная

скорость, км/ч

Время

пол ё та, ч

Дальность км

Боевая нагрузка, кг

Источник

Сириус

180

20

1000

300

[4]

Форпост-Р

200

16–18

500

100

[5]

Кронштадт

180

20

1000

300

[6]

XQ-58 Valkyrie

450

-

3941

1000

[6]

Гром

800

-

800

2000

[5, 5]

Как следует из таблицы 1, ударные БПЛА ВКС РФ различаются по величине горизонтальной скорости, расчётного времени и дальности полёта, а также боевой нагрузке. Ряд параметров является засекреченным на сегодняшний момент. Этот тип БПЛА не так развит, как в других странах, так как считалось, что в РФ очень хорошо развита авиация, способная нести управляемые и неуправляемые ракеты с разным типом боеголовок. Однако военная специальная операция показала необходимость БПЛА как важнейшей воздушной компоненты МО РФ.

Таблица 2

Сравнительные характеристики некоторых БПЛА ВКС РФ

БПЛА

Способ старта

Дальность

Назначение

Орлан-10

С катапульты

Средняя

Ведение воздушной оптико-электронной разведки, выдача данных для целеуказания ударным средствам; воздушная радиоразведка, воздушная радиотехническая разведка абонентских терминалов сотовой связи, блокировка сотовой связи стандарта GSM, искажение навигационного поля GPS

Элерон-3

С ручной

катапульты

Малая

Ведение воздушной фоторазведки, выдача данных для целеуказания ударным средствам, ретрансляция радиосигнала

Форпост-Р

С ВПП

Малая

Ведение воздушной разведки, выдача данных для целеуказания ударным средствам

Гранат-4

С катапульты

Малая

Ведение воздушной разведки с целью обнаружения станций сотовой связи

Сириус

С катапульты

Средняя

Ведение разведки, нанесение ударов

Как видно из таблицы 2, представленные БПЛА ВКС РФ отличаются назначением, максимальной дальностью полёта, учитывающей расход тепловой или электрической энергии, потенциалом управления движением.

В представленных типах БПЛА указаны два способа старта: с катапульты и ВПП. Первый вариант связан с расчётом баллистических характеристик. Баллистические характеристики — это данные, определяющие закономерности развития процесса выстрела и движения снаряда внутри ствола (масса снаряда, калибр оружия, длина ствола, максимальное давление) или на траектории (начальная скорость, углы бросания, вылета и прочее).

Второй тип старта предполагает наличия ВПП из-за размеров БПЛА.

Таким образом, в работе рассмотрен ряд БПЛА ВКС РФ, принципы действия которых построены на традиционных физических закономерностях. Показано, что каждый аппарат не может функционировать лишь на каком-то одном разделе физики. В работе проведён сравнительный анализ лётно-технических характеристик отечественных БПЛА военного назначения.

Литература:

  1. Авиация: Энциклопедия / гл. ред. Г. П. Свищев. М.: Большая Российская энциклопедия. — 1994. — 736 с.
  2. Сытин Л. Е. Самое современное оружие и боевая техника. М.: АСТ. — 2017. — 656 с.
  3. Турчанов А.М., Никитевич Н.В., Ромушкин А.Ю., Никушкин Н.В. Стартовое устройство запуска свободнолетающих моделей БПЛА// Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2016. — Т.1. — С.831-833.
  4. Новые ударные беспилотники «Иноходец-РУ» поступят в войска в 2023 году [Электронный ресурс]. URL: https://rg.ru/2021/08/26/reg-cfo/novye-udarnye-bespilotniki-inohodec-ru-postupiat-v-vojska-v-2023-godu.html
  5. Степанов А. «Гром» среди ясного неба. [Электронный ресурс]. URL: https://nvo.ng.ru/armament/2021–09–16/1_1158_thunder.html
  6. Гром (БПЛА) [Электронный ресурс]. URL: https//ru. wikipedia.org/iki wiki/Гром (БПЛА)
Можно быстро и просто опубликовать свою научную статью в журнале «Молодой Ученый». Сразу предоставляем препринт и справку о публикации.
Опубликовать статью
Ключевые слова
физические закономерности
БПЛА
Молодой учёный №35 (430) сентябрь 2022 г.
Скачать часть журнала с этой статьей(стр. 9-12):
Часть 1 (стр. 1-75)
Расположение в файле:
стр. 1стр. 9-12стр. 75

Молодой учёный