Preliminary Concept of an Unmanned Aerial Vehicle for Patrolling of Water Basins

• Autorzy: Tudruj Sylwester , Kozłowska Barbara , Kamieniecki Konrad , Ładyżyńska-Kozdraś Edyta

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0013.6489

Warianty tytułu

PL

Wstępna koncepcja bezzałogowego statku powietrznego służącego do patrolowania akwenów wodnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents a preliminary concept of an unmanned aerial vehicle (UAV) designed with a form of the Kasper wing (known in Polish as the ‘Kasprzyk wing’) and intended for aerial patrolling and monitoring of large water basins, mass gatherings, ground traffic, state borders, and other applications. Considering the potential uses resulting from the applications, the UAV defined in this preliminary concept would have to operate with high-value onboard data acquisition equipment. This is why this paper focus specifically on the problems of security and protection of the onboard data acquisition equipment the purchase costs of which can be several times higher than the costs of building the UAV airframe. This problem brought the authors to the main assumption of the work presented herein: to develop an UAV design which would provide maximum security and protection of the onboard mission loadout even in conditions of complete loss of propulsion and guidance control. The capability of safe emergency unpowered landing of the UAV enabled the application of an reflex airfoil based on the Kasper wing design. In the event of a propulsion power loss, the UAV could automatically begin a low advance velocity flight to reduce the risk of UAV failure upon touchdown. This was how the objective of this work was identified: to study the design criteria and select the materials for the fabrication of the UAV. The fabrication materials were selected to minimise the risk of failure or sinking of the UAV and its high-value onboard loadout in the event of emergency alighting on water. The behaviour of an UAV model at various loads which simulate real-life flight conditions required a multi-faceted analysis; the second part of the work discusses a selection of experimental methods (including an optically active layer method and a digital image correlation method) which will enable testing the strength properties of the fabricated structural elements of the UAV.

PL

W niniejszej pracy przedstawiono wstępną koncepcję bezzałogowego statku powietrznego (BSP) zbudowanego na planie skrzydła Kasprzyka, którego zadaniem miałoby być monitorowanie z powietrza rozległych akwenów wodnych, a także patrolowanie dużych zgromadzeń, ruchu drogowego, granic itp. Z uwagi na powyższe zastosowania, projektowany BSP miałby transportować drogi sprzęt do akwizycji danych, dlatego też szczególną uwagę zwrócono na kwestie bezpieczeństwa i ochrony przenoszonej aparatury, której cena może wielokrotnie przekraczać koszt budowy samego płatowca. Wynika stąd główne założenie prowadzonych prac, którym jest stworzenie konstrukcji bezzałogowego statku powietrznego zapewniającej maksymalną ochronę sprzętu, nawet wtedy kiedy całkowicie straci on napęd i sterowanie. Możliwość bezpiecznego wylądowania bez zasilania daje zastosowanie profilu samostatecznego, zbudowanego w układzie skrzydła Kasprzyka. Po utracie zasilania BSP mógłby automatycznie przechodzić w lot o małej prędkości postępowej, co zmniejszałoby ryzyko jego uszkodzenia w trakcie przyziemienia. W ten sposób wyłoniono cel pracy, którym była analiza założeń konstrukcyjnych oraz dokonanie doboru materiałów do wykonania bezzałogowego statku powietrznego. Materiały konstrukcyjne dobrano tak, aby w przypadku awaryjnego wodowania zminimalizować ryzyko uszkodzenia lub zatonięcia aparatu latającego wraz z kosztownym wyposażeniem. Zachowanie modelu BSP przy różnych obciążeniach symulujących rzeczywiste warunki jego lotu musi być poddane wszechstronnej analizie, dlatego też w drugiej części pracy zostały omówione wybrane metody doświadczalne (metoda warstwy optycznie czynnej oraz metoda cyfrowej korelacji obrazu), które umożliwią zbadanie właściwości wytrzymałościowych wykonanych elementów konstrukcyjnych.

Słowa kluczowe

EN

mechanical engineering; unmanned aerial vehicle; airframe

PL

inżynieria mechaniczna; bezzałogowy statek powietrzny; płatowiec

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 10, Nr 4 (38)
• Strony: 87--98
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., fot.

Twórcy

autor

Tudruj Sylwester

• Warsaw University of Technology, Institute of Micromechanics and Photonics, Warsaw, Poland

autor

Kozłowska Barbara

• Warsaw University of Technology, Institute of Micromechanics and Photonics, Warsaw, Poland

autor

Kamieniecki Konrad

• Warsaw University of Technology, Institute of Micromechanics and Photonics, Warsaw, Poland

autor

Ładyżyńska-Kozdraś Edyta

• Warsaw University of Technology, Institute of Micromechanics and Photonics, Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Cox Jack. 1973. "The Revolutionary Kasper Wing" Soaring 37 (12) : 20-23.
• [2] Kozłowska Barbara. 2011. „Eksperymentalna analiza odkształceń i naprężeń w procesie powstawania i rozprzestrzeniania się stref sprężystoplastycznych w konstrukcjach”. Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej – Mechanika 239.
• [3] Lagattu Fabienne, Jean Brillaud, Marie-Christine Lafarie-Frenot. 2004. “High strain gradient measurements by using digital image correlation technique”. Materials characterization 53 (1) : 17-28.
• [4] Szymczak Tomasz, Paweł Grzywna, Zbigniew Kowalewski. 2013. „Nowoczesne metody określania wytrzymałościowych właściwości materiałów konstrukcyjnych”. Transport Samochodowy 1 : 79-104.
• [5] https://patentimages.storage.googleapis.com/ab/22/02/b951bb09d5fb8f/US4781341.pdf (2018).
• [6] http://www.samolotypolskie.pl (2018).
• [7] https://www.mh-aerotools.de (2018).
• [8] http://www.progmar.sklep.pl/eko-produr-cp-4090-1-05kg-p-72.html (2018).
• [9] http://www.vishaypg.com/micro-measurements (2018).

Uwagi

The authors received financial support for publication of the article from the funds allocated to the statutory activity of the Warsaw University of Technology.