Wyniki wyszukiwania - BazTech

Ograniczanie wyników

Znaleziono wyników: 1

Liczba wyników na stronie

Wyniki wyszukiwania

Wyszukiwano:
w słowach kluczowych: mbsp

Sortuj według:

Ogranicz wyniki do:

Kluczowe problemy w projektowaniu mikrosamolotów i entomopterów

Galiński C.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Mechanika

2006

z. 214

3-150

Praca przedstawia przegląd technologii stosowanych dla mikrobezzałogowych statków powietrznych (MBSP). MBSP to obiekty latające zdolne do wykonywania użytecznej pracy, wystarczająco małe, aby mogła je obsługiwać jedna osoba i bezpieczne w eksploatacji na silnie zaludnionym terenie. Praca składa się z trzech części. Pierwsza opisuje temat ogólnie. Druga część prezentuje osiągnięcia autora w dziedzinie projektowania mikroentomopterów. Część trzecia przedstawia wyniki prac badawczych autora dotyczących rozwoju mikrosamolotów. Podsumowanie kończy pracę. Ogólny opis tematu zawiera krótką historię rozwoju MBSP, przegląd stosowalnych teorii, technik i technologii. Ponadto przeanalizowano główne problemy rozwoju MBSP oraz możliwości zastosowań. Autor twierdzi, że mikrosamoloty mogą być używane na otwartej przestrzeni, śmigłowce na terenach zurbanizowanych a mikroentomoptery wewnątrz budynków. Mikroornitoptery potraktowano jako zbyt skomplikowane, aby były użyteczne w chwili obecnej. Na koniec przedyskutowano potencjał badawczy każdego z układów. W części drugiej opisano dwie konstrukcje stanowisk badawczych mikroentomopterów. Entomoptery są obiektami latającymi, których konstrukcja jest zainspirowana aerodynamiką owadów. Owady latają wahając w górę i w dół oraz przekręcając skrzydłami w dużym zakresie kątów przy równoczesnym machaniu do przodu i do tyłu. W trakcie tego ruchu końcówka skrzydła porusza się w przybliżeniu po trajektorii w kształcie cyfry osiem, a kąt natarcia skrzydła, dzięki przekręcaniu, zmienia się znacząco. Celem opisanych tu badań było zaprojektowanie i zbudowanie dwóch podobnych do owadów mechanizmów trzepoczących o gabarytach rzędu 150 mm. Głównym celem było stworzenie stanowisk badawczych do badań aerodynamicznych zawisu, ale również stworzenie prototypu przyszłego trzepoczącego MBSP. Rozważano trzy przypadki wyidealizowanych trajektorii w kształcie cyfry osiem: (1) lemniskata Bernoulliego, (2) krzywa Watta szóstego stopnia, (3) krzywe Lissajous. Pierwsza z nich okazała się atrakcyjna teoretycznie, ale niepraktyczna, pozostałe zaś zarówno teoretycznie, jak i praktycznie wykonalne. Najważniejsze skróty Mechaniczna realizacja krzywej Watta szóstego stopnia miata być oparta na połączeniu czworoboku przegubowego z przegubem przestrzennym, podczas gdy krzywe Lissajous byty generowane przez podwójny sferyczny mechanizm jarzmowy z jarzmami stożkowymi. W obu przypadkach mechanizmy uzupełniono krzyżem maltańskim w celu wygenerowania przekręceń skrzydła. Krótko opisano projekt, wykonanie i badania obu mechanizmów. Trzecia część pracy jest poświęcona projektowaniu mikrosamolotów. Kilka prototypów MBSP w układzie stałopłata zbudowano dotychczas w różnych ośrodkach badawczych na świecie. Mają one dosyć dobre osiągi w zakresie długotrwałości i zasięgu. Jednakże mają one trudności z lataniem w turbulentnej ziemskiej warstwie przyściennej, która powoduje znaczną zmienność kąta natarcia. Potencjalne rozwiązanie tego problemu dostrzeżono w trakcie opisanego tu projektu, gdy MBSP w układzie delty wykazał się zdolnością wytwarzania wiru krawędziowego. Wir krawędziowy jest dobrze znanym zjawiskiem, pozwalającym na projektowanie wysokomanewrowych samolotów bojowych, zdolnych do lotów na bardzo dużych kątach natarcia. Wiele z nich jest budowanych w układzie pasmowego skrzydła delta. Założono, że wysokomanewrowy MBSP mógłby być stateczny w silnej turbulencji. Niestety integracja pasmowego skrzydła delta z napędem śmigłowym nie była łatwa. Napęd śmigłowy wydaje się najlepszy dla MBSP w układzie stałopłata. Jednakże śmigło umieszczone z przodu samolotu zmniejszałoby lokalnie kąt natarcia, likwidując możliwość powstania wiru krawędziowego. Z drugiej strony, konfiguracja pchająca byłaby niebezpieczna przy starcie z ręki, jako że kontakt śmigła z ręką osoby wypuszczającej mógłby powodować zarówno zranienia, jak i uszkodzenia samolotu. W związku z tym śmigło umieszczono w szczelinie wewnątrz obrysu skrzydła. W tej konfiguracji strumień zaśmigłowy omywa bezpośrednio powierzchnie sterowe, co jest traktowane jako dodatkowa zaleta, niemal równoważna sterowaniu wektorem ciągu w nowoczesnych samolotach myśliwskich. Model o takiej konfiguracji był testowany w tunelu aerodynamicznym w celu zbadania interferencji pomiędzy strumieniem zaśmigłowym a wirem krawędziowym. Wynik był pozytywny, gdyż wpływ wiru krawędziowego okazał się silniejszy z silnikiem włączonym niż wyłączonym. Następnie zbudowano MBSP do prób w locie. Próby te potwierdziły zalety opisanej konstrukcji. Podsumowanie zawiera wnioski wysnute na podstawie badań przedstawionych w tej pracy, jak również opis planowanych projektów, które mają być podjęte w celu zastosowania dotychczasowych osiągnięć.

This work presents a review of Micro Air Vehicles (MAV) technology. MAV's are defined as flying objects capable of executing useful tasks, small enough to be operated by one person and safe in highly-populated area. It consists of three main parts. The first section describes the subject in general. The second part presents the author's achievements in the area of micro-entomopters design and the third part presents the results of the author's research program devoted to the development of micro-airplanes. The summary concludes the work. The general description outlines a brief history of MAV and reviews existing theories, techniques and technologies applicable. The main problems of MAV development and possible applications are also discussed here. The author asserts that micro-airplanes can be used for open space applications, helicopters for outdoor urban applications whereas micro-entomopters are best for indoor applications. Micro-ornithopters are perceived as being too complicated to be useful at the moment. Finally research potential is discussed. The second part describes two designs of a micro-entomopter test rig. Entomopters are flying vehicles inspired by the aerodynamics of insects. Insects fly by oscillating (plunging) and rotating (pitching) their wings through large angles, while sweeping them forwards and backwards. During this motion the wing tip approximately traces a figure-of-eight and the wing changes the angle of attack (pitching) significantly. The aim of the work described here was to design and build two insect-like flapping mechanisms on a 150 mm scale. The main purpose was to construct test rigs for aeromechanical research on hovering, but also to provide a prototype design for a future flapping wing MAV. Three instances of idealized figure-of-eight were considered: (1) Bernoulli's lemniscate, (2) Watt's sextic, and (3) Lissajous curves. The first of which was found theoretically attractive, but impractical, while the others both theoretically and practically feasible. The mechanical realization of Watt's sextic was to be based on a four-bar linkage combined with a spatial articulation, while Lissajous curves were generated by double spherical Scotchyoke mechanism. In both cases, mechanisms were supplemented by a drive train utilizing a Geneva wheel for a wing-pitch reversal. The actual design, implementation and testing of these conccpts is briefly described. The third part of the work is devoted to the design of micro-airplanes. Several prototypes of fixed wing MAV have been built to date, in different parts of the world. They have achieved quite a good range and endurance performance. However, they suffer from near Earth boundary layer turbulence that creates a high variation in the angles of attack. The potential solution to this problem was noted in the course of the project described here, when delta wing MAV configuration exhibited the existence of leading edge vortex. Leading edge vortex is a well-known phenomenon that allows the design of supermaneuverable jet fighters, capable of flying at very high angles of attack. Many of them utilize a cranked delta wing configuration. It was assumed that highly maneuverable MAV could be stable in turbulent air. Unfortunately, the integration of the cranked delta wing with propeller propulsion was not straightforward. Propeller propulsion seems to be most suitable for a fixed wing MAV. A propeller at the front of the vehicle would decrease the angle of attack locally, thus negating the effect of the leading edge vortex. On the other hand, a pusher configuration would be dangerous for hand launching, as direct physical contact with the propeller by the launching person could cause both personal injury as well as damages to the airplane. Therefore, an airplane configuration was developed with the propeller located in a slot inside the wing contour. The propeller blows directly at the control surfaces in this configuration, which is perceived as an additional advantage, almost equivalent to the thrust vectoring of a modern fightcr airplane. The model of this configuration was tested in the wind tunnel to investigate the co-opera-tion of the leading edge vortex with the propeller stream. The results were positive since the effect of the leading edge vortex appeared to be stronger in motor ON mode than in motor OFF mode. Later on, a MAV was built to test this configuration in flight. The flight testing confirmed the positive characteristics of this design. The summary contains conclusions drawn from all aspects of this work, as well as a descriplion of future projects to be undertaken in order to implement current achievements.