Задачи, инструментарий и индикаторы НИР по ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг.

Л.С. Точилов,

уч. секрет. НТС, к.ф.-м.н., tls@msm.ru,

Л.А. Шаповалов,

аспир., инж. – констр. 3 кат.,

А.В. Фетисов,

инж. – констр. 3 кат.,

ОАО «ВПК «НПО машиностроения», г. Реутов

Рассматривается подход к проектированию беспилотного летательного аппарата (БЛА) молодыми учёными. Инструментарий - SolidWorks. Заказчик – Министерство науки и образования. Исполнитель – ОАО «ВПК «НПО машиностроения».

The Article studies the approach to design unmanned aerial vehicle (UAV) by young scientists. Tool kit - SolidWorks. Customer – Ministry of science and education. Contractor – public corporation “VPK “NPO mashinostroenia”.

Представляется результат НИР в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 – 2013 годы, относящийся к организации и выполнению работы в CAD-системе SolidWorks.

В рамках НИР, выполняемой ОАО «ВПК «НПО машиностроения» решаются задачи, связанные с созданием многоуровневой авиационно-космической системы (МАКС), включающей малые космические аппараты (МКА) и беспилотные летательные аппараты (БЛА) разных классов [1].

Одна из задач, которую мы рассмотрим, состояла в разработке силами студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов ОАО «ВПК «НПО машиностроения» конструкции раскрытия крыла БЛА. Впервые в мире такая конструкция крыла была предложена и успешно реализована основателем ОАО «ВПК «НПО машиностроения» академиком В.Н.Челомеем.

Глубокие знания в области проектирования летательных аппаратов (ЛА), включая научное наследие академика В.Н. Челомея, а также современного инструментария для построения и аэродинамических расчетов 3D-моделей студенты получают на аэрокосмическом факультете (АКФ) МГТУ им. Н.Э. Баумана при ОАО «ВПК «НПО машиностроения».

Практика приглашения лучших студентов АКФ к работе по совместительству в ОАО «ВПК «НПО машиностроения» способствует знакомству студентов непосредственно на рабочих местах с современными технологиями разработки ЛА, привлечению выпускников АКФ на предприятие и закреплению молодых ученых и специалистов на предприятии.

На решение этих задач направлены также деятельность научно-образовательного центра (НОЦ) ОАО «ВПК «НПО машиностроения», выполнение НИОКР.

Комплекс индикаторов выполнения НИР в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 – 2013 годы включает не только оценку новых проектных и конструкторских решений, но и используемый инструментарий, а также научные результаты, полученные участниками НИР наряду с показателями научной активности работников предприятия.

ОАО «ВПК «НПО машиностроения» имеет большой опыт разработки БЛА [2]. Использование современного инструментария – SolidWorks – позволило не только выполнить проектирование нового БЛА, но и произвести аэродинамические расчеты.

Пакет SolidWorks 2009 был использован в ОАО «ВПК «НПО Машиностроения» при проведении НИР по направлению «Космические системы» по теме «Определение научно и технически обоснованного облика, состава и характеристик эффективной системы дистанционного зондирования Земли, объединяющей и использующей преимущества космических и беспилотных летательных аппаратов». Он позволил производить полный цикл работ по разработке конкретных агрегатов и узлов, используя принципы «проектирование сверху» и «проектирование снизу». С помощью данного пакета была создана объёмная модель БЛА (рис.1).

рис. 1 Объёмная модель БЛА

На рисунке 2 представлены его проекции.

рис. 2 Проекции БЛА

Исследованы особенности аэродинамической компоновки и тенденции развития БЛА [3]. Произведена компоновка внутренних узлов БЛА, осуществлен массовый анализ. На рис.3 представлен автомат раскрытия крыла.

рис. 3 Автомат раскрытия крыла

Этот элемент компоновки был выбран для доклада не случайно, а с тем, чтобы ещё раз подтвердить, что инженерная школа академика В.Н.Челомея жива, продолжает использовать и совершенствовать его инженерные решения. Приведём цитату из работы [4]: «Проектирование комплекса П-5 базировалось на оригинальных решениях лично В.Н. Челомея, связанных с размещением ракеты со сложенными крыльями в герметическом контейнере и стартом ее из контейнера с нулевых направляющих с автоматическим раскрытием крыльев в воздухе, что, в свою очередь, дало возможность разместить на носителе достаточное количество контейнеров».

рис. 4 Представление крыла конечно-элементной объёмной сеткой

При проектировании БЛА на начальном этапе представляется целесообразным периодически оценивать проведенные теоретические расчёты с помощью конечно-элементных пакетов. Был выбран определённый профиль крыла, обеспечивающий необходимую подъёмную силу для достижения требуемого аэродинамического качества, далее этот профиль был просчитан методами теоретической аэродинамики, после чего было произведено конечно-элементное моделирование с целью подтверждения полученных результатов. Твердотельная модель недеформированного обособленного крыла была представлена его конечно-элементной объёмной сеткой (рис. 4).

Модель была помещена внутрь замкнутой области, аналогичной каналу аэродинамической трубы, на входном и выходном срезе канала были заданы требуемые граничные условия – скорость набегающего потока, его давление, плотность, температура и.т.д. Внутренний объём исследуемой области был, в свою очередь, разделен на конечные элементы, после чего была запущена решающая программа. После того, как течение в рассматриваемом канале вышло на режим, близкий к стационарному, расчёт был остановлен и необходимые результаты были визуализированы (рис.5).

рис. 5 Результаты аэродинамического моделирования

Данные, полученные в результате конечно-элементного моделирования обтекания обособленного крыла, с хорошей точностью совпали с результатами численных расчётов. Также, были произведены конечно-элементные продувки БЛА в целом, с целью визуализации линий тока (рис.6).

рис. 6 Линии тока при продувке БЛА

Литература

1. Натаров Б.Н., Афонин С.В., Точилов Л.С. Беспилотные летательные аппараты в многоуровневой авиационно-космической системе мониторинга http://www.ispl.ru/Bespilotnye_letatelnye_apparaty_v_mnogourovnevoy_aviatsionno-kosmicheskoy_sisteme_monitoringa.html

2. «Оружие и технологии России. Энциклопедия. XXI век», Авиационное вооружение и авионика, Том X, Издательский дом «Оружие и технологии», Москва, С. 420-421, 721, 2005

3. Натаров Б.Н., Афонин С.В., Точилов Л.С., Зайцев Е.А., Заиграев В.В., Колобов А.И., Копылов А.Ю., Шаповалов Л.А., Фетисов А.В. Беспилотные летательные аппараты в многоуровневой авиационно-космической системе мониторинга. Особенности аэродинамической компоновки и тенденции развития http://www.ispl.ru/Modeli_i_metody_aerodinamiki.html

4. Ефремов Г.А. Крылатые ракеты – национальное оружие России. http://submarine.id.ru/history/b62.shtml