Особенности расчета летно-технических характеристик электрической силовой установки беспилотного летательного аппарата самолетного типа c помощью математического моделирования

Авиационная и ракетно-космическая техника


Авторы

Зиненков Ю. В.1*, Луковников А. В.2**

1. Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина», Воронеж, Россия
2. Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова, ЦИАМ, Авиамоторная ул., 2, Москва, 111116, Россия

*e-mail: yura2105@mail.ru
**e-mail: avlukovnikov@ciam.ru

Аннотация

Представлено решение научной задачи, заключающейся в разработке математической модели (ММ) электрической силовой установки (ЭСУ), обеспечивающей расчет ее характеристик во всем эксплуатационном диапазоне высот и скоростей полета беспилотного летательного аппарата (БПЛА) самолетного типа. А также ее интеграции с ММ динамики полета (ДП) в общий алгоритм программы «Расчет тягово-экономических и удельно-массовых характеристик силовой установки и параметров движения летательного аппарата». При описании ММ ЭСУ особое внимание уделено структуре модели, порядку расчета, исходным данным и особенностям ее интеграции с ММ ДП. Особенности интеграции связанны с обеспечением математически универсального расчета силовых установок (СУ) в полете летательного аппарата (ЛА) с двигателями, питаемыми как жидким топливом, так и от аккумуляторных батарей (АКБ). Также представлена оценка качества получаемых доработанной программой результатов моделирования траектории полета произвольного проекта БПЛА с ЭСУ по заданной программе полета.

Ключевые слова:

моделирование движения самолета, первичная энергия на борту, электрический самолет, приводной электрический двигатель, удельная энергия АКБ, обликовые исследования, программа полета, весовой баланс, эффективность Фарадея, потребная емкость АКБ

Библиографический список

  1. Кондратенко М. Электросамолеты: как авиация готовится к революции. URL: https://trends.rbc.ru/trends/industry/610812b29a79470df7a3f7b4
  2. Шереметьев А. Самый большой электрический беспилотник поднимает в воздух до 180 кг груза. URL: https://hightech.fm/2023/01/31/autonomus-cargo-airplane
  3. Моисеев В.С. Силовые установки перспективных беспилотных вертолетов. – Казань: Школа, 2020. – 284 с.
  4. Иванов М.С., Аганесов А.В., Крылов А.А. и др. Беспилотные летательные аппараты: Справочное пособие. – Воронеж: Научная книга, 2015. – 619 с.
  5. Варюхин А.Н., Захарченко В.С., Гелиев А.В. и др. Формирование обликов электрической силовой установки для сверхлегкого пилотируемого самолета // Авиационные двигатели. 2020. № 3(8). С. 5–14. DOI: 10.54349/26586061_2020_3_5
  6. Лютаревич А.Г., Долингер С.Ю., Вяткина Е.А., Тевс В.В. Моделирование электродвигателя с постоянными магнитами для беспилотного летательного аппарата // Динамика систем, механизмов и машин. 2017. Т. 5. № 3. С. 63–68.
  7. Исмагилов Ф.Р., Вавилов В.Е., Уразбахтин Р.Р., Старков Р.С. Концепция создания электрифицированного авиационного двигателя // Вестник УГАТУ. 2020. Т. 24. № 3(89). С. 52–58.
  8. Холкин Д., Чаусов И., Шуранова А. Энергетика беспилотных авиационных систем // Энергетическая политика. 2023. № 8(187). С. 26–37. DOI: 10.46920/2409-5516_2023_8186_26
  9. Козлов С.И., Фатеев В.Н. Топливные элементы – перспективные химические источники электрической энергии // Транспорт на альтернативном топливе. 2014. № 2(38). С. 7–22.
  10. Александров В.И., Шайдуров В.И., Салихов И.И., Соколова Е.С. Источник энергии к беспилотным летательным аппаратам // Актуальные исследования. 2022. № 36(115). С. 23–25.
  11. Пудова Е. Авиатранспорт будущего: какие электрические самолеты уже покоряют небо. URL: https://zoom.cnews.ru/publication/item/64519
  12. Гордин М.В., Рогалев Н.Д., Аверьков И.С. и др. Методика оценки энергетических и массогабаритных характеристик авиационной вспомогательной силовой установки с топливными элементами // Известия Самарского научного центра РАН. 2018. Т. 20. № 6. С. 122–131.
  13. Погосян М.А., Лисейцев Н.К., Стрелец Д.Ю. и др. Проектирование самолетов. – М.: Инновационное машиностроение, 2018. – 864 с.
  14. Мышкин Л.В. Прогнозирование развития авиационной техники: теория и практика. – Изд. 2-е, испр. и доп. – М.: Физматлит, 2008. – 328 с.
  15. Зиненков Ю.В., Луковников А.В. Концепция многодисциплинарного формирования предварительного технического облика силовых установок беспилотных летательных аппаратов военного назначения // Вестник Московского авиационного института. 2022. Т. 29. № 3. С. 94–110. DOI: 10.34759/vst-2022-3-94-110
  16. Луковников А.В. Концептуальное проектирование силовых установок летательных аппаратов в многодисциплинарной постановке // Вестник Московского авиационного института. 2008. Т. 15. № 3. С. 34–43. URL: https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=6441
  17. Simcenter Amesim 2021.2 Electric Storage Library. User’s guide. Siemens Digital Industries Software, 2021. – 116 р.
  18. Simcenter Amesim 2021.2. Electric Motors and Drives Library. User’s guide. Siemens Digital Industries Software, 2021. – 84 р.
  19. Халютин С.П., Давидов А.О., Жмуров Б.В. Электрические и гибридные самолеты: перспективы создания // Электричество. 2017. № 9. С. 4–16. DOI: 10.24160/0013-5380-2017-9-4-16
  20. Халютин С.П. Системы электроснабжения воздушных судов: Учебник. – М.: ИД Академии Жуковского, 2022. – 572 с.
  21. Зиненков Ю.В., Луковников А.В., Федоров Р.М. Расчет тягово-экономических и удельно-массовых характеристик силовой установки и параметров движения летательного аппарата Свидетельство о гос. регистрации программ для ЭВМ RU 2015662803. Бюл. №12(110)2015, 20.12.2015.
  22. Панасюк Г.И., Попов И.А., Привалов Г.В. Авиационные электрические машины: Учебник. – М.: Изд-во ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 1989. – 326 с.
  23. Грузков С.А. Останин С.Ю., Сугробов А.М. и др. Электрооборудование летательных аппаратов. Т. 1. Системы электроснабжения летательных аппаратов. – М.: ИД МЭИ, 2019. – 568 с.
  24. Грузков С.А. Морозов В.А., Нагайцев В.И. и др. Электрооборудование летательных аппаратов: Учебник для вузов. Т. 2. Элементы и системы электрооборудования – приемники электрической энергии. – М.: ИД МЭИ, 2019. – 552 с.
  25. Зиненков Ю.В., Федотов М.М., Разносчиков В.В., Луковников А.В. Подход к математическому моделированию воздушного винта самолета // Вестник Московского авиационного института. 2023. Т. 30. № 4. С. 140–149. URL: https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=177615
  26. Боровиков Д.А. Методика определения оптимального облика гибридных силовых установок с воздушным винтом в системе летательного аппарата. Дис.  канд. тех. наук. – М.: МАИ. 2022. – 113 с.
  27. Lilium's Battery Strategy: Performance at Scale URL: https://lilium.com/newsroom-detail/liliums-battery-strategy
  28. Шевелев А.О., Будаева В.В. Расчет дальности полета электрического самолета // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. 2021. № 65. С. 69–79. DOI: 10.15593/2224-9982/2021.65.07

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2024