Модель аэродинамических нагрузок на поверхности управления беспилотных летательных аппаратов для наземных испытаний

Авиационная и ракетно-космическая техника


Авторы

Ковалев М. А.*, Кириллов А. В.**, Ситников В. В.***

Самарский университет, Московское шоссе, д. 34, г. Самара, Россия

*e-mail: kovalev.ma@ssau.ru
**e-mail: aleksey.v.kirillov@ssau.ru
***e-mail: vlsitnikovvl@gmail.com

Аннотация

Представлены результаты разработки и исследования математической модели системы имитации аэродинамических нагрузок (СИАН), возникающих в полете и действующих на поверхности управления беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) при наземных стендовых испытаниях. Модель предназначена для воспроизведения аэродинамических моментов, действующих на отклоняемые поверхности управления, в частности на элероны, в условиях, максимально приближенных к реальным. Рассмотрена структурная схема системы СИАН. На основе методов аэродинамики и теории автоматического управления выведена итоговая формула для расчета аэродинамической силы с учетом значений воздушной скорости, скорости ветра, пространственного положения БПЛА и углов отклонения рулевых поверхностей. В среде Simulink построена детализированная модель созданной системы и проведен анализ чувствительности модели к изменению воздушно-скоростных параметров полета.  Разработанная модель может быть использована для проведения испытаний БПЛА на стендах полунатурного моделирования.

Ключевые слова:

система управления БПЛА, наземные испытания БПЛА, система имитации аэродинамических нагрузок, полунатурное моделирование, шарнирный момент, элерон, электромагнитный нагружатель, пространственное положение БПЛА

Список источников

  1.  Lukyanov OE, Zolotov DV, Espinosa Barsenas OU, et al. Determining aerodynamic characteristics of small unmanned aerial vehicles involving flight experiment. Vestnik of Samara University. Aerospace and Mechanical Engineering. 2023;22(3):59-74. (In Russ.). DOI: 10.18287/2541-7533-2023-22-3-59-74
  2.  Mikhailov SА, Makhan’ko AА, Hamzah MAH. Algorithm for determining the aerodynamic performance by the flight test results. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Aviatsionnaya tekhnika. 2022(1):123-130. (In Russ.).
  3.  Isaev AM, Linets GI, Isaev MA, et al. Software and hardware complex for simulation modeling of a multirotor uav flight. Infokommunikacionnye Tehnologii. 2020;18(2):177-187. (In Russ.). DOI: 10.18469/ikt.2020.18.2.08
  4.  Sukhykh NN, Rukavishnikov VL. Methods and means for conducting semi-natural modeling of aircraft control processes on a special stand. Polet. Obshcherossiiskii nauchno-tekhnicheskii zhurnal. 2022(8-9):26-34. (In Russ.).
  5. Seroshtanov DA, Strelkov VV. Developing the appearance of a versatile bench with aircraft’s dynamics model and control handles. Avtomatizatsiya v promyshlennosti. 2023(5):14-17. (In Russ.). DOI: 10.25728/avtprom.2023.05.03
  6.  Kirillov AV, Sitnikov VV, Tuchin AL. Automation of the process of testing on-board systems of unmanned aerial vehicles. Vestnik of Samara University. Aerospace and Mechanical Engineering. 2024;23(2):14-27. (In Russ.). DOI: 10.18287/2541-7533-2024-23-2-14-27
  7.  Elgohary AA, Ashry AM, Kaoud AM, et al. Hardware-in-the-loop simulation of UAV Altitude Hold Autopilot. AIAA SciTech Forum (January 3-7, 2022; San Diego, CA & Virtual). DOI: 10.2514/6.2022-1520
  8.  Kiselev MA, Ismagilov FR, Sayakhov IF. Electric actuators for aircraft aerofoils control. Aerospace MAI Journal. 2017;24(2):141-148. (In Russ.).
  9.  Al'bokrinova AS, Grumondz VT. Gliding unmanned aerial vehicle flight dynamics at low speed and launch altitudes. Aerospace MAI Journal. 2017;24(2):79-85. (In Russ.).
  10.  Pravidlo MN, Prokudin SV. Assessment of economic effect at mathematical modeling of aerodynamic characteristics. Aerospace MAI Journal. 2015;22(4):32-37. (In Russ.).
  11.  Golovnev AV, Voronko DS, Danilov SM. Studying aerodynamic interference of the unmanned aerial vehicles at the intervals and height variation in team flight. Aerospace MAI Journal. 2023;30(1):36-44. (In Russ.). DOI: 10.34759/vst-2023-1-36-44
  12.  Bogatyrev VV. Numerical investigations of the aerodynamic characteristics for an improved airfoil with a control surface. Uchenye zapiski TsAGI. 2020;51(3):15-24. (In Russ.).
  13.  Astakhov SA, Biryukov VI, Timushev SF, et al. Aerodynamic interaction simulation during track testing of aircraft products. PNRPU Aerospace Engineering Bulletin. 2023(72):5-20. (In Russ.). DOI: 10.15593/2224-9982/2023.72.01
  14.  Pischasov VM, Bardaev PP, Shemyakin AP, et al. The system for measuring hinge moments in the SibNIA T-203 wind tunnel. Materialy IV Otraslevoi konferentsii po izmeritel'noi tekhnike i metrologii dlya issledovanii letatel'nykh apparatov “Kimila 2020“ (November 10-11, 2020; Zhukovskii). Zhukovskii: TsAGI; 2020. p. 286-292. (In Russ.).
  15.  Akimov VN, Gryzin SV, Parafes SG. Studying the “rudder-drive” system with accounting for the rudder flexural-and-torsional vibrations. Aerospace MAI Journal. 2020;27(3):73-83. (In Russ.). DOI: 10.34759/vst-2020-3-73-83
  16.  Usoltsev AA. Electric drive. St. Petersburg: ITMO University; 2012. 238 p. (In Russ.).
  17.      Pakhomov AN, Krivenkov MV, Pakhomov AN, et al. Teoriya elektroprivoda. Krasnoyarsk: IPK SFU; 2009. 146 p. (In Russ.).
  18.      Besekerskii VA, Popov EP. Theory of automatic control systems: linear systems. Nonlinear systems. The impulse. the system. Digital and adaptive. the system. Sustainability criteria. Random processes. 4th ed. St. Petersburg: Professiya; 2004. 747 p. (In Russ.).
  19.  Golubev AG, Kalugin VT, Lutsenko AYu, et al. Aerodynamics. Moscow: BMGTU; 2010. 687 p. (In Russ.).
  20.      Kitaev VN, Kosvintseva NA, Obrezkov AYu, et al. Aerodynamic angle sensor system. Materialy XXX Mezhdunarodnogo simpoziuma “Nadezhnost' i kachestvo” (May 26 – June 01, 2025; Penza). Penza: Penza State University; 2025. Vol. 2. p. 219-221. (In Russ.).
  21.  Korsun ON, Daneko AI, Motlich PA, et al. Attack and Sideslip of Unmanned Aerial Vehicle in the Absence of Aerodynamic Angle Sensors. Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie. 2022;23(5):274-280. (In Russ.). DOI: 10.17587/mau.22.274-280
  22.  Shevchenko AV, Muravitskaia LA. Computational and experimental studies of aerodynamic characteristics of unmanned aerial vehicles at subsonic speeds. Trudy MAI. 2024(138). (In Russ.). URL: https://trudymai.ru/eng/published.php?ID=182661

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2026