Параметрический анализ облика беспилотного летательного аппарата на солнечной энергии для проектирования с учетом энергетического и массового баланса

Авиационная и ракетно-космическая техника


Авторы

Чэнь Л. *, Стрелец Д. Ю.**

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

*e-mail: lechen@mai.education
**e-mail: dimstrelets@rambler.ru

Аннотация

Разработана новая математическая модель массы конструкции беспилотного летательного аппарата на солнечной энергии (БПЛАСЭ). На основе математической модели интенсивности солнечного излучения изучено взаимное влияние параметров общего проектирования такого БПЛА с помощью метода численного моделирования с учетом баланса массы и энергетического баланса, включая размах крыла, удлинение крыла, нагрузку на крыло, общую массу и потребную мощность. Результаты исследования позволили разработать практические рекомендации для проектирования энергетически устойчивых БПЛАСЭ, особенно для длительных миссий.

Ключевые слова:

БПЛА на солнечной энергии, удельная нагрузка на крыло, параметры облика крыла, массово-энергетический баланс

Список источников

  1.  Noth A. Design of Solar Powered Airplanes for Continuous Flight. PhD thesis. Swiss Federal Institute of Technology (ETH), Zürich, 2008.
  2.  Кириллов А.В., Деста А.Б. Анализ эффективности применения различных типов силовых установок на беспилотных летательных аппаратах // Актуальные проблемы развития авиационной техники и методов эксплуатации: Сборник трудов XIV Всероссийской научно-практической конференции студентов и аспирантов (09 декабря – 10 февраля 2021; Иркутск). Иркутск: Изд-во Иркутского филиала МГТУ ГА, 2022. Т. 1. С. 145-150.
  3.  Лисейцев Н.К., Самойловский А.А. Современное состояние, проблемы и перспективы развития самолетов, использующих солнечную энергию для полета // Труды МАИ. 2012. № 55. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=30018
  4. Самойловский А.А. Методика формирования облика беспилотных летательных аппаратов с силовой установкой на солнечной энергии: Дисс. ... канд. техн. наук. М., 2016. 147 с.
  5.  Назаренко П.А., Сатарова В.И., Макарова Л.В. Модель БПЛА на солнечной энергии // Известия ТулГУ. Технические науки. 2021. № 10. С. 44-51. DOI: 10.24412/2071-6168-2021-10-44-51 
  6.  Асадов Х.Г., Абдуллаева С.Н., Асланова А.Б. Оптимизация функционирования беспилотных летательных аппаратов, снабженных солнечными панелями, в режимах подъема и спуска // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. 2020. № 63. С. 80-86 DOI: 10.15593/2224-9982/2020.63.09
  7.  Асланова А.Б. Вопросы оптимизации исследования солнечных батарей для энергопитания БПЛА // Горное оборудование и электромеханика. 2022. № 6(164). С. 62-67. DOI: 10.26730/1816-4528-2022-6-62-67
  8.  Youngblood J.W., Talay T.A. Solar-powered airplane design for long-endurance, high-altitude flight. Report AIAA paper No. 82-0811. NASA Langley Research Center Hampton, VA, USA, 1982.
  9.  Rajendran P., Smith H. Future Trend Analysis on the Design and Performance of Solar-Powered Electric Unmanned Aerial Vehicles // Advanced Materials Research. 2015. Vol. 1125, pp. 635-640. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.1125.635
  10.  Rajendran P., Smith H. Implications of longitude and latitude on the size of solar-powered UAV // Energy Conversion and Management. 2015. Vol. 98, pp. 107-114. DOI: 10.1016/j.enconman.2015.03.110
  11.  Sineglazov V., Karabetsky D. Energy system design of solar aircraft // IEEE 2nd International Conference Actual Problems of Unmanned Air Vehicles Developments (APUAVD; 15-17 October 2013; Kiev, Ukraine). pp. 9-11. DOI: 10.1109/APUAVD.2013.6705267
  12.  Wang H., Song B., Zuo L. Effect of High-Altitude Airship’s Attitude on Performance of its Energy System // Journal of Aircraft. 2007. Vol. 44. No. 6, pp. 2077-2080. DOI: 10.2514/1.31505
  13.  Gao X.Z., Hou Z.X., Zheng G., et al. Parameters determination for concept design of solar-powered, high-altitude long-endurance UAV // Aircraft Engineering and Aerospace Technology. 2013. Vol. 85. No. 4, pp. 293–303. DOI: 10.1108/AEAT-Jan-2012-0011
  14.  Rizzo E., Frediani A. A model for solar powered aircraft preliminary design // Aeronautical Journal. 2008. Vol. 112. No. 1128, pp. 57-78. DOI: 10.1017/S0001924000002001
  15.  Montgomery S., Mourtos N.J. Design of a 5 Kilogram Solar-Powered Unmanned Airplane for Perpetual Solar Endurance Flight // 49th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference (14-17 July 2013; San Jose, CA). DOI: 10.2514/6.2013-3875
  16.  Самойловский А.А., Лисейцев Н.К. Методика определения основных проектных параметров беспилотных летательных аппаратов, использующих для полета энергию солнечного излучения // Вестник Московского авиационного института. 2015. Т. 22. № 3. С. 7-16.
  17.  Bakar A., Ke L., Liu H., et al. Design of Low Altitude Long Endurance Solar-Powered UAV Using Genetic Algorithm // Aerospace. 2021. Vol. 8. No. 8: 228. DOI: 10.3390/aerospace8080228
  18.  Zhu X., Guo Z., Fan R., et al. How High Can Solar-Powered Airplanes Fly // Journal of Aircraft. 2014. Vol. 51. No. 5, pp. 1-6. DOI: 10.2514/1.C032333
  19.  Ma D., Zhang L., Yang M., et al. Review of key technologies of ultra-long-endurance solar powered unmanned aerial vehicle // Acta Aeronautica et Astronautica Sinica. 2020. Vol. 41. No. 3: 623418 DOI: 10.7527/S1000-6893.2019.23418
  20.  Zhao S., Yang Y., Zhou L., et al. Nonlinear Static Aeroelastic Analysis and Optimization for High-Altitude Solar-Powered UAV With Large Aspect Ratio // IEEE Access. 2023. Vol. 11. No. 99, pp. 36970-36979. DOI: 10.1109/ACCESS.2023.3235482

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2026