Оптимизационный подход к проектированию рамы БПЛА с защитой от обледенения

Авиационная и ракетно-космическая техника


Авторы

Калюлин С. Л.*, Черепанов И. Е.**, Модорский В. Я.***

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, ПНИПУ, Комсомольский проспект, 29, Пермь, 614990, Россия

*e-mail: ksl@pstu.ru
**e-mail: cherepanovie@sbiw.ru
***e-mail: modorsky@pstu.ru

Аннотация

Представлены результаты оптимизационного проектирования силовой рамы беспилотного летательного аппарата (БПЛА) мультироторного типа с защитой от обледенения. По результатам многокритериальной многопараметрической оптимизации масса конструкции луча снижена на 18%, прогиб при нагружении в продольной плоскости БПЛА уменьшился в два раза, прогиб при нагружении в поперечной плоскости уменьшился в 1,4 раза. Конструкция рамы имеет усиленные ребрами жесткости лучи, материал конструкции – полиамид с дискретными частицами углеволокна. Корпусные детали имеют закрытый усиленный контур по периметру, защищающий от внешних метеоусловий, в том числе от дождя, снега, ледяного дождя и ультрафиолета. Применение аддитивных технологий при изготовлении силовой рамы БПЛА позволяет интегрировать в конструкцию противообледенительную систему в процессе печати для снижения образования ледяных наростов при эксплуатации в зимних условиях.

Ключевые слова:

оптимизационное проектирование силовой конструкции рамы БПЛА, численное моделирование обледенения силовой рамы, отечественное программное обеспечение многокритериальной многопараметрической оптимизации, защита рамы от внешних метеоусловий, рама беспилотной авиационной системы из полиамида с дискретными частицами углеволокна

Список источников

  1. Абдуллин И.Н., Чэнь Ф., Тарантаева А.Р. Оптимизация облегченной конструкции композитного крыла беспилотного летательного аппарата на основе алгоритма роя частиц // Вестник Московского авиационного института. 2025. Т. 32. № 3. С. 29-38. URL: https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=185664
  2. Чэнь Л., Стрелец Д.Ю. Исследование применения суррогатной модели в задаче геометрической оптимизации крыла с учетом флаттера // Вестник Московского авиационного института. 2025. Т. 32. № 1. С. 102-111. URL: https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=184453
  3. Лысенков А.В., Ореховский В.В., Кажан Е.В., и др. Методика расчета аэродинамических характеристик и оптимизация профилей для воздушных винтов с использованием численных методов, основанных на решении уравнений Рейнольдса // Вестник Московского авиационного института. 2024. Т. 31. № 3. С. 23-33.
  4. Пхио А., Семенов В.Н., Федулов Б.Н. Оптимизация трансформируемых конструкций летательных аппаратов // Вестник Московского авиационного института. 2024. Т. 31. № 1. С. 32–40.
  5. Karali H, Inalhan G, Tsourdos A. Advanced UAV Design Optimization Through Deep Learning-Based Surrogate Models. Aerospace. 2024;11(8):669. DOI: 10.3390/aerospace11080669
  6. Krznar N, Piljek P, Keran Z. Multirotor UAV Design and Development – Case Study. Tehnički glasnik. 2023;17(4):588-593. DOI: 10.31803/tg-20220909092242
  7. El Adawy M, Abdelhalim EH, Mahmoud M, et al. Design and fabrication of a fixed-wing Unmanned Aerial Vehicle (UAV). Ain Shams Engineering Journal. 2023;14(9):102094. DOI: 10.1016/j.asej.2022.102094
  8. Khaneghaei M, Asadi D, Ebrahimi B, et al. A unified and experimentally validated design framework for long-endurance solar UAVs using model-based multi-objective multidisciplinary optimization. Structural and Multidisciplinary Optimization. 2026;69(1):3. DOI: 10.1007/s00158-025-04194-6
  9. Kumar VA, Sivaguru M, Rohini Janaki B, et al. Structural optimization of frame of the multi-rotor unmanned aerial vehicle through computational structural analysis. Journal of Physics: Conference Series. Vol. 1849, 2nd National Conference on Recent Advancement in Physical Sciences (NCRAPS;  December 19-20, 2020, Uttarakhand, India): 012004. DOI: 10.1088/1742-6596/1849/1/012004
  10. Lu S, Rodriguez A,  Tsakalis K, et al. Design and Characteristics of a New Transformable UAV with both Coplanar and Omnidirectional Features. International Conference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS;  June 21-24, 2022; Dubrovnik, Croatia). p. 831-838. DOI: 10.1109/ICUAS54217.2022.9836144
  11. Parandha SM, Li Z. Design and Analysis of 3d Printed Quadrotor Frame. International Advanced Research Journal in Science, Engineering and Technology. 2018;5(4):66-73. DOI: 10.17148/IARJSET
  12. Путилина П.М., Куцевич К.Е., Исаев А.Ю. Полимерные композиционные материалы на основе углеродных и стеклянных волокон для изготовления деталей беспилотных летательных аппаратов и перспективы их развития // Труды ВИАМ. 2023. № 8(126). С. 85-99. DOI: 10.18577/2307-6046-2023-0-8-85-99
  13. Zubanov V, Volkov A, Matveev V, et al. Optimization of fuel two-stage screw centrifugal pump of rocket powerful turbopump unit. ASME Turbo Expo: Turbomachinery Technical Conference and Exposition (June 11-15, 2018; Oslo, Norway). GT2018-76400. DOI: 10.1115/GT2018-76400
  14. Жуматий С.А., Соболев С.И., Стефанов К.С. Решение оптимизационных гидродинамических задач в распределенной среде на основе вычислительных ресурсов МГУ // Вычислительные методы и программирование. 2010. Т. 11. № 3. С. 66-68.
  15. Marchukov EYu, Egorov IN. Gas Dynamic Modernization of Axial Uncooled Turbine by Means of CFD and Optimization Software. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018;302(1):012027. DOI: 10.1088/1757-899X/302/1/012027
  16. Леонов И.И. Структура атмосферы при формировании высокоинтенсивных гололедно-изморозевых отложений: Дисс. ... канд. техн. наук. М.: МГУ им. М.В. Ломоносова, 2023. 121 с.
  17. Хргиан А.Х. Физика атмосферы. М.: Изд-во МГУ, 1986. 327 с.
  18. Нормы летной годности самолетов транспортной категории НЛГ 25 (Часть 25). М.: Федеральное Агентство воздушного транспорта, 2022. 355 с.
  19. Сорокин К.Э., Аксенов А.А., Жлуктов С.В., и др. Методика расчета обледенения воздушных судов в широком диапазоне климатических и скоростных параметров. Применение в рамках норм летной годности НЛГ-25 // Компьютерные исследования и моделирование. 2023. Т. 15. № 4. С. 957-978. DOI: 10.20537/2076-7633-2023-15-4-957-978
  20. Калюлин С.Л. Расчетно-экспериментальное моделирование процессов обледенения элементов авиационных двигателей при вибрациях: Дисс. ... канд. техн. наук. Пермь: ПНИПУ, 2023. 121 с.



mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2026