Углов М.А., Акмалиев А.Н.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И СОЗДАНИЕ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА С ПРИМЕНЕНИЕМ ОТЕЧЕСТВЕННОЙ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОМПАС 3D *
Аннотация:
в данной работе рассмотрены проблемы разработки и изготовления беспилотного летательного аппарат (БПЛА), имеющего меньшую стоимость и массу при большей эффективности, что и существующий аналог. Исследованы конструкции существующих БПЛА квадрокоптерного типа, системы автоматизированного проектирования (САПР) применяемые для разработки конструкции БПЛА. На основе проведенного исследования, разработана конструкция нового летального аппарата с использованием отечественного САПР «КОМПАС- 3D v.21». На следующем этапе на 3Dпринтере распечатан корпус и тяговые винты нового БПЛА«KOBUV.01». Характерным отличием от аналога является применение облегченной конструкции корпуса и увеличение тягового усилия винтов, что в итоге снизило стоимость летального аппарата относительно аналога.
Ключевые слова:
БПЛА, КОМПАС-3D, 3D модель
Введение. «Беспилотный летательный аппарат (БПЛА) (дрон) представляет собой воздушное судно без пилота..., которое выполняет полет без командира воздушного судна на борту и либо полностью дистанционно управляется из другого места с земли, с борта другого воздушного судна, из космоса, либо запрограммировано и полностью автономно» – определение БПЛА, одобренное Ассамблеей ИКАО [1]. Актуальность работы. В настоящее время БПЛА нашли широкое применение в гражданской и военной авиации, где они выполняют аэрофотосъемку наземных объектов, участвуют в поисково-спасательных работах, осуществляют разведку местности, выполняют боевую работу и т. д. БПЛА по сравнению с пилотируемыми летательными аппаратами отличаются относительно низкой стоимостью, несложной технологией изготовления, не требуют применения аэродромов к тому же современная электроника позволяет автоматически строить точную траекторию движения аппарата. В нашем колледже обучаются студенты различных специальностей: технологи машиностроения, электрики, электронщики, механики и т.д. Работая над новым проектом, студенты в полной мере использовали профессиональные компетенции приобретенные в период обучения, а также приобрели новые компетенции связанные с разработкой БПЛА.Проблема. Широкому распространению БПЛА препятствует их высокая стоимость и законодательное ограничение на свободные полеты в открытом пространстве БПЛА массой более 250 граммЦели проекта. - разработать конструкцию и чертежи БПЛА в САПР «КОМПАС- 3D v.21»,-изготовить БПЛА, не уступающий по подъемной силе, к тому же имеющий более низкую стоимость и массу чем аналог.Задачи проекта:- исследовать существующие конструкции БПЛА,- разработать конструкцию нового БПЛА используя САПР «КОМПАС- 3D v.21»,- разработать конструкторскую документацию нового БПЛА,- изготовить на 3D принтере новый БПЛА, сочетающий простоту конструкции, увеличенную тяговую силу при низкой стоимости относительно существующих аналогов,- тестирование полета нового БП. Беспилотный летальный аппарат «KOBU V.01»Проведя анализ востребованных конструкций БПЛА квадрокоптерного типа, выбираем в качестве прототипа «Квадрокоптер E58»,имеющий многочисленные положительные отзывы и самую низкую стоимость в своем размерном ряду.БПЛА «Квадрокоптер E58» имеет следующие характеристики (И.2.1.): Частота: 2,4G Канал: 4 канала Гироскоп: 6 A XIS. Аккумулятор квадрокоптера: литиевая батарея 3,7 В, 1600 мАч Аккумулятор передатчика: 3 х 1.5 батареек АА Время зарядки: 60-70 минут. Время полета: 16-20 минут. Вес дрона: 250 г (с батареей). Дальность дистанционного управления: 80-100 м Камера: 720PСила тяги -0.49 НРазмер: 27,5*25*5см - Цена от 3500 до 6000 руб.В результате анализа конструкции аналога, нами создан новый БПЛА - «KOBU V.01» не уступающий по подъемной силе, к тому же имеющий более низкую стоимость чем аналог. Увеличение подъемной силы получено за счет уменьшения массы конструкции и увеличения величины шага у лопастей квадрокоптера, (угол атаки увеличен на 5 градусов). Это привело к тому, что масса уменьшена более чем на 50 граммов, а усилие тяги увеличено на 0.5 Н.Увеличение подъемной силы позволяет не только увеличить поднимаемый груз, но и высоту полета.Корпус «KOBU V.01» состоит из верхней и нижней части на которой установлены стандартные 4 бесколлекторных электродвигателя, аккумулятор и плата управления полетом.Корпус спроектирован и собран в САПР «КОМПАС- 3D»v.21. На следующем этапе на 3Dпринтере распечатан корпус и тяговые винты нового БПЛА «KOBUV.01».Затем проведены испытания полета БПЛА - «KOBU V.01», измерено усилие тяги развиваемое новыми винтами. В результате применения новых винтов и облегченной конструкции усилие тяги возросло более чем в 2 раза.Далее мы провели экономическое обоснование изготовления БПЛА - «KOBU V.01». Стоимость нашего БПЛА составляет 1360 рублей, что более чем в 2 раза меньше стоимости аналога.Практическая значимость работы. БПЛА «KOBU V.01» изготовлен в кружке научно-технического творчества «Proпрограммирование» и может применятся строителями при планировки местности, газовиками при поисках повреждения газопроводов, а также для демонстрации возможностей проектирования деталей и сборок в САПР «КОМПАС- 3D» v.21технологами машиностроения. Масса нового БПЛА менее 250 грамм, что позволит применять его без ограничений на открытой территории области.Выводы. Нами исследованы существующие конструкции БПЛА квадрокоптерного типа грузоподъемностью до 1 Н. В результате в качестве аналога выбран «Квадрокоптер E58», имеющий грузоподъемность 0.49 Н.Разработан и изготовлен новый БПЛА - «KOBU V.01» не уступающий по подъемной силе, к тому же имеющий более низкую стоимость и массу чем аналог.Увеличение подъёмной силы получено за счет уменьшения массы конструкции и увеличения величины шага у лопастей квадрокоптера, (угол атаки увеличен на 5 градусов). Это привело к тому, что масса уменьшена более чем на 50 граммов, а усилие тяги увеличено на 0.5 Н. Стоимость нового БПЛА составляет 1360 рублей, что более чем в 2 раза меньше стоимости аналога.Дальнейшие исследования будут направлены на разработку и создание нового БПЛА - «KOBU V.02», имеющего более высокое усилие тяги на базе микроконтроллера Arduino.
Номер журнала Вестник науки №12 (69) том 3
Ссылка для цитирования:
Углов М.А., Акмалиев А.Н. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И СОЗДАНИЕ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА С ПРИМЕНЕНИЕМ ОТЕЧЕСТВЕННОЙ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОМПАС 3D // Вестник науки №12 (69) том 3. С. 1019 - 1028. 2023 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/11751 (дата обращения: 19.05.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2023. 16+