1. UNIVERSITATEA POLITEHNICĂ DIN
BUCUREȘTI
Facultatea de Inginerie Aerospațială
PROIECT DE DISERTAȚIE
Student: BALO HUNOR- ISTVAN
Programul de studii: Structuri Aeronautice și Spațiale
Grupa: 958 A
Conducător ştiinţific: Dr. Ing. DUMITRACHE ALEXANDRU
2. TEMA DE DISERTAȚIE
CONFIGURAȚII OPTIME PENTRU DURATA MAXIMĂ
DE ZBOR ALE UAV
Capitolul I. Stadiul actual al UAV- urilor
1. UAV, ( unmanned aerial vehicle), sau altfel spus- dronă
2. clasificarea uav –urilor
3 Misiunea de zbor
Capitolul II. Profilul aripilor
2.1 Alegera profilelor aripilor pentru optimizarea duratei de zbor
3. 1 • Studiu comparativ al dronelor din același categorie
2 • Alegerea profilelor pentru optimizare
3 • Analiza celor trei profile în programul XFLR5
4 • Analiza CFD a profilelor în Ansys
5
• Optimizarea configurației în programul Advanced
Aircraft Analysis
6
• Rezultate și alegerea variantei celei mai bune pentru in
zbor de lungă durată
Schema logică a proiectutlui:
Obiectivul acestui proiect este de a alege diferite tipuri de profile
aerodinamice care pot optimiza durata de zbor a unei drone.
După găsirea profilului potrivit, optimizarea se va face analizând diferite
configurații de poziționare a aripilor pe fuselaj.
4. 1. UAV, ( unmanned aerial vehicle), sau altfel spus- dronă:
Introducere
Termenul de vehicule aeriene fără pilot (UAV), este definit ca un tip de aeronavă
care nu transporta pilot uman, poate zbura autonom sau să fie controlate de la
distanţă , pot fi recuperabile sau de consum, și pot transporta o sarcină utilă
letală sau neletală. Cererea de UAV-uri a crescut semnificativ în ultimii ani.
Dacă până de curând dronele erau utilizate doar în teatrele de război, ele ar putea
deveni cât de curând omniprezente. De la agricultură şi arheologie până la
jurnalism, dronele promit să transforme numeroase domenii în deceniile
următoare.
Momentan, armele cu care sunt dotate dronele ce patrulează câmpurile de luptă
sunt lansate doar în urma comenzilor piloţilor, însă cercetătorii americani
lucrează la conceperea unor sisteme capabile de a lua decizii autonome.
5. 2. Clasificarea dronelor în funcție de masa de decolare, și gabarit:
Nr. Tipul Numele UAV, Dimensiuni Figură:
1. MAV (micro
aerial vehicle);
Sunt drone de
cele mai mici
dimensiuni,
până la 100kg
Honeywell RQ-16A T-
Hawk;
8,4 kg, dimesniune:
încape în două
rucsacuri.
2. De tip mediu,
100 kg- 1000kg
General Atomics GNAT
750;
250 kg, Lungime 5 m,
Anvergură 10 m
3. De tip mare
1000+ kg
Northrop Grumman RQ-4
Global Hawk
14628 kg, Lungime 14.5
m, Anvergură 39.9 m
6. Clasificarea dronelor după forma de aripă:
• aripi planare
• aripi neplanare
- aripi cu diferite configurații de winglet, capăt de aripă
- aripi biplane
- aripi biplane cu configurație închisă: - aripi unite,
- configurația Houck
Fig.1.2.2. Aripi cu configurație unită
Fig.1.2.3. Configurația Houck
7. 3. Stabilirea misiunii de zbor pentru uav-uri
Misiunea de zbor este alcătuită din următoarele (fig. 1.3):
1. Pornirea și încălzirea motorului (Engine start and worm up). 2. Taxi, 3.
Decolare (Take-off), 4. Urcare (Climb), 5. Croazieră ( Cruise), 6. Survolar
(Loiter), 7. Coborâre (Descent), 8-10. Atac (Combat), 11. Dash in, 12.
Urcare (Climb), 13 Croazieră( Cruise-in), 14. Coborâre (Descent), 15,
Aterizare (Taxi and shut down).
Fig.1.3 Misiunea de zbor a dronei
8. 2.1 Alegerea diferitelor profile de aripă:
Nr. Denumire Masă maximă de
decolare
Viteze Anvergură Rază și plafon
1 General Atomics MQ-9 Reaper 4760 kg Maximă
482 km/h
Croazieră
313 km/h
20m 1852km
15240 m
2 General Atomics MQ-1C Gray Eagle 1633kg 280 km/h 17m Plafon
8840m
3 General Atomics MQ-1 Predator
1020kg 217k m/h
Croazieră
130 km/h
16.84m 1100 km
7620m
4 IAI Eitan 4650kg 370km/h 26m 7400 km
14000m
5 Chengdu Pterodactyl I 1100kg 280 km/h 14m 4000
Km
5000m
Studiul comparativ al dronelor:
9. În această lucrare se alege o dronă din categoria mare, adică peste 1000 kg ca
masa maximă de decolare, pentru care se aleg trei profile ale aripii, se vor
analiza aceste profie și se va obține varianta optimă pentru un zbor de lungă
durată. În etapa următoare se va căuta poziția optimă pe fuselaj a aripilor,
pentru a obține o durată maximă de zbor.
Nr. UAV Profilul la încastrare Profilul la vârf
1 General Atomics MQ-9 Reaper Drela GW-19/GW-
25
Drela GW-27
2 General Atomics MQ-1C Gray Eagle - -
3 General Atomics MQ-1 Predator Drela GW-19/GW-
25
Drela GW-27
4 IAI Eitan IAI SA-21 IAI SA-21
5 Chengdu Pterodactyl I - -
Profilele dronelor prezentate:
10. Criterii de alegere a profilelor aerodinamice:
Profilele pot fi alese dintr-o bază de date cu profile, fie cu ajutorul programului
Profili, sau din baza de profile de pe pagina UIUC Applied AerodynamicsGroup
(http://m-selig.ae.illinois.edu).
Principalele criterii aerodinamice de alegere ale profilului dorit și utilizarea acestuia
pentru o aripă de avion:
• Cxmin, coeficientul de rezistență la înaintare minim, cât mai mic, duce la
minimizarea consumului de putere și maximizarea vitezei
• Czmax,coeficientul de portanță maxim, cât mai mare, pentru a scurta distanța
de aterizare
• (Cz/Cx)max,finețea maximă, cât mai mare, în alte cuvinte finețea profilului să fie
cât mai bună pentru o planare eficientă și o rază de acțiune maximă
• (Cz3/Cx2)max, cât mai mare, cerință necesară pentru un timp de urcare minim,
decolare scurtă și obținerea unui plafon ridicat
• Czmax/Cxmin cât mai mare, pentru obținerea ecartei mari de viteze
• Cmo, coeficientul de moment la portanță nulă, cât mai mic, presupune o
deplasare minimă al centrului de presiune
• e/C, grosimea relativă, cât mai mare
12. Profilele Naca seria 6, au fost obținute folosind metode teoretice de îmbunătățire
ca la seria 1. Scopul a fost de a obține profile cu zone maxime unde curgerea
aerului rămâne laminară.
Rezultatele obținute din tunele aerodinamice au arătat că profilele Naca 63A și
64A, se pot utiliza cu rezultate bune și la numere Reynolds mici, de la 300000 la
numere Reynold mai mari 900000.
