Проекты участников финального этапа НТТМ-2017

← К списку проектов

Проект
Модель транспортно-грузового конвертоплана
НТТМ-2017-0353 | Категория I

Автор:

Коваль Олег Олегович

Научный руководитель:
Неб Сергей Робертович
Организация:
МБОУ ДО «ЦДТТ», МАОУ СОШ № 8,
Красноярский край, Шарыпово
Цель работы
Сконструировать концепт грузового транспортного летательного аппарата с возможностью вертикального взлета и посадки, а так же горизонтального полёта. (Фото 1 и фото 2)
Совмещение двух разноплановых конструктивных схем летательных аппаратов в единую конструкцию, с возможностью создания опытного модельного образца являлось главной нашей задачей.
Взлет и посадка на не большой площади - важная способность как для военного, так и для гражданского летательного аппарата.
В воздухе конвертоплан развивает большую, нежели вертолет, скорость и опережает своих винтокрылых собратьев по дальности полета.
Грузовые конвертопланы имеют большие перспективы на будущее в свете решения проблем гражданской и военной авиации. Они мобильнее, чем самолёты и быстрее чем вертолёты.
Обзор предметной области
Конвертоплан - это летательный аппарат, способный осуществлять вертикальный взлёт и посадку (как это делают вертолёты) и длительный высокоскоростной горизонтальный полет, характерный для обычных самолётов. Так как летательные аппараты этого типа не являются в полной мере ни вертолётами, ни самолётами, это сказывается и на их облике. В результате конфигурация таких летательных аппаратов может принимать самый неожиданный вид. Кроме того, эти летательные аппа¬раты характеризуются двумя резко различающимися режимами полёта.
Конструкция конвертоплана по своей сути достаточно близка самолету вертикального взлета и посадки, но чаще всего их относят к винтокрылым летательным аппаратам из-за большого диаметра винтов (сравнимого с размахом крыла) и их конструктивных особенностей. Большие винты, которыми обладают конвертопланы, позволяют им осуществлять вертикальный взлет и посадку. Но в горизонтальном полете они менее эффективны по сравнению с традиционными самолетными винтами меньшего диаметра.
В 1972 году на МВЗ им. М. Л. Миля под руководством генерального конструктора предприятия Марата Николаевича Тищенко в инициативном порядке был разработан проект транспортно-пассажирского конвертоплана Ми-30. Первоначально его классифицировали как «вертолет-самолет», а затем — «винтоплан». В случае успешных результатов испытаний Ми-30 рассматривался как перспективная замена многоцелевым вертолетам семейства Ми-8. Однако, последовавшие изменения в стране, а затем и развал Советского Союза, сопровождавшиеся сокращением финансирования вооруженных сил и оборонно-промышленного комплекса, привели к тому, что проект отечественного конвертоплана так и не вышел из стадии аналитическо-конструкторских исследований. (Приложение 1)
В настоящее время наиболее известным эксплуатируемым конвертопланом является американский военный конвертоплан V-22 Osprey, полетная масса которого составляет 27,4 тонны, а скорость полета в самолетном режиме равняется 463 км/ч, в вертолетном режиме она существенно ниже – 185 км/ч. Данный конвертоплан в состоянии перевести до 24 человек десанта или взять на борт около 5 тонн груза. (Приложение 2)
Описание результатов проекта
Исходя из наших требований к проекту сконструировать концепт грузового транспортного летательного аппарата, была выбрана силовая установка и конструктивная аэродинамическая схема в представление о габаритах и объемах нашего летательного аппарата. Такая аэродинамическая схема самолета называемая «тандем». В данной схеме несущая система самолета состоит из пары крыльев, расположенных тандем-но друг за другом с продольным разносом и перевозимый груз располагается между крыльями в центре тяжести всей несущей системы самолета. Аэродинамическая схема модели с нижним расположением переднего крыла и параллельным верхним расположением заднего крыла. В плане крыло трапециевидной формы с элеронами. Тип силовой установки - электрический.
Рассчитаем несколько основных параметров, а именно: нагрузка на крыло и тяговооруженность двигателя.
Предполагаемый расчётный вес снаряженной модели - около 1100 г. Далее, зная геометрические данные, рассчитаем полётные характеристики: S крыльев = 30.5 дм. кв.; нагрузка на крыло - 1100/30,5 ~ 36 г/дм – получается достаточно приемлемая нагрузка сопоставимая с обычным пилотажным модельным самолётом.
Тяговооруженность. Это соотношение тяги силовой установки самолета к его весу. Для нашей моделей это соотношение должно быть не менее единицы (теоретически - с тяговооруженностью равной 1 самолет может достаточно уверенно летать).
Мотор, который мы хотим установить с пропеллером 8040 на 3 банках литий-полимерного аккумулятора дает около 500 гр. тяги, их у нас 4, соответственно получается около 2000 гр. тяги. Разделим 2000 на 1100 — и получим тяговооруженность 1.8, что явно больше единицы. Наш модельный конвертоплан теоретически способен лететь с большим запасом тяговооружённости.
В нашей конструкции был разработан механизм поворота двигателей расположенных на гандолах с элементами элеронов.
Конечно, все наши расчёты упрощенные, но для постройки экспериментальной модели достаточны. (Приложение 3)
Фюзеляж коробчатого сечения склеен из пластин пеноизола толщиной 9 мм. Внутренний набор фюзеляжа состоит из 3 шпангоутов вклеенных внутри, а по периметру усилен бальзовыми рейками толщиной 5х5 мм.
Крылья цельной конструкции.
Продольный набор крыла выполнен из пеноизола толщиной 9 мм и усилен сосновым лонжероном сечением 9х2мм. и карбоновой трубкой диаметром 8мм., которая одновременно служит креплением для поворотных гондол двигателей
Крылья обтянуты цветной термоклеющейся плёнкой ORACOVER.
Тактико-технические характеристики модели:
• Размах переднего крыла - 540 мм;
• Размах заднего крыла - 820 мм;
• Длина - 830 мм;
• Общая площадь - 30.5 кв.дм.;
• Нагрузка на крылья - 36-38 кв.дм.;
• Полётный вес с грузом - 1100 гр.;
• Двигатель - безколекторный 150Вт.;
• Аккумулятор – Li.Pl. 2200ммА.
Оборудование
Основная компонентная база электроники во многом стандартна. В конструкции используется четыре мотора, каждый из которых оснащен отдельным внешним контроллером скорости. Взлет по вертолетному, устойчивый горизонтальный полет по самолетному и управление конвертопланом – все это осуществляют четыре электродвигателя мощностью около 150вт каждый с изменяемыми векторами тяги. Также на борту имеется микроконтроллер, приемник радиоуправления, регуляторы хода и аккумуляторный блок, находящийся в среднем отсеке фюзеляжа и являющийся ещё и балластом модели. (Приложение 4)
Описание применимости
Испытания нашего опытного образца показали возможность использования двух разноплановых конструктивных схем летательных аппаратов в единой конструкции, и возможность использования данных летательных аппаратов в гражданской и особенно в военной авиации.
Конвертопланы имеют большие перспективы на будущее в свете решения проблем и военной авиации. Они мобильнее, чем самолёты и быстрее чем вертолёты. Возможно, в скором времени появятся российские программы по созданию таких нужных машин в России.
Дальнейшее развитие проекта
Потребности в численности парка конвертопланов в мире в ближайшие десятилетия будут сопоставимы с численностью парка самолетов и вертолетов. Создание индустрии конвертопланов позволит принципиально изменить схему перевозок авиапассажиров и транспортировку грузов. В сфере освоения нефтегазоносных шельфов РФ, удаленные от материка на 700-1000 км., эксплуатация вертолетов на таких расстояниях не экономична. Возможно создание конвертоплана, станет одним из вариантов в разрешении этой задачи.

Информация предоставлена участником конкурса. Организаторы конкурса не несут ответственности за содержание информации о проекте.

← К списку проектов




Список всех проектов финального этапа с датами защиты

 

© Всероссийский конкурс научно-технического творчества молодежи НТТМ

E-mail: info@konkurs-nttm.ru