Что такое наука? Как выбрать кафедру? Чем заниматься после, а быть может, и во времяучебы? Эти вопросы задаёт себе почти каждый. Ведь фраза: «Вы будете заниматься аэродинамикой...» совсем не объясняет, что именно вам придется делать. Постараемся вам помочь!

Сергей Кузин, студент 3-го курса ФАЛТа (кафедра физики полёта), рассказывает о том, над чем он работает. Быть может, вам понравится — и вы захотите присоединиться. А может быть, поймёте, что нужно искать своё призвание в другой стороне.

С детства увлекаюсь аэродинамикой, и поэтому поступление на ФАЛТ для меня — не случайность, а исполнение мечты.

В общем — все началось с того, что мне предложили участвовать в проекте создания БПЛА небольшого размаха крыла, высокой дальности полета и приличной полезной нагрузки. Я должен был заниматься планером, т. е. формировать облик, определять аэродинамику и т. д. На том этапе проект вел Никита Агеев. Но потом у него стало не хватать времени — и руководителем предложили стать мне. Я согласился.

Обсудили ход и последовательность действий — и приступили к работе.

Прежде всего были определены требования к аппарату:

• дальность полета — более 100 км;
• длительность полета — около 60 мин;
• полезная нагрузка —1 кг.

Как только определились с требованиями, начали предварительно оценивать массу будущего аппарата. Она складывается из различных составляющих — таких как массы планера, двигателя, аккумуляторов, сервомашинок, автопилота, различных компонентов системы управления, системы посадки (предполагается парашют) и, собственно, самой полезной нагрузки + паразитной массы (порядка 20% от массы аппарата). В общем — получилось около 4 000 граммов.

После этого приступили к выбору аэродинамических компоновок. Чтобы повторно не изобретать велосипед, сначала взяли существующие БПЛА с похожими характеристиками. Большинство из них выполнены по схеме «летающее крыло». Ну, собственно, и начали считать эту схему. Расчет производился в программе XFLR5: она бесплатная — и скачать ее может каждый. Позволяет делать расчет на небольших числах Рейнольдса.

Правда, эта программа не может учесть влияние обдува аппарата воздушным винтом, поэтому считали для самолета с толкающим винтом. Кроме того, она не очень хорошо считает модель с фюзеляжем, поэтому рассчитывали только крыло. Считали на крейсерском режиме полета, т. е. скорость около 90 км/ч.

Для начала построили саму геометрию крыла. Затем отобрали нужные профили, проанализировав их характеристики на различных Рейнольдсах и углах атаки. Затем провели анализ самой компоновки при равной скорости, варьируя угол атаки. Получили характеристики, с их учетом вносили изменения в компоновку — и снова получали характеристики. И так в несколько итераций. Кратко о характеристиках: они представляют собой графики (да-да, те самые поляры и т. д.). Это Cy по альфа, Cy по Cx. Это Cy/Cx по альфа (то самое качество). И Cm (момент) по Cy. Плясать начинаешь от Cy. У тебя есть площадь крыла, масса и скорость полета. По этим данным определяешь Cy. Дальше уже смотришь, какими характеристиками обладает ЛА при твоем Cy. Задача — получить максимальное качество. И чтобы он при этом был сбалансирован, а также чтобы запас продольной устойчивости был около 3—5%. Ну, и начинаешь видоизменять немножко, пока не получишь нужное.

Основная проблема заключается в том, чтобы получить качество. Ведь по сути оно зависит от удлинения, которое представляет собой отношение размаха крыла к средней аэродинамической хорде. Т. к. размах ограничен только одним метром, то остается лишь уменьшать хорду, вследствие чего ты уменьшаешь площадь. Это приводит к возрастанию Cy — и оно может вылезти за пределы (там, где происходит срыв потока), соответственно — и качество плывет вниз. Получается замкнутый круг.

Но потом меня осенило. Раз мы не можем увеличить размах, то почему бы вместо одного крыла не взять два?

Получилась схема биплан-бесхвостка (когда нет стабилизатора).

Таким образом, площадь не меняется, а вот удлинение на каждом из крыльев возрастает. Конечно, и Cx возрастает, но я решил проанализировать.
В результате качество получилось выше, чем у предыдущей компоновки.

Естественно, пока рано говорить, какая из них лучше, поскольку не анализировались еще взлетные характеристики.    И  стоит  сравнить, насколько сложнее будет в производстве вторая компоновка.

После того как окончательно будет определена схема аппарата, можно приступать к проектированию и постройке первого летного экземпляра и проводить испытания. Одному с этим будет очень тяжело справиться, поэтому надо будет набирать команду.

Я обращался за советом к преподавателям института и работникам ЦАГИ. В результате получил ценную информацию о выборе аэродинамической компоновки, узнал, на какие аспекты стоит обратить внимание при ее исследовании.

Также мне посоветовали освоить пакет программ ANSYS, которая позволяет более детально и более точно рассчитать характеристики будущего БПЛА, чем я сейчас и занимаюсь.

В общем — работа продолжается!