R-functions in the Analytical Description of the Surface of a Flying Wing Unmanned Aerial Vehicle

Autor: Sheiko, Tetiana I., Maksymenko-Sheiko, Kyrylo V., Sirenko, Volodymyr M., Morozova, Anna I.
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2019
Předmět:
Zdroj: Проблемы машиностроения; Том 22, № 4 (2019); 61-66
Проблеми машинобудування; Том 22, № 4 (2019); 61-66
Journal of Mechanical Engineering; Том 22, № 4 (2019); 61-66
ISSN: 0131-2928
2411-0779
Popis: Безпілотні літальні апарати (БПЛА) стають все більш затребуваними в усьому світі. Область їх потенційного застосування досить велика. Вони використовуються в військових цілях, при доставці вантажів, моніторингу навколишнього середовища, патрулюванні кордонів, повітряній розвідці і картографуванні, контролі дорожнього руху та ін. Ряд важливих переваг БПЛА перед пілотованою авіацією привів до більш активного розвитку цієї галузі, серед яких відносно невелика вартість при великій тривалості і дальності польоту, малі витрати на їх експлуатацію, можливість виконувати маневри з перевантаженнями, що перевищують фізичні можливості людини. Проектування БПЛА і системи керування неможливо уявити без математичного моделювання БПЛА. Для побудови математичних моделей створено швидкодіючі ЕОМ і сучасні програмні засоби, наприклад, такі, як програмні комплекси Solid Works, Ansys CFX, POLYE і ін. Виникає проблема задання та оперативного змінювання геометричної інформації для створення математичної та комп'ютерної моделі проектованого БПЛА. На етапі проектування може бути вирішено багато завдань, які ставляться перед дослідниками при використанні БПЛА. При цьому параметричному заданню поверхонь літальних апаратів приділяється недостатньо уваги. Розширення сфери застосування апарату теорії R-функцій для моделювання поверхонь БПЛА є актуальною науково-технічною задачею. У даній роботі вперше, за допомогою теорії R-функцій, побудовано рівняння поверхні БПЛА, виконаного за схемою «літаюче крило» у вигляді єдиного аналітичного виразу з буквеними параметрами. Таке рівняння може бути використане як під час розв’язання різноманітних практичних задач, так і під час проектування та виготовлення самого виробу, наприклад, на 3D-принтері. Запропонований метод задання форми виробів за допомогою обмеженого числа параметрів може істотно скоротити трудомісткість робіт в CAD-системах в тих випадках, коли потрібно переглянути велику кількість варіантів конструкції в пошуках оптимального розв’язку. В роботі побудовано 14-параметрична сім’я поверхонь БПЛА, виконаних за схемою «літаюче крило». Змінюючи значення буквених параметрів, можна оперативно дослідити різні форми.
Беспилотные летательные аппараты (БПЛА) становятся все более востребованными во всем мире. Область их применения весьма обширна. Они используются в военных целях, при доставке грузов, мониторинге окружающей среды, патрулировании границ, воздушной разведке и картографировании, контроле дорожного движения и др. Ряд важных достоинств БПЛА перед пилотируемой авиацией привел к более активному развитию этой отрасли, среди которых относительно небольшая стоимость при большой продолжительности и дальности полета, малые затраты на их эксплуатацию, возможность выполнять маневры с перегрузками, превышающими физические возможности человека. Проектирование БПЛА и системы управления невозможно представить без их математического моделирования. Для построения математических моделей созданы быстродействующие ЭВМ и современные программные средства, например такие, как программные комплексы Solid Works, Ansys CFX, POLYE и др. Возникает проблема задания и оперативного изменения геометрической информации для создания математической и компьютерной модели проектируемого БПЛА. На этапе проектирования могут быть решены многие задачи, которые ставятся перед исследователями при использовании БПЛА. При этом параметрическому заданию поверхностей летательных аппаратов уделяется недостаточно внимания. Расширение области применения аппарата теории R-функций для моделирования поверхностей БПЛА является актуальной научно-технической задачей. В данной работе впервые, с помощью теории R-функций, построено уравнение поверхности БПЛА, выполненного по схеме «летающее крыло» в виде единого аналитического выражения с буквенными параметрами. Такое уравнение может быть использовано как при решении различных практических задач, так и при разработке и изготовлении самого изделия, например, на 3D-принтере. Предложенный метод задания формы изделий с помощью ограниченного числа параметров может существенно сократить трудоемкость работ в CAD-системах в тех случаях, когда требуется просмотреть большое количество вариантов конструкции в поисках оптимального решения. В работе построено 14-параметрическое семейство поверхностей БПЛА, выполненных по схеме «летающее крыло». Меняя значения буквенных параметров, можно оперативно исследовать его различные формы.
Unmanned aerial vehicles (UAVs) are becoming increasingly demanded worldwide. The scope of their use is very extensive. They are used for military purposes, delivery of goods, environmental monitoring, border patrolling, aerial reconnaissance and mapping, traffic control, etc. UAVs have a number of important advantages over manned aircraft. These advantages include relatively low costs of UAVs at their long flight durations and ranges, their low operating costs, and the ability to perform maneuvers with overloads that exceed the physical capabilities of a human being, making their development more active. One cannot imagine the designing of UAVs and control systems without mathematical modeling. To build mathematical models, high-speed computers and modern software tools have been created, Solid Works, Ansys CFX, POLYE software systems being among them. There arises a problem of specifying and quickly changing geometric information to create a mathematical and computer model of the UAV being designed. At the design stage, there can be solved a lot of tasks that are put before researchers as regards the use of UAVs. At the same time, insufficient attention is paid to the parametric representation of aircraft surfaces. Expanding the scope of using the apparatus of the theory of R-functions for modeling UAV surfaces is an urgent scientific and technical task. In this paper, for the first time, using the theory of R-functions, we build up the equation of the surface of a flying wing UAV in the form of a single analytical expression with alphabetic parameters. This equation can be used in solving various practical problems as well as developing and manufacturing the product itself, for example, on a 3D printer. The proposed method for specifying the shapes of products by using a limited number of parameters can significantly reduce the complexity of work in CAD systems in cases where it is required to view a large number of design options in search of an optimal solution. In this paper, we build a 14-parameter family of flying wing UAV surfaces. By changing the values of alphabetic parameters, we can quickly explore its various forms.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: