ОПТИМИЗАЦИЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КРЫЛА ПЕРЕМЕННОЙ СТРЕЛОВИДНОСТИ

А.Дж. Д. Аль-Хафаджи; Г. С. Панатов; А. С. Болдырев

А.Дж. Д. Аль-Хафаджи Технологический университет
Г. С. Панатов Южный федеральный университет
А. С. Болдырев Южный федеральный университет

Ключевые слова: Беспилотный летательный аппарат, подъем и перетаскивание, угол поворота, соотношение сторон, SOLIDWORKS, CFD, ANSYS (Fluent)

Аннотация

Беспилотные летательные аппараты (БПЛА) могут иметь различные формы в зави-
симости от типа и условий полета. В данной работе проведена оптимизация аэродинами-
ческих свойств БПЛА за счет угла стреловидности крыла (угла стреловидности) для
уменьшения волнового сопротивления и задержки начала дивергенции сопротивления. Для
этого использовались модели беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), разработан-
ные с пятью различными углами стреловидности крыла (15°, 20°, 25°, 30° и 35°) и различ-
ным удлинением с постоянным коэффициентом конусности = 0,2. Каждое крыло было
построено с аэродинамическим профилем для корневой и концевой хорд SD8020 с малым
числом Маха, равным 0,058 (т. е. скоростью, равной 20 м/с). Все модели крыла были по-
строены для трехмерного изображения с использованием программы SOLIDWORKS, а за-
тем модели этого крыла были проанализированы с использованием ANSYS FLUENT. Были
проведены расчеты значения аэродинамического качества для определения того, какой
БПЛА имеет оптимальное значение подъемной силы и наименьшее лобовое сопротивление
в зависимости от угла атаки (0°, 2° и 4°). Результаты показывают, что аэродинамические
характеристики изменяются в зависимости от величины угла стреловидности и удлине-
ния, максимальное аэродинамическое качество достигается у БПЛА с углом стреловидно-
сти 15° и углом атаки 2°, минимальное аэродинамическое качество у БПЛА со стреловид-
ностью угол 35°, а угол атаки 0°. Из-за постоянного коэффициента конусности, равного
0,2, площадь крыла у каждой модели разная. Лучшая модель с максимальным отношением
подъемной силы к лобовому сопротивлению имеет площадь крыла, равную 1,68 м2, а модель
с минимальным аэродинамическим сопротивлением имеет площадь крыла, равную 0,65 м2.

Литература

1. Gudmundsson S. General aviation aircraft design: Applied Methods and Procedures. Butterworth-
Heinemann, 2013.
2. Bakar A., Ke L., Liu H., Xu Z., and Wen D. Design of low altitude long endurance solarpowered
UAV using genetic algorithm, Aerospace, 2021, 8, (8), pp. 228.
3. Ruzgienė B., Aksamitauskas Č., Daugėla I., Prokopimas Š., Puodžiukas V., and Rekus D. UAV
photogrammetry for road surface modelling, Baltic journal of road and bridge engineering,
2015, 10, (2), pp. 151-158.
4. Marqués P. Advanced UAV aerodynamics, flight stability and control: an Introduction, Advanced
UAV aerodynamics, flight stability and control: novel concepts, theory and applications,
2017, pp. 1.
5. Chung P.-H., Ma D.-M., and Shiau J.-K. Design, manufacturing, and flight testing of an experimental
flying wing UAV, Applied Sciences, 2019, 9, (15), pp. 3043.
6. Himer S.E., Ouaissa M., Ouaissa M., and Boulouard Z. General Parametric of Two Micro-
Concentrator Photovoltaic Systems for Drone Application, Computational Intelligence for
Unmanned Aerial Vehicles Communication Networks. Springer, 2022, pp. 275-289.
7. Al-Turjman F. Unmanned Aerial Vehicles in Smart Cities. Springer, 2020.
8. Bertin J.J., and Cummings R.M. Aerodynamics for engineers. Cambridge University Press,
2021.
9. Houghton E.L., and Carpenter P.W. Aerodynamics for engineering students. Elsevier, 2003.
10. Hitchens F. The encyclopedia of aerodynamics. Andrews UK Limited, 2015.
11. Sóbester A., and Forrester A.I. Aircraft aerodynamic design: geometry and optimization. John
Wiley & Sons, 2014.
12. Anderson J. EBOOK: Fundamentals of Aerodynamics (SI units). McGraw hill, 2011.
13. Fahlstrom P.G., Gleason T.J., and Sadraey M.H. Introduction to UAV systems. John Wiley &
Sons, 2022.
14. Collicott S.H., Valentine D.T., Houghton E., and Carpenter P. Aerodynamics for Engineering
Students. Butterworth-Heinemann, 2016.
15. Gülçat Ü. Fundamentals of modern unsteady aerodynamics. Springer, 2010.
16. Dragos L. Mathematical methods in aerodynamics. Springer Science & Business Media, 2003.
17. Nguyen M.T., Nguyen N.V., and Pham M.T. Aerodynamic analysis of aircraft wing, VNU
Journal of Science: Mathematics-Physics, 2015, 31, (2).
18. Küchemann D. ‘he aerodynamic design of aircraft’ (American Institute of Aeronautics and
Astronautics, Inc., 2012.
19. Moran J. An introduction to theoretical and computational aerodynamics. Courier Corporation,
2003.
20. Anderson D.F., and Eberhardt S. Understanding flight. McGraw-Hill Education, 2010.