Создание прототипа многофункционального БПЛА вертикального взлета и посадки на основе перспективного осецентробежного вентиляторного движителя

Название проекта:

Направление проекта:

Новые приборы и аппаратные комплексы

Приоритетное направление:

Транспортные и космические системы

Критическая технология федерального уровня:

Технологии создания ракетно-космической и транспортной техники нового поколения

Отрасль экономики:

Научные исследования и разработки

Область знаний:

Авиастроение и воздушный транспорт

Ключевые слова:

беспилотный летательный аппарат, авиастроение

Автор проектной идеи, участник реализации проекта:

Фамилия, Имя, Отчество:

Цыбенко Вадим Юрьевич

Дата рождения:

29.12.1991

Пол:

Мужской

Почтовый индекс:

Калининградская обл., Гурьевский р-н., г. Гурьевск, Ясный пер.

Почтовый адрес:

238300

Регион:

Калининградская область

Город:

Калининград

Номер телефона:

8(891) 752-0580

Факс:

Контактный email:

vadimtsybenko@yandex.ru

Учёная степень:

Учёное звание:

Место учебы:

Московский физико-технический институт

Специальность:

Механико-математический факультет

Место работы:

Московский физико-технический институт

Должность:

Аспирант

Профессиональные достижения:

Заявитель обладает глубокими познаниями и широкой эрудицией в области авиационной и космической техники. Имеется опыт проектирования, постройки и летных испытаний беспилотных летательных аппаратов. Заявителем разработаны несколько различных типов двигателей для беспилотных систем, уже созданы и испытаны опытные образцы. 2. Знание авиационных материалов и технологий, опыт их применения. У заявителя есть опыт в создании конструкций из дюралюминия с использованием заклепочных и болтовых соединений с необходимой защитой поверхности металла от коррозии (принимал непосредственное участие в постройке двухместного легкого самолета Exelsior, Калининград). Разрабатывались конструкции, собранные из листов нержавеющей стали и алюминиевых сплавов, скрепляемых точечной сваркой (лаборатория робототехники НИЯУ МИФИ). В рамках различных проектов были также апробированы композитные материалы, такие как углепластики и стеклопластики, в сочетаниях с пенополистироловым наполнителем и без него. В частности по композитной технологии была построена радиоуправляемая гоночная яхта класса F5M (выклеенный в матрице корпус-монокок из стеклопластика), а также радиоуправляемые модели гидросамолета типа летающее-крыло и экраноплана (технология оклейки поверхностей пенопластовой основы стеклотканью). В этих конструкциях также использовалась технология штамповки деталей из листовых термопластов.

КОМАНДА (перечислить всех членов команды):

Ф.И.О.:

Цыбенко Юрий

Дата рождения:

Адрес:

Телефон:

Email:

Компетенции в команде:

Ф.И.О.:

Ступкин Сергей

Дата рождения:

Адрес:

Телефон:

Email:

Компетенции в команде:

НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ПРОЕКТА:

Цель выполнения НИОКР:

Разработка и испытание прототипа беспилотного летательного аппарата вертикального взлета и посадки (БПЛА ВВП) с перспективным осецентробежным движителем

Задачи выполнения НИОКР:

Ввиду небольшого количества деталей и относительно простой их формы будут снижены технологические требования к производству, а также в целом повысятся надежность всего аппарата по сравнению с аналогами. Используемые технологии не потребуют дорогих производственных установок и будут легко автоматизированы, не будет необходимости в большом числе рабочего персонала. Конструкция летательного аппарата блочная, большая часть деталей будет изготовлена из термопластов методом вакуумной формовки в матрице. Характерные толщины листовых пластиков от 0,48 до 3 мм. Детали соединяются друг с другом термическим методом (пластическая деформация под действием давления и температуры), частично будут использованы клеевые швы и соединения винт-гайка. Использование эпоксидных смол (и других подобных токсичных веществ) будет сведено к минимуму (только для изготовления рабочих матриц, а непосредственно на моделях – лишь для клеевых швов). Только небольшая часть наиболее нагруженных деталей будет производиться из листового стеклотекстолита фрезеровкой. На токарном станке будут изготовлены из дюралюминия вал вентилятора и корпус для подшипников. Предложенный беспилотный летательный аппарат будет достаточно компактен (размеры - 120х120х20 см), не будет иметь длинных выступающих частей (консолей крыла, выносных хвостовых балок) склонных к поломке, не потребует сборки или разборки для транспортировки. Развертывание на месте запуска будет производится очень быстро, так как не потребуется сборка после распаковки. Продукт будет транспортироваться до потребителя в плоской квадратной коробке соответствующих габаритов. Для удобной и защищенной переноски летательный аппарат, возможно, поставляться вместе с сумкой. Техническое обслуживание не потребует дополнительных специальных навыков и знаний от операторов БПЛА сверх их специализации.

Научная новизна предлагаемых в проекте решений:

На данный момент на рынке широко представлены решения типа беспилотных мультироторных аппаратов (мультикоптеров), вертолетов, а также начинают появляться первые беспилотные самолеты вертикального взлета и посадки (СВВП). Все они способны к вертикальному взлету и посадке с малых площадок. Однако мультикоптеры и вертолеты энергетически неэффективны и имеют низкие летно-технические характеристики (продолжительность полета 20-40 мин, малая дальность, а значит мала площадь покрытия - порядка квадратного километра). Существующие бесплотные СВВП имеют примерно в 3 раза лучшие характеристики по дальности и времени полета, однако конструктивно весьма не совершенны, и как следствие шумны, имеют низкий уровень безопасности, зачастую представляют собой дорогостоящие конструкции с малой весовой отдачей. Как правило, все представленные мультикоптеры и вертолеты имеют открытые винты, а значит, существенно более опасны и шумны по сравнению с предлагаемой разработкой. Ценовые параметры имеет смысл сравнивать, задавшись определенной категорией БПЛА. Например, средний мультикоптер с весом до 10 кг и длительностью полета около часа имеет диапазон цен для простейших моделей от 1000$, профессиональных – от 10000$. Модели БПЛА по типу вертолета, как правило, еще более дороги (как минимум в 2 раза) из-за использования сложной механики (редукторов, муфт, автомата перекоса, приводных валов для хвостового винта). Предполагается, что представленный в данной заявке БПЛА будет иметь на 20-30% меньшую стоимость за счет применения более дешевых материалов (термопласты), двигателя собственной более простой конструкции, печатных схем собственной разработки. Использование электрических батарей меньшей ёмкости за счет большей энергетической эффективности движителя и всего аппарата в целом также приведет к снижению цены продукта. Планируемая цена - 1100$, что лежит в начальном ценовом диапазоне для аппаратов с данной взлетной массой (до 10 кг). При этом представленный БПЛА обеспечит существенно больший функционал благодаря лучшим по сравнению с аналогами характеристиками. Разработка нацелена на рынок беспилотных летательных аппаратов в сегменте микро-БПЛА. Предполагается, что проект заинтересует потенциальных потребителей научно-технических результатов (операторов БПЛА), меньшей стоимостью, чем у конкурентов, большой гибкостью, универсальностью в применении, а также значительной скоростью (достижимо 250 – 350 км/ч), временем полета до 2-3 часов и радиусом действия до 500 км. Последнее особенно важно, например, для БПЛА, перемещающегося над значительными по площади территориями (области применения - сельское хозяйство, экологический мониторинг, поисково-спасательные операции). Возможность вертикального взлета и посадки, даже с неподготовленных площадок, делает привлекательным применение аппарата в труднодоступных регионах (геологоразведка, для компаний, добывающих и транспортирующих энергоносители), либо же в условиях плотной городской застройки (операторы – полиция, городские службы), где также окажется востребованным повышенный уровень безопасности и меньшая шумность. Увеличенная грузоподъемность, обеспеченная за счет высокой весовой отдачи, а также значительный внутренний объем для полезной нагрузки в сумме дают определенные преимущества в сфере транспортировки грузов по воздуху. Вероятна привлекательность данного аппарата для ученых-исследователей, так как возможна установка самого различного научного оборудования, даже весьма габаритного. Гибкость и универсальность для выполнения требований различных заказчиков, обеспечивается целым спектром моделей, различающихся только по габаритам, но имеющих одинаковую технологию изготовления.

Обоснование необходимости проведения НИОКР:

Разработка летательных аппаратов нового поколения

Научный руководитель:

Ф.И.О.

Должность

Ученая степень

Звание

Адрес

Телефон

КОММЕРЦИАЛИЗУЕМОСТЬ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИХ РЕЗУЛЬТАТОВ:

Область применения

1. геологоразведка 2. диагностика высотных и удаленных объектов 3. научные исследования 4. городские службы 5. транспортировки грузов по воздуху 6. здравоохранение (доставка лекарств) 7. картографирование 8. менеджмент производств 9. экологический мониторинг 10. аэрофото- и видеосъемка 11. личные БПЛА и игрушки

Имеющиеся аналоги

Аналогов продукта не имеется

План реализации

Проектирование экспериментального образца: уточнение габаритов, массы, предварительные прочностные и аэродинамические расчеты корпуса. Аэродинамический и прочностной расчет вентиляторного движителя. Проектирование и создание оснастки для формования, сваривания и склеивания термопластов. Проектирование и создание стенда для измерения тяги вентиляторного движителя. Разработка электронной схемы контроллера двигателя. Проектирование и создание оснастки, необходимой для сборки электродвигателя. Изготовление деталей электродвигателя и вентилятора, их сборка. Проведение замеров характеристик вентиляторного движителя на стенде. Изготовление деталей экспериментального образца и сборка конструкции. Проектирование и изготовление управляющих электронных схем. Проектирование и постройка стенда для статических испытаний экспериментального образца. Испытание экспериментального образца в воздухе при различных атмосферных условиях. Внесение необходимых доработок в конструкцию по результатам испытаний. Разработка и создание подсистем экспериментального образца, позволяющих производить аэровидеосъемку, обеспечивающих возможность транспортировки и сброса груза. Испытание этих систем в полете.

Куратор новатора

Инновационная инфраструктура

Место научной реализации проекта

Наименование

Контактное лицо

Телефон

Наличие договора

Нет

Место коммерческой реализации проекта

Наименование

Московский физико-технический институт

Контактное лицо