ВВЕДЕНИЕ 8
1 Перспективы использования ДВС в малой авиации 11
2 Обзор иностранных источников по теме бакалаврской работы 13
3 Тепловой расчет двигателя 20
3.1 Параметры рабочего тела 21
3.3 Атмосферные условия и значения остаточных газов 23
3.4 Расчет процесса впуска 24
3.5 Параметры процесса сжатия рабочего тела и начала воспламенения
смеси 26
3.6 Термодинамический расчёт процесса сгорания 27
3.7 Расчет процесса расширения и выпуска 29
3.8 Индикаторные показатели рабочего цикла Собаки кушают и только ... 31
3.9 Эффективные показатели и параметры двигателя 32
4 Кинематический расчет одноцилиндрового двигателя 34
4.1 Перемещение поршня 34
4.2 Угловая скорость вращения коленчатого вала 34
4.3 Скорость поршня 35
4.4 Ускорение поршня 35
5 Динамический расчет 36
5.1 Приведение массы частей кривошипно-шатунного механизма 36
5.2 Удельные и полные силы инерции 37
5.3 Удельные суммарные силы 37
5.4 Крутящие моменты 38
5.5 Силы, действующие на шатунную шейку коленчатого вала 39
6 Расчет системы питания одноцилиндрового двигателя 41
6.1 Расчет диффузора 41
7 Капотирование поршневого двигателя для адаптации к БПЛА 46
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 53
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 54
ПРИЛОЖЕНИЕ А 58
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 73
ПРИЛОЖЕНИЕ В
На нынешнем этапе развития авиационных предприятий в России стоит вопрос об особенностях введения беспилотного летательного аппарата (БПЛА) в сферу общественности и для специализированных задач.
Актуальность выбранной темы обуславливается за счет значимости уровня поставленных задач перед малой авиацией, затрат на производство авиамоделей, так как это является ключевым фактором для успешного модернизирования и развития техники.
Успешные результаты, которых можно было бы достичь за счет БПЛА показывают на сколько эффективным может оказаться внедрение новой техники. Двигатели внутреннего сгорания всегда составляли основу движения прогресса еще до появления электроники, их эксплуатация была распространена во всех участках коммерческой и производственной деятельности человека. Однако, для разных целей и задач нельзя использовать один и тот же метод, как универсальный ключ ко всему. Так, для продолжения развития техники придумали альтернативные виды топлива, все производители ждут от новых двигателей показатели как у двигателей внутреннего сгорания и даже хотят чтобы они были превышены. Но стоит ли это того в малом авиастроении?
История беспилотников начинается в 1899 году, когда небезызвестный изобретатель Никола Тесла придумал радиоуправляемый корабль и таким образом он продемонстрировал общественности, что техника повинуясь радиосигналам может управляться человеком. Уже тогда изобретатель знал, что такие технологии найдут себя в будущем. 17 декабря 1903 года состоялся первый пилотируемый полет, это день стал днем рождения авиации. Военный инженер и изобретатель Чарльз Кеттеринг в 1910 году был вдохновлен братьями Райт и предложил создать новый летательный аппарат управляемый не человеком, а часовым механизмом. Ему удалось создать 45 беспилотников. По настоящему прорывным для развития беспилотников стал 1933 год, который официально считается начальником всех дальнейших разработок. В этот год инженерами Великобритании был создан первый БПЛА многократного использования. В Советском Союзе в 1933 году велись разработки автопилотируемого, а затем радиоуправляемого самолета ТБ-3, конструкция Рубена Григорьевича Чачикяна. На основе этого проекта планировалось настроить производство телемеханических самолетов- мешений и бомбардировщиков. В 1941 году бомбардировщики уже широко применялись в военной технике. На протяжении второй мировой войны Германия так же вела разработки БПЛА. Немецкие инженеры в 1941 году, Роберт Люссер и Фриц Гослау разработали самолет В1, который стал первым прототипом крылатой ракеты. За время второй мировой войны фирма Radio Plant создала для американских ВВС около 15000 беспилотников для военных действий. С конца 1955 и до 1990х годов, беспилотники использовались в основном для сбора разведданных. С 2000х годов получили дальнейшее развитие бесполники нового поколения, то есть БПЛА вертолетного типа, а так ;е беспилотники различного назначения, от малозаметных самолетов-разведчиков до истребителей бомбардировщиков. Широкое изучение беспилотников идей сейчас в России, и так же моделей использующихся в мирных целях.
Большое значение имеет контроль различных параметров системы ДВС для корректировки режимов полета БПЛА. Система контроля параметров двигателя состоящая из волоконно-оптических датчиков позволит отслеживать на блоке управления летательным аппаратом основные физические величины: температура, давление, ускорение и т.д. Данный тип датчиков характеризуется большой надежностью, долговечностью, устойчивостью к ЭМ - помехам. Работа при переменных температурах от - 70°С до 150°С, малые габариты и масса, являются основными преимуществами этих датчиков по сравнению с остальными в области авионики и автоэлектроники. Установка датчиков волоконно-оптического типа позволит максимально эффективно контролировать параметры БПЛА в небе и передавать на пункт управления данные с малой погрешностью, что необходимо для правильного определения характера движения аппарата в воздухе.
Целью выпускной квалификационной работы является установка кожуха для двигателя с регулирующимися жалюзи для поддержания нужной температуры в разных климатических условиях.
В соответствии с целью необходимо вынести и решить следующие задачи:
- изучить основы строительства и перспективы развития БПЛА;
- провести анализ и предложить инновационные методы дальнейшего развития и усовершенствования беспилотников;
Объектом исследования является сам БПЛА, основным видом деятельности которого является многозадачность в различных сферах деятельности человека.
Предметом исследования выступает сам поршневой двигатель, который необходимо адаптировать под работу в различных температурных условиях, для корректной работы БПЛА.
Теоретической основной данного исследования служат труды, направленные на изучение беспилотников, таких как Васин Н. Я.
Практическая значимость работы заключается в использовании принципов капотирования и установки в кожухе жалюзи для регулировки входного потока воздуха, необходимого для охлаждения двигателя или более корректной работы в условиях арктических температур. С помощью новоразработанной технологии и условий эксплуатации буде получено более стабильное управление БПЛА, увеличенный отвод теплоты позволяющий двигателю интенсивнее охлаждаться или наоборот не не отдавать тепло входному потоку воздуха и оставаться от него изолированным.
В выпускной квалификационной работе был рассмотрен бензиновый двигатель и мероприятия для его адаптировании под стандарты БПЛА. За базовый двигатель была взята модель силовой установки RCGF - 20 рабочим объемом iVh=0, 2 л, номинальной частотой вращения n = 7500 об/мин, число тактов i = 2.
Были произведены расчеты основных параметров двигателя внутреннего сгорания, а именно, динамический, тепловой, кинематический, расчет основных деталей и системы подачи топлива и охлаждения двигателя.
Результаты расчетов показали работоспособность двигателя.
Анализ возможности капотирования двигателя показал, что показатели шума снижаются на 5 дБ. Установка регулируемых жалюзи увеличило отвод тепла, что в свою очередь улучшило работу системы охлаждения двигателя.
В главе «Экологичность и безопасность проекта» показано что, представленный ДВС выполняет нормы по ГОСТ Р 52231-04 «Внешний шум автомобилей в эксплуатации».
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
