Беспилотный летательный аппарат большой дальности со сбрасываемым крылом
LONG-RANGE UNMANNED AERIAL VEHICLE WITH DROP WING

Устройство относится к одноразовым беспилотным летательным аппаратам (в дальнейшем БЛА) с отделяемой частью крыла с целью уменьшения общих габаритов самолета.
Известен одноразовый беспилотный летательный аппарат большой дальности «Tomahawk» (Кожевников В. Ракетный комплекс «Томахок» морского базирования. Зарубежное военное обозрение. М.: «Красная звезда» - ISSN 0134-921Х), содержащий фюзеляж с размещенной в нем полезной нагрузкой, топливным баком, двигательной установкой, системой управления и другими необходимыми для обеспечения полета системами, закрепленное на фюзеляже хвостовое оперение, закрепленное на фюзеляже крыло. Данный БЛА совершает полет на малой высоте над землей (не более нескольких сотен метров).
Существенными признаками прототипа, совпадающими с признаками предлагаемого устройства являются следующие: фюзеляж с размещенной в нем полезной нагрузкой, топливным баком, двигательной установкой, системой управления и другими необходимыми для обеспечения полета системами, закрепленное на фюзеляже хвостовое оперение.
Недостатком известной конструкции является невозможность достижения максимальной дальности полета в условиях ограничения на высоту полета.
Техническим результатом, на которое направлено изобретение, является увеличение дальности полета одноразового БЛА при наличии ограничений на максимальную высоту полета.
Для решения поставленной задачи предлагаемый БЛА содержит закрепленное на фюзеляже крыло, выполненное по схеме биплан, с возможностью сброса двух верхних либо двух нижних консолей.
Сущность устройства поясняется на фиг. 1-2.
На фигуре 1 изображено три вида беспилотного летательного аппарата большой дальности со сбрасываемым крылом: вид сверху, вид слева и вид спереди.
На фигуре 2 изображение типичная зависимость аэродинамического качества летательного аппарата от коэффициента подъемной силы. Данная зависимость имеет единственный экстремум. Из зависимости видно, что максимальная дальность полета обеспечивается, если летательный аппарат совершает полет на режиме максимального аэродинамического качества.
Предлагаемый БЛА большой дальности со сбрасываемым крылом содержит фюзеляж 1 (фиг. 1) с размещенной в нем полезной нагрузкой, топливным баком, двигательной установкой, системой управления и другими необходимыми для обеспечения полета системами, закрепленное на фюзеляже хвостовое оперение 2 (фиг. 1), закрепленное на фюзеляже крыло 3 (фиг. 1), выполненное по схеме биплан, с возможностью сброса двух верхних или двух нижних консолей крыла.
БЛА большой дальности со сбрасываемым крылом работает следующим образом. Для обеспечения максимальной дальности полета БЛА необходимо лететь на режиме, соответствующем или близком к режиму максимального аэродинамического качества. Максимальное аэродинамическое качество достигается при значении коэффициента подъемной силы, соответствующему экстремуму функции К (Суа) (фиг. 2). Действующая на БЛА подъемная сила в горизонтальном полете равна весу БЛА:
где:
a
Y - подъемная сила;
m - масса БЛА;
g - ускорение свободного падения.
Из формулы 1 следует, что по мере выработки топлива масса БЛА уменьшается, а с ней и подъемная сила. Подъемная сила может быть выражена формулой:
где:
уа
С - коэффициент подъемной силы;
ρ - плотность воздуха;
V - скорость БЛА;
S - характерная площадь.
уа
Из формулы 2 следует, что при фиксированном режиме полета (постоянная скорость, высота полета) и постоянной площади крыла уменьшение подъемной силы влечет уменьшение коэффициента подъемной силы С и вместе с ним уменьшение аэродинамического качества. Этот эффект особо значим для БЛА большой дальности, у которых топливо составляет значительную часть взлетной массы.
Из формулы 2 следует, что возможны три способа поддержания в полете значения коэффициента подъемной силы, соответствующего максимальному полетному аэродинамическому качеству:
- увеличить высоту полета с целью снижения плотности воздуха (данную тактику, называемую «полет по потолкам», применяют для пассажирских самолетов);
- уменьшить скорость полета;
- уменьшить площадь крыла БЛА.
По соображениям тактики применения (обеспечение малой заметности для систем противовоздушной обороны) на высоту полета БЛА могут быть наложены ограничения - не более нескольких сотен метров над поверхностью земли. Уменьшение скорости полета ниже некоторой минимальной также невозможно по тактическим соображениям. Таким образом, из формулы 2 следует, что поддержание значения коэффициента подъемной силы, близкого к оптимальному, возможно за счет уменьшения площади крыла.
Уменьшение площади крыла предлагается реализовать ступенчато - после выработки части топлива, с целью уменьшения площади крыла, производится сброс двух консолей крыла, обеспечивая тем самым полет при значении коэффициента подъемной силы, соответствующем более высокому аэродинамическому качеству. Кроме того, сброс консолей крыла приводит к уменьшению площади БЛА, омываемой набегающим потоком, а, следовательно, к уменьшению аэродинамического сопротивления и дополнительному увеличению аэродинамического качества.
Предлагаемое техническое решение может быть применено при разработке БЛА большой дальности различного назначения.