cahtНаучный вестник МГТУ ГАCivil Aviation High Technologies2079-06192542-0119Moscow State Technical University of Civil Aviation (MSTU CA)10.26467/2079-0619-2018-21-1-67-76caht-1185Research ArticleАвиационная и ракетно-космическая техникаAviation, rocket and space technologyВЫБОР КОНСТРУКЦИОННОГО МАТЕРИАЛА И ВНЕШНЕЙ ГЕОМЕТРИИ ГАЗОВОГО РУЛЯ СИСТЕМЫ СКЛОНЕНИЯ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТАCHOICE OF STRUCTURAL MATERIAL AND EXTERNAL GAS RUDDER GEOMETRY OF DECLINATION SYSTEM OF UNMANNED AERIAL VEHICLEВиндекерА. В.VindekerA. V.

Виндекер Александр Викторович - инженер Долгопрудненского научно-производственного предприятия, аспирант МАИ (национального исследовательского университета).

Долгопрудный; Москва 

Alexander V. Vindeker - Engineer of Dolgoprudny Research and Production Enterprise, Postgraduate Student of Moscow Aviation Institute (National Research University)

Dolgoprudny; Moscow 

jaguarrus90@mail.ruПарафесьС. Г.ParafesS. G.

Парафесь Сергей Гаврилович - доктор технических наук, доцент, профессор кафедры авиационно-ракетных систем МАИ (национального исследовательского университета).

Москва 

Sergey G. Parafes’ - Doctor of Technical Sciences, Professor of the Aviation & Rocket Systems Chair, Moscow Aviation Institute (National Research University)

Moscow 

s.parafes@mail.ruДолгопрудненское научно-производственное предприятие; Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)РоссияDolgoprudny Research and Production Enterprise; Moscow Aviation Institute (National Research University)Russian FederationМосковский авиационный институт (национальный исследовательский университет)РоссияMoscow Aviation Institute (National Research University)Russian Federation2018140320182116776Copyright © Виндекер А.В., Парафесь С.Г., 20182018Виндекер А.В., Парафесь С.Г.Vindeker A.V., Parafes S.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://avia.mstuca.ru/jour/article/view/1185

Рассмотрены проблемы выбора материала и внешней геометрии газовых рулей системы склонения беспилотного летательного аппарата. При выборе материала основным критерием является количество уносимого материала с поверхности газового руля в единицу времени. Следует выбрать материал таким образом, чтобы при воздействии газовой струи на руль он не выгорал сразу, а обеспечивал свою работоспособность в течение всего времени, отведенного на его работу. Основные потери материала происходят на передней кромке газового руля. С целью уменьшения этого вредного эффекта выбирают термоэрозионностойкий материал (графит, молибден и др.).

На выбор геометрических параметров газового руля влияют характеристики газового потока, обтекающего руль. Получение при этом достоверных результатов затрудняется неравномерностью газового потока из сопла, наличием в нем несгоревших частиц топлива, затупленным профилем руля, влиянием на его обтекание боковых кромок и интерференции со стенками сопла. Конфигурация руля выбирается таким образом, чтобы обеспечить требуемое значение управляющей силы в конце работы руля с учетом ожидаемого выгорания передней кромки. Окончательное же решение по выбору параметров газового руля принимается на основе анализа большого количества модельных и натурных испытаний рулей-аналогов.

Предложена методика выбора конструкционного материала и внешней геометрии газового руля системы склонения беспилотного летательного аппарата. Методика базируется на соотношениях, полученных на основании обработки экспериментальных данных воздействия газовых струй на рули, выполненные из разных конструкционных материалов. Приведен пример решения задачи выбора конструкционного материала и внешней геометрии газового руля.

A choice of material and external geometry for gas rudder of the declination system of unmanned aerial vehicle are considered. When selecting material the main criterion is the quantity of the ablative material from the gas rudder surface in a unit of time. That is, the material should be chosen in such a way that when exposed to a gas jet the gas rudder is not burnt immediately, and ensures its efficiency during the entire time allotted to its work. The main material loss occurs at the leading edge of the gas rudder. The thermoerosion-resistant material (graphite, molybdenum, etc.) is chosen to reduce this harmful effect.

Characteristics of the gas flow around the rudder affect the selection of geometric parameters of the gas rudder. Obtaining the reliable results is hampered by uneven gas flow from the nozzle, the presence of unburned particles of the fuel, a blunt profile of the rudder; influence of its side edges on the flow around and interference with the nozzle walls. The configuration of the rudder shall be chosen to provide the desired value of the force at the completion of the work of the rudder with the expected burnout of its leading edge. The final decision on the choice of parameters of the gas rudder is based on the analysis of a large number of model and full-scale tests of the rudders-analogues.

The technique of the structural material choice and the external geometry of the gas rudder of the unmanned aerial vehicle declination system is proposed. The technique is based on the relations obtained on the basis of experimental data processing of gas jets impact on the rudders, made of different structural materials. An example of solving the problem of structural material and the external geometry choice of the gas rudder is given.

беспилотный летательный аппаратсистема склонениягазовый рультермоэрозионностойкий материалвнешняя геометрияunmanned aerial vehicle (UAV)declination systemgas rudderthermoerosion-resistant materialexternal geometryReferencesБеспилотные летательные аппараты. Основы устройства и функционирования / П.П. Афанасьев, И.С. Голубев, С.Б. Левочкин, В.Н. Новиков, С.Г. Парафесь, М.Д. Пестов, И.К. Туркин; под ред. И.С. Голубева и И.К. Туркина. М.: МАИ, 2010. 654 с.Afanas'yev P.P., Golubev I.S., Levochkin S.B., Novikov V.N., Parafes' S.G., Pestov M.D., Turkin I.K. Bespilotnye letatel'nye apparaty. Osnovy ustrojstva i funktsionirovaniya [Unmanned aerial vehicles. Fundamentals of structure and functioning]. Ed. by I.S. Golubev and I.K. Turkin. M., MAI publ., 2010, 654 p. (in Russian)Проектирование зенитных управляемых ракет / И.И. Архангельский, П.П. Афанасьев, Е.Г. Болотов, И.С. Голубев, С.Б. Левочкин, А.М. Матвеенко, В.Я. Мизрохи, В.Н. Новиков, С.Н. Остапенко, В.Г. Светлов; под ред. И.С. Голубева, В.Г. Светлова. М.: Экслибрис-Пресс, 2013. 764 с.Arhangel'skij I.I., Afanas'ev P.P., Bolotov E.G., Golubev I.S., Levochkin S.B., Matveenko A.M., Mizrohi V.Ya., Novikov V.N., Ostapenko S.N., Svetlov V.G. Proektirovanie zenitnyh upravlyaemyh raket [Design of anti-aircraft guided missiles]. Ed. by I.S. Golubeva, V.G. Svetlov. M., “Exlebris-press” Publishing house, 2013, 764 p. (in Russian)Петраш В.Я., Коваленко А.И. Расчет параметров и характеристик летательных аппаратов с устройствами газодинамического управления. М.: Изд-во МАИ, 2003. 93 с.Petrash V.Yа., Kovalenko A.I. Raschet parametrov i harakteristik letatel'nyh apparatov s ustrojstvami gazodinamicheskogo upravleniya [Calculation of parameters and characteristics of aircraft with gas-dynamic control devices]. M., MAI publ., 2003, 93 p. (in Russian)Мизрохи В. Я. Проектирование управления зенитных ракет. М.: Экслибрис-Пресс, 2010. 252 с.Mizrohi V.Ya. Proektirovanie upravleniya zenitnyh raket [Design of control of anti-aircraft missiles]. M., “Exlebris-press” Publishing house, 2010, 252 p. (in Russian)Тимаров А.Г., Ефремов А.Н., Бульбович Р.В. Численное моделирование влияния уноса газовых рулей на управляющие усилия // Вестник Концерна ВКО «Алмаз-Антей». 2016. № 3. С. 47–51.Timarov A.G., Efremov A.N., Bul’bovich R.V. Chislennoye modelirovanie vliyaniye unosa gazovyh ruley na upravlayushie usiliya [Numerical simulation of jet vane carry-over effect on steering effort]. Vestnik Kontserna VKO “Almaz-Antey” [Bulletin of the Concern "Almaz-Antei"], 2016, No. 3, pp. 47–51. (in Russian)Дунаев В.А., Никитин В.А., Столбовской В.Н. Исследование влияния формы газового руля на величину потерь тяги в процессе работы РДТТ методом математического моделирования // Известия ТГУ. Технические науки. 2011. Вып. 2. С. 68–74.Dunaev V.A., Nikitin V.A., Stolbovskoy V.N. Issledovanie vliyaniya formy gazovogo rulya na velichinu poter’ tyagi v processe raboty RDTT metodom matematicheskogo modelirovaniya [The research of the gas rudder form influence on draught losses size in the course of firm fuel rocket engine work by means of mathematical modeling]. Izvestija Tulskogo gosudarstvennogo universiteta. Tekhnicheskie nauki [New of Tula State University. Technical sciences], 2011, Issue 2, pp. 68–74. (in Russian)Столбовской В.Н. Исследование влияния конструктивных параметров газового руля РДТТ и угла его поворота на потери тяги и управляющие усилия // Известия ТГУ. Технические науки. 2011. Вып. 2. С. 75–81.Stolbovskoy V.N. Issledovanie vliyaniya konstruktivnih parametrov gazovogo rulya RDTT i ugla ego povorota na poteri tyagi i upravlyayushie usiliya [The research of the gas rudder data influence of firm fuel rocket engine and its turn angle on draught losses and operating effort]. Izvestija Tulskogo gosudarstvennogo universiteta. Tekhnicheskie nauki [New of Tula State University. Technical sciences], 2011, Issue 2, pp. 75–81. (in Russian)Springer G.S., Yang C.I. A Model for the Rain Erosion of Fiber Reinforced Composites // AIAA Journal. 1975. No. 13. pp. 887–883.Springer G.S., Yang C.I. A Model for the Rain Erosion of Fiber Reinforced Composites. AIAA Journal, 1975, No. 13, pp. 887–883.Chen Q. Comparison of different k-ε models for indoor air flow computations // Numerical Heat Transfer. 1995. Part B. Vol. 28. pp. 353–369.Chen Q. Comparison of different k-ε models for indoor air flow computations. Numerical Heat Transfer, 1995, Part B, Vol. 28, pp. 353–369.Yogesh M., Hari Rao A.N. Solid Particle Erosion response of fiber and particulate filled polymer based hybrid composites: A review // Journal of Engineering Research and Applications. Vol. 6, Issue 1 (Part 4). January 2016, pp. 25–39.Yogesh M., Hari Rao A.N. Solid Particle Erosion response of fiber and particulate filled polymer based hybrid composites: A review. Journal of Engineering Research and Applications, Vol. 6, Issue 1 (Part – 4), January 2016, pp. 25–39.Парафесь С.Г., Виндекер А.В. Выбор материала и геометрических параметров газового руля системы склонения беспилотного летательного аппарата // Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества: сб. тезисов докладов участников МНТК, посвященной 45-летию Университета. 18–20 мая 2016 года. М.: МГТУ ГА, 2016. С. 91.Parafes' S.G., Vindeker A.V. Vybor materiala i geometricheskih parametrov gazovogo rulya sistemy skloneniya bespilotnogo letatel'nogo apparata [Choice of material and geometric parameters of a gas rudder of declination system of unmanned aerial vehicle]. Grazhdanskaya aviaciya na sovremennom ehtape razvitiya nauki, tekhniki i obshchestva. Sbornik tezisov dokladov uchastnikov Mezhdunarodnoj nauchno-tekhnicheskoj konferencii, posvyashchennoj 45-letiyu Universiteta. 18–20 maya 2016 goda [Civil Aviation on the modern stage of science, engineering, society development. A collection of participants’ abstracts of the International scientific and technical Conference devoted to the 45th anniversary of the University]. May 18–20, 2016. M., MSTUCA publ., 2016, p. 91. (in Russian)Виндекер А.В., Парафесь С.Г. Выбор конструкционного материала и формы газового руля системы склонения беспилотного летательного аппарата // 15-я Международная конференция «Авиация и космонавтика – 2016». 14–18 ноября 2016 года. Москва. Тезисы. М.: Типография «Люксор», 2016. С. 98–99.Parafes' S.G., Vindeker A.V. Vybor kostruktsionnogo materiala I formy gazovogo rulya sistemy skloneniya bespilotnogo letatelnogo apparata [Choice of structural material and forms of a gas rudder declination system for unmanned aerial vehicle]. 15-ya Mezhdunarodnaya konferentsiya “Aviatsiya i kosmonavtika” [The 15th International Conference "Aviation and Cosmonautics – 2016"] November 14–18th, 2016. Moscow, Abstracts, Printing house "Luxor", 2016, p. 99. (in Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.