Самолет на солнечных батареях должен быть очень легким и при этом иметь большую поверхность крыльев. Требования к его динамическим характеристикам гораздо выше чем у обычных. Студент МФТИ Мустафа Реслан из Ливана в рамках своей дипломной работы проанализировал характеристики органов управления и предложил изменения повышающие эффективность работы рулей, управляющих креном самолёта — элеронов. Заявка на изобретение подана в «Федеральный институт промышленной собственности», правопреемника «Всесоюзного НИИ государственной патентной экспертизы».
Реслан был принят в магистратуру Института аэромеханики и летательной техники МФТИ в октябре 2021 года по англоязычной программе подготовки Aerodynamics. Сейчас он готовит дипломную работу «Особенности интерференции элерона с воздушным винтом на крыле сверхбольшого удлинения».
Мустафа Реслан на тренировочном стенде пилотажно-авиационного комплекса Wise Fly г. Жуковский
Самолеты, использующие солнечную энергию для поддержания и обеспечения полета, обычно имеют специфическую конструкцию и крыло большого размаха, а их несущие поверхности покрыты фотоэлементами. Основной задачей при их создании является нахождение баланса между площадью крыла, его массой и прочностью. Для управления движением такого летательного аппарата его крыло имеет несколько секций отклоняемой механизации. Шарнирные моменты, аэродинамические силы, возникающие в полете и действующие на органы управления относительно их осей вращения, довольно уязвимая характеристика легких самолетов на солнечных батареях. Именно от их величины зависит расход энергии на управление самолетом, а значит и характеристики эффективности, мощность и габариты.
«Мустафа очень интересуется авиацией и за время учебы проявил выдающиеся способности к самостоятельной научной деятельности. В процессе работы над дипломом было выявлено, что под воздействием обдува воздушным винтом у отклоненного элерона существенно возрастает шарнирный момент и мной была поставлена задача по снижению этого шарнирного момента. Мустафа много и упорно работал над этой задачей, и ему удалось получить довольно хороший результат и снизить шарнирный момент элерона путем модификации его поверхности, без ухудшения аэродинамических характеристик крыла. В результате этой работы была подана заявка на изобретение в ФИПС», — поделилась своими впечатлениями Ольга Павленко, научный руководитель, ведущий научный сотрудник Центрального аэрогидродинамического института им. Н.Е.Жуковского.
Рисунок 1 Общий вид профиля крыла с отклоненным элероном: а – ™эл. = 30° (взлет), б – ™эл. = 70° (посадка)
Элероны – важная часть крыла, рули, управляющие креном самолёта. Реслану была поставлена задача по снижению шарнирного момента элерона, отклоненного при взлетно-посадочной конфигурации на углы ™эл. = 30° и ™эл. = 70°
Для решения этой задачи им была модифицирована геометрии элерона и проведены 2D и 3D численные исследования. В результате был получен эффект уменьшения величины шарнирного момента элерона при незначительном изменении суммарных аэродинамических характеристик летательного аппарата.
«При проектировании летательных аппаратов на солнечных батареях возникает проблема размещения силовой установки на крыле сверхбольшого удлинения. Солнечные батареи занимают всю верхнюю сторону крыла. Это приводит к необходимости расположения силовой установки в концевых сечениях крыла. Вследствие этого в область обдува воздушных винтов попадает элерон. Как раз влияние воздушных винтов на обтекание и шарнирный момент элерона я рассмотрел в своей дипломной работе. В зависимости от расположения воздушного винта, при его обдуве сильно возрастает шарнирный момент элерона. Я модифицировал геометрию элерона и снизил таким образом его шарнирный момент», — рассказал Мустафа Реслан.
Молодой ученый выстроил график уменьшения величины шарнирного момента в зависимости от угла отклонения элерона в случае применения модифицированной поверхности. При отклонении элерона на 30 градусов в расчетном диапазоне углов атаки -5° ≤ α ≤ 15° наблюдается наибольший эффект от применения модификаций — уменьшение шарнирного момента элерона на 20 %. При увеличении угла отклонения элерона, даже в случае, когда поток набегает под прямым углом к отклоненной поверхности, шарнирный момент уменьшается на 7 %.
В результате был достигнут эффект уменьшения шарнирного момента элерона при незначительном изменении суммарных аэродинамических характеристик летательного аппарата. Это изобретение может быть использовано для уменьшения величины шарнирного момента различных поверхностей управления летательных аппаратов, а также створок шасси. Но ему можно найти и более широкое применение не только в авиации, но и в кораблестроении и для различных вращающихся поверхностей, везде, где нужно уменьшить влияние набегающего потока.
В планы Мустафы Реслана входит поступление в аспирантуру, а также жизнь и работа в России. Пожелаем ему дальнейших успехов!
