Untersuchung eines rohrgestarteten unbemannten Luftfahrzeugs mit variabel einstellbaren Tragflächen

Faltbare Tragflächen sind für rohrgestartete unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs) konzipiert, um die Tragbarkeit zu verbessern und den Anforderungen an die Startplattform gerecht zu werden. Konventionelle rohrgestartete UAVs können jedoch aufgrund der festen Konfiguration ihrer Tragflächen nach dem Start nicht im breiten Geschwindigkeitsbereich operieren, der für die Leistung mehrerer Missionen erforderlich ist. Diese Studie schlägt daher ein rohrgestartetes UAV vor, das den Tragflächenwinkel ändern kann, um den Geschwindigkeitsbereich zu erweitern und die Agilität des UAVs zu verbessern. Eine computergestützte Aerodynamik-Methode wird verwendet, um die transiente aerodynamische Leistung des UAVs während des Morphing-Prozesses der Tragflächen zu bewerten. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass die transienten aerodynamischen Kräfte eine dynamische Hysterese-Schleife um die quasi-statischen Daten erzeugen. Die Auftriebs- und Widerstandskoeffizienten zeigen maximale relative Abweichungen von 18,5 % und 12,7 % von den quasi-statischen Daten für den Morphing-Zeitraum von 0,5 s. Der Hysterese-Effekt der Strömungsstruktur, anstatt der zusätzlichen Geschwindigkeit, die aus dem Tragflächen-Morphing resultiert, ist der Hauptbeitrag zur aerodynamischen Hysterese-Schleife. Im Vergleich zu konventionellen rohrgestarteten UAVs zeigt das vorgeschlagene rohrgestartete UAV mit variabel einstellbaren Tragflächen einen breiteren Geschwindigkeitsbereich von 22,59 bis 90,12 m/s und erzielt eine Erhöhung der Schwebegeschwindigkeit um 82,84 %. Um die Wirksamkeit des Tragflächen-Morphing-Konzepts zu überprüfen, wurde ein Prototyp entwickelt und ein Flugtest durchgeführt. Die aus dem Flugkontrollsystem gewonnenen Testdaten stimmen gut mit den Simulationsdaten überein, was die Machbarkeit und Wirksamkeit der variabel einstellbaren Tragflächen bei der Erweiterung des Geschwindigkeitsbereichs für rohrgestartete UAVs demonstriert. Diese Arbeit kann einen Referenzrahmen für das Design von rohrgestarteten UAVs für Flüge über breite Geschwindigkeitsbereiche bieten.