Самарские ученые освоили производство дешевого и легкого БПЛА из стеклопластика

Специалисты Самарского университета им. Королёва разработали и освоили выпуск легкого по весу и дешевого в производстве беспилотного летательного аппарата, корпус которого полностью изготавливается из стеклопластика. Применяемая технология позволяет снизить вес беспилотника по сравнению с рядом аналогичных аппаратов, что увеличивает дальность и скорость полета, а также массу полезной нагрузки, которую может взять на борт беспилотное воздушное судно (БВС).

Работы по созданию беспилотника велись на новой технологической базе Передовой инженерной аэрокосмической школы Самарского университета им. Королёва. Первый экземпляр такого БВС уже изготовлен, испытан и отправлен заказчику - одной из региональных компаний, занимающейся планерной авиацией.

"Новое БВС самолетного типа разработано в Научно-технологическом центре композиционных материалов Самарского университета и предназначено для решения различных задач сельского хозяйства. Оно отличается высоким аэродинамическим качеством планера* и низким энергопотреблением силовой установки, что обеспечивает продолжительность полета в экономном режиме до 30 минут со скоростью от 80 до 120 км/ч. Мощная механизация задней кромки крыла** позволяет выполнять достаточно короткие взлет и посадку - порядка 25 метров - прямо в поле, на небольших площадках. При создании беспилотника применялись современные методики проектирования, разработанные в нашем университете и давшие возможность полностью реализовать заложенные аэродинамические характеристики, которые подтвердились на практике уже в ходе первого испытательного полета", - рассказал Олег Лукьянов, доцент кафедры конструкции и проектирования летательных аппаратов, руководитель интерактивного комплекса опережающей подготовки инженерных кадров на основе современных цифровых технологий "Системный инжиниринг беспилотных авиационных систем" Самарского университета им. Королёва.

Взлетный вес аппарата составляет 6,5 кг, из них 1,5 кг полезной нагрузки. Размах крыльев - 2,5 м, длина фюзеляжа - 1,35 м. Никаких дорогих зарубежных материалов в конструкции не использовалось: стеклопластик изготавливается из отечественных стеклоткани и эпоксидной смолы.

"Стеклопластик часто является оптимальным материалом для БВС самолетного типа - это прочный, жесткий, легкий и довольно недорогой материал, а его производство достаточно технологично. Популярный в производстве беспилотников углепластик, или карбон, дороже стеклопластика примерно в 6-7 раз, при этом высокие механические характеристики дорогого углепластика часто просто не нужны для малоразмерных БВС. Кроме того, использование карбона в некоторых элементах конструкции может быть ограничено из-за его токопроводимости. Стеклопластик же, в отличие от карбона, полностью радиопрозрачен, он полностью пропускает электромагнитные волны, поэтому корпус стеклопластикового беспилотника не создает никаких проблем бортовой радиоаппаратуре, как это бывает на карбоновых БВС", - подчеркнул Олег Лукьянов.

По словам ученого, техническое оснащение научно-технологического центра позволило изготовить конструкцию крыла из композиционных материалов методом вакуумного формования, что снизило массу конструкции, обеспечило качественные аэродинамические обводы и повысило жесткость и прочность фюзеляжа и крыла. В сильно упрощенном виде технология выглядит так: в матрицу, повторяющую форму будущей детали или конструкции, укладывается стеклоткань, пропитанная смолой - почти как мокрое белье в пустой тазик. Затем откачивается воздух, и в условиях создающегося вакуума атмосферное давление намертво прижимает эту пропитанную смолой стеклоткань к матрице. В процессе дальнейшего "выпекания" в печи изделие полимеризуется, превращаясь в прочный стеклопластик.

Фюзеляж изготавливается немного иначе - методом контактного формования по мастер-модели: пропитанная смолой стеклоткань укладывается фрагментами, как папье-маше, на пенопластовую болванку-оправку, повторяющую форму фюзеляжа. После того как уложено нужное количество слоев стеклоткани на болванку, полученное изделие следует замотать пленкой, чтобы обеспечить лучшее прижатие между слоями композита и с поверхностью болванки для достижения требуемой точности и нужных прочностных характеристик конструкции.

За счет дешевизны материала и относительно невысокой стоимости технологической оснастки данная технология оказывается весьма выгодной в экономическом плане при серийном производстве изделий - от 10 штук и выше. При этом сам процесс формования проходит достаточно быстро. Откачка воздуха из пакета занимает всего лишь несколько минут, а нагрев позволяет существенно ускорить процесс полимеризации: нескольких часов достаточно для полного затвердевания изделия, после чего изделие можно извлекать из формы и проводить механическую постобработку.

Для изготовления беспилотника использовалась установленная в научно-технологическом центре композиционных материалов система для термовакуумного формования изделий из полимерных композиционных материалов, произведенная ульяновской компанией "Дельта-М". Объем печи в этой мощной системе позволяет полимеризовать под вакуумом достаточно габаритные изделия: размеры рабочей зоны печи - 7 х 3 х 2,2 м.

"На базе имеющихся мощностей мы можем выпускать такие БВС серийно, а в перспективе здесь можно будет даже изготавливать большие конструкции для пилотируемых самолетов. Кроме того, опыт, полученный при создании этого беспилотника, несомненно, найдет и уже находит свое отражение в учебном процессе", - отметил Олег Лукьянов.

Справочно

* Планер - несущая конструкция самолета или других летательных средств, включает в себя фюзеляж, крылья, хвостовое оперение и другие элементы конструкции.

** Механизация крыла - совокупность устройств на крыле летательного аппарата, предназначенных для регулирования его несущих свойств. Механизация может включать в себя закрылки, элероны, интерцепторы и другие элементы.

Фото: Олеся Орина