Phân loại UAV theo mứ độ t động ..... Các UAV trong nhóm này hoạ động một các t động theo các ươ đượ đặt từ ước hoặc theo các thu t toán t động phức tạp giúp UAV có th ph n ứ ư ng hợp..
Trang 1CHƯƠNG TRÌNH KHCN CẤP NHÀ NƯỚC KC03
BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI TIỀM NĂNG
“Nghiên cứu, thiết kế, chế tạ
Trang 2CHƯƠNG TRÌNH KHCN CẤP NHÀ NƯỚC KC03
BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI TIỀM NĂNG
“Nghiên cứu, thiết kế, chế tạ
Trang 3MỤC LỤC
3
7
ĐẶT VẤN ĐỀ 8
N N Ề N 10
I.1 10
1 1 ước 1960 10
I.1.2 Nhữ ă 1970 12
I.1.3 Nhữ ă 1980 13
I.1.4 Nhữ ă 1990 14
I.1.5 Hiện tạ ươ l 14
l ạ ư l 15
I.2.1 Phân loại theo khố lượng 16
I.2.2 Phân loại theo th i gian bay/tầm bay 17
I.2.3 Phân loại theo trần bay 18
I.2.4 Phân loại theo t i cánh 18
I.2.5 Phân loại theo loạ độ ơ 19
ư l 20
N N 21
1 ầ 22
1 1 ầ ơ ộ 22
II.1.2 Qu ươ 25
1 ố 27
ướ 28
1 28
30
đ 31
32
ố ướ 34
II.3 Ki m nghiệ đặ động h c và k t cấu c a máy bay 37
II.3.1 Ki m nghiệ đặ động h c c a máy bay 37
Trang 4II.3.2 Ki m nghiệm k t cấu c a máy bay 46
l độ ơ ạ 54
N Đ N 57
1 ạ đ 57
III.2 ươ đ l 62
ươ đ u khi n trên máy tính 64
1 ạ l 69
ạ 72
ệ 86
IV.3.1 L p ráp máy bay 86
IV.3.2 V n hành và th nghiệm 114
N 125
TÀI LI U THAM KHẢO 127
Trang 5
Hình 1 M400, UAV do Việt Nam t nghiên cứu, ch tạo ph c v trinh sát, bay th thành công ngày 13/9/2005 9
Hình 2 FireFly (c i ti n từ F e ee đ có th bay t độ e ươ
đặ ướ đ m nhiệm các nhiệm v trinh sát tầm xa 12
Hình 3 Phân loại UAV theo mứ độ t động 15
ơ đồ tổng quan phân loại UAV 20
Hình 5 Nhiệm v bay c a máy bay UAV cần thi t k 22
Hình 6 Quy trình thi t k - ch tạo – th nghiệm máy bay 25
Hình 7 Quy trình thi t k - ch tạo th nghiệm áp d ng cho mẫu máy bay BK-A12 26
8 ơ động c a máy bay th thao vớ lượn vòng (a), bay ng a b ng lộn nhào (b) 27
Hình 9 Phối trí hình h c mẫu BK-A12 27
Hình 10 Quy trình thi t k cánh máy bay 28
Hình 12 Hình dạng thân thi t k và các mặt c ơ n thân máy bay 31
Hình 13 Mô hình 3D mẫu máy bay BK-A01 sau khi thi t k 36
Hình 14 Ba hình chi ơ n mẫu máy bay BK- 01 ướ ơ n 37
Hình 16 Mô hình thí nghiệm UAV BK-A01 trong ố động 38
Hình 17 Ví trí l p c m bi n áp suất tại mặt trên (a) và mặ ưới (b) c a mô hình 39 Hình 18 Mô hình s d ng cho mô phỏng c a BK-A01 39
Hình 19 Mô hình hình h c cho bài toán mô phỏ ( ) lướ ó ưới dạng hình chi u 2D (b) 40
Đư ng dòng không khí ch y bao quanh thân máy bay (U0= 15 m/s & AOA=-50) 42
Đư ng dòng không khí ch y bao quanh thân máy bay (U0= 15 m/s & AOA=00) 42
Đư ng dòng không khí ch y bao quanh thân máy bay (U0= 15 m/s & AOA=50) 43
Đư ng dòng không khí ch y bao quanh thân máy bay (U0= 15 m/s & AOA=70) 43
Trang 66 Đư ng dòng không khí ch y bao quanh thân máy bay (U0= 15 m/s &
AOA=100) 44
7 Đư ng dòng không khí ch y bao quanh thân máy bay (U0= 15 m/s & AOA=150) 44
8 Đư ng dòng không khí ch y bao quanh thân máy bay (U0= 15 m/s & AOA=200) 45
9 Đư ng dòng không khí ch y bao quanh thân máy bay (U0= 15 m/s & AOA=250) 45
0 Đồ th đư ng bao bay (V - n) 47
Hình 31 Mô hình k t cấu máy bay 48
Hình 32 Thông số hình h c c a một bên cánh máy bay 49
Hình 33 Phân bố ứng suất trên thân và cánh máy bay 50
Hình 34 Chuy n v trên thân và cánh máy bay 50
Hình 35 Bố trí tổng th c a hệ thống càng máy bay 51
Hình 36 K t cấu c m càng chính c a máy bay 52
Hình 37 Các l c tác d ng lên càng máy bay 52
Hình 38 Phân bố ứng suất trên càng chính máy bay khi hạ cánh 53
Hình 39 Chuy n v c a càng máy bay theo tr c X 54
Hình 40 Chuy n v c a càng máy bay theo tr c Y 54
Hình 41 Độ ơ e e 1 0-Ax 55
ơ đồ khối mạ đ u khi n 58
ơ đồ mạch trung tâm 58
Hình 44 Các chi ti t trong mạch trung tâm 59
Hình 45 Mạch c m bi n 61
Hình 51 Giao diệ đ u khi n 67
Hình 53 Qui trình ch tạo BK-A01 71
Hình 54 Qui trình ch tạo các chi ti t 72
Hình 55 Các d ng c ph c v cho việc l p ráp máy bay 86
Hình 56 Các loại keo dán 87
Hình 57 K t cấ ươ l p ghép và ốp balsa 88
Hình 58 đ can 88
Hình 59 K t cấ ươ l đặt 89
Trang 760 ươ l ệng 90
Hình 61 Liên k t giữa cánh liệng và cánh chính 90
Hình 62 Cánh sau khi dán balsa một phần 91
6 ơ ó đ can bằng máy sấy 91
6 ơ ó l ẳ đ can bằng bàn là mini 92
6 é đ u khi n cánh liệng 92
Hình 66 a) Ki m nghiệ độ dài dây cáp b) Gia cố chỗ l p cáp 93
Hình 67 L p séc vô lên cánh chính 93
Hình 68 Thanh truy n c ơ cấ đ u khi n cánh liệng 94
Hình 69 Quá trình l đặ đò n lên cánh liệng 95
70 ơ ấ đ u khi n cánh liệng 95
7 đ 96
Hình 73 L đặ é l đ 97
Hình 74 L đặ ơ ấ đ u khi l độ cao 98
Hình 75 Quá trình l l ướ l đ đứng 99
Hình 76 Quá trình l đặ é đ u khi l ướng (lên thân chính) 100
Hình 77 Quá trình l ơ ấu truy động c a hệ đ u khi l ướng 101
Hình 78 Quá trình l ơ ấu truy động c a hệ đ u khi l ướng (ti p) 103
Hình 79 Quá trình l đặt bình nhiên liệu 104
Hình 80: Hộp g độ ơ 105
81 Độ ơ được g n lên thân 105
Hình 82 Quá trình l đặt công t c 106
Hình 83 V trí l đặt các thi t b đ ện: pin, bộ thu phát Radio 106
Hình 84 Quá trình l đặ ước 107
8 ước sau khi l đặt 108
Hình 86 Quá trình l p bánh lố ước 108
Hình 87 Bánh lố ước sau khi l đặt 109
Hình 88 Quá trình l đặt càng sau 109
Hình 89 Càng sau sau khi l p ráp hoàn chỉnh 110
Hình 89 Tr c (làm bằ e) đ g n thanh nhôm 111
Hình 91 Các ốc vít l p cánh vào thân 111
Trang 8Hình 91 Cách l p cánh vào thân 112
Hình 92 c vít l đ l 112
Hình 93 ơ ấu l đ l 113
Hình 95 Máy bay hoàn chỉnh sau khi l p ráp 114
Hình 96 V trí tr ng tâm (so vớ đầu mút cánh) theo thi t k 115
97 Đ u chỉnh v trí thi t b đ v trí tr đú e t k 115 Hình 98 Một dạ ơ ấ đ ó lệch các tấ đ u khi n 116
Hình 99 D ng c đ ó lệch 116
100 N l đ ó lệch 116
101 đ đượ đổ ó ướ l ệ 119
10 ó ấ ( ) ướ ( ) l ệ ( ) 120
10 ệ ầ ệ ó 120
Hình 104 Th nghiệm bay t độ e ĩ đạo thẳng 122
Hình 105 Th nghiệm bay t độ e ĩ đạo tròn 123
Hình 106 BK-A01 khi bay th nghiệm 123
Trang 9
B ng 1 Phân loại UAV theo khố lượng 17
B ng 2 Phân loại UAV theo th i gian bay/tầm bay 18
B ng 3 Phân loại UAV theo trần bay 18
B ng 4 Phân loại UAV theo t i cánh 19
B ng 5 Phân loạ e độ ơ 20
B ng 6 Thông số kỹ thu t c a máy bay BK-A01 24
B 7 Đặ ơ n c a một số loại càng 33
B 8 ă ơ n c a hai loại càng chính 33
B ng 9 Các thông số ơ n c a máy bay 35
B ng 10 Hệ số quá t i c a máy bay 48
B ng 11 Thông số v t liệu c a gỗ ép 49
B ng 12 B ng các chi ti t k t cấu sau ch tạo 85
B ng 13 Giá tr góc lệch c đại c a các tấm đ u khi n 117
B ng 14 Các giá tr góc lêch ki đối với từng tấ đ u khi n 118
B ng 15 K t qu th nghiệm với các v trí góc lệch khác nhau c a cánh lái liệng 118
16 B e õ & đ ố hệ thống ki m soát góc chúc ngóc 121
17 B e õ & đ ố hệ thống ki m soát góc nghiêng 121
18 B e õ & đ ố hệ thống ki ó l ướng 121
Trang 10ĐẶT VẤN ĐỀ
ươ ện bay ư i lái (Unmanned Aerial Vehicle (UAV)) ò được
bi đ n vớ ư ệ thố ư i lái (Unmanned Aircraft System (UAS)) UAV đượ đ ĩ l t th ó ư i lái, s d ng l c
động làm l c nâng, có th bay t động hoàn toàn d ươ được cài đặt từ ước hoặ đ u khi n từ xa bởi phi công từ trạm mặ đất, có th phá h y hoặc lấy lạ được, có th mang t i tr ng
Ti ă ứng d ng c a UAV là rất lớn, nó có th được ứng d ng trong c lĩ
v c quân s lẫn dân s Đối với dân s UAV có th được ứng d ng vào các vấ đ ư: tìm ki m, cứu hộ trong thiên tai, hỏa hoạn; đ u khi n giao thông; ứng d ng vào các công việc nguy hi ư ư ốc trừ sâu, quan sát các khu v độc hạ … Đối với quân s , UAV có th là một m c tiêu cho huấn luyện, có th là mộ ươ ện ph c v cho việc trinh sát hoặ ũ ó là mộ ũ khí tấ …
Với các lợ đ m trên UAV hiệ được nhi ước trên th giới t p trung nghiên cứu và ch tạo H ước dẫ đầ lĩ c thi t k và ch tạo UAV trên th giới
có th k đ n hiện nay là Mỹ và Israel Không quân Mỹ ư ng s d ng kí hiệu RQ cho các mẫu UAV c a mình (ví d RQ- l l w ) đó el d ng
kí hiệu IAI (Is el f ) đ đặt tên cho các mẫu UAV do Israel s n xuất ước trên xuất khẩu rất nhi u UAV ước khác Bên cạ đó ốc gia
ũ n thấy vai trò to lớn c đ i số đã n các mẫu UAV c a riêng mình (Verhagen X2 Autonomous Helicopters, Flying-Robots FR102, EADS Harfang – France; AiDrones AiD-H40, EuroHawk – Germany; Fuji TACOM,
Yamaha R-50 – J ; … [1])
Đối với Việt Nam, ti ă ứng d ng UAV là rất lớ đặc biệ đối với việc quan sát b o vệ b bi n d e đấ ước Mặc dù v y, việc nghiên cứu và phát tri n UAV đ n nay vẫn còn là mộ lĩ c rất mới mẻ ư ó u công trình nghiên cứu được th c hiện Hiện tại, có duy nhất một mẫu UAV do Việt Nam ch tạ được công bố, đó l n phẩm M400-CT (Hình 1) do Viện Kỹ thu t Phòng không Không quân (VKTPK-KQ) ch tạo Đ được coi là mẫ ư l đầu tiên do Việt Nam s n xuất Mẫ được s n xuất với m đ : quan sát
Trang 11vùng bi n, vùng rừ ù lũ l t, làm nhiệm v thông tin liên lạc [2] Mặc dù v y, mẫu UAV này mới chỉ dừng lại ở việ đ u khi n bằ ó ó đó ó ò ó nhi u hạn ch ư ầm hoạ động, ph thuộ đ u khi …
Hình 1 M400, UAV do Vi t Nam tự nghiên cứu, chế tạo phục vụ trinh sát, bay thử
thành công ngày 13/9/2005
Xuất phát từ yêu cầu th c tiễn nêu trên, việc đẩy mạnh tri n khai nghiên cứu và phát tri n UAV tại Việt Nam là rất cần thi t và đặc biệ đối với UAV có th bay t
độ e ĩ đạo yêu cầu Trong khuôn khổ đ tài ti ă ấ ước,
m c tiêu c đ tài này là nghiên cứu, thi t k , ch tạo thành công một máy bay siêu nhỏ dạng cánh bằng có th bay t động theo q ĩ đạ ầ với các thông số kỹ thu t
ẩ đ tài sẽ góp phầ độ nghiên cứu và ch tạo máy
ư i lái tại Việt Nam, ti n tới xây d ng các mẫu UAV phức tạ ơ đ ứng các nhu cầu th c t trong dân s ũ ư
Trang 121883 Douglas Archibald, mộ ư đã n một phong k
vào dây một chi c di đ đ n tốc gió ở độ l đ n 365m (1200ft)
1887 ũ l đã n một chi c máy nh vào dây
di đ ó được coi là mộ “ ” đầu tiên
và có th mang 81kg chất nổ Nó đượ đ u khi n tới m c tiêu
e ươ đặ ước và có hai cánh có th được th ra
ư ững qu ă
1917 Lawrence Sperry ch tạo một chi ươ
Kettering cho h i quân Mỹ Nó th c hiện thành công vài chuy n bay th ư ư được s d ng trong chi n tranh
1933 “ ee ee” c UAV đầu tiên có kh ă ở lại
và có th s d ng lạ được ch tạo ở Anh Những chi c Queen
Trang 13Bee th c chất là những chi c máy bay hai tầng cánh Farry
ee được nâng cấ đ có th đ u khi được bằng sóng phát thanh từ những chi c tàu chi n Hai lần th nghiệ đầu tiên thất bại Tuy nhiên, s thành công c a lần th nghiệm thứ đã khi ước khác nh được ti ă a UAV đặc biệt là sau khi h s d ng một chi c Queen Bee làm
m ư b n hạ chúng
1937 Re l e e ư i Anh, và Walter Righter,
e e e ư i Mỹ, phát tri n một th hệ UAV mang kí hiệu RP-1, RP-2, RP-3, RP-4 H thành l p một công ty v máy
đ u khi ó R l e ă 19 9 sau trở thành thành viên c a t đ N -Ventura Division
R l e đã tạo hàng nghìn chi c UAV làm m c tiêu trong chi n tranh th giới thứ hai
1941- Nhữ ă ối chi n tranh th giới thứ độ Đức
s d ng các mẫu UAV V-1 và V-2
ũ i gian này, có các mẫu UAV được s
d ng là V-1 Buzz Bomb, BQ-7 (B-17F)
1950s Mỹ s d ng UAV đ trinh sát trong cuộc chi n tranh Tri u
Tiên và trong cuộ đột ở Đ N đội Mỹ phát tri n các tên l đấ đố đất Matador (tầm xa 600km), Mace (tầm xa 1217km) và Snack (tầm xa 5497 km) và q độ l ũ ó ẫ ươ
1960 Việc phát tri n các UAV do thám và trinh sát ngày càng
đượ đẩy mạnh sau khi chi ó ư i lái U-2 thứ hai b b n hạ trên bầu tr i Cuba vào ngày 27/10/1962 trong
đó ột phi công b thiệt mạng Các d án tuyệt m được tri n khai mộ ó đ i các mẫu UAV D-21 Tag, AQM-34 Lightning Bug
Trang 14Hình 2 FireFly (cải tiến từ F rebee để có thể bay tự động theo
ươ rì đặ rướ , đảm nhi m các nhi m vụ trinh sát
tầm xa
Rất nhi u mẫu UAV phát tri n cho cuộc kh ng ho ng Cuba được s d ú được hoàn thành sau khi cuộc
kh ng ho ng này k t thúc Và rất nhi u trong số ú được s
d ng trong cuộc chi n tranh Việ đó F eFl ( i
ti n từ F e ee) được s d ng nhi u nhất Tổng số có 3435 nhiệm v đượ đ m nhiệm bởi UAV, và hầu h t chúng hoàn thành nhiệm v và trở v an toàn (2873, gần 84%) Chi c UAV có tên g i TOMCAT hoàn thanh 68 nhiệm v ước khi mất tích Vào cuối cuộc chi n tranh Việ N ă 197 thống
kê cho thấy các UAV có tỷ lệ hoàn thành nhiệm v l đ n 90% Khi cuộc chi n k t thúc, nhữ đầ ư UAV
ũ đ ă 198 el thành công hệ thống phòng không Syri bằng cách s d ng UAV trinh sát, do thám và ng y trang, nhữ đầ ư n UAV
lạ ă l c t , UAV e l ư ư i ưởng, cuộc tấn công thành công phần lớn nh y u tố bất ng Một các tổng quan, UAV lú đó ư đ y,
Trang 15không th đ m, và liệc lạc giữa UAV và trạm mặt đất ưởng qua lại tới hệ thống liên lạc c ó ư i lái
S kiện Cuba chỉ ra s cần thi t c a việc do thám thần tốc đồng th ũ ỉ ra làn sóng ph đối c ư l đối với việc
do thám bằng máy bay có n ư i lái Chính vì v y, khi Mỹ b cuốn vào cuộc chi n tranh Việ N đội Mỹ đã d ng rất nhi u UAV trong việc trinh sát, do thám Việ đã ó phần gi đ ươ a lính Mỹ trong cuộc chi n tranh Việt Nam
197 ư
Yorn Kippur
el l ướ đầu ti n s d ng UAV ư l ươ ện bay ng y trang và tuần tra
1979- Lockheed quy đ nh phát tri n UAV riêng cho riêng h , có
l l ă ước khi Israel thành công trong chi n
d e lle đội Mỹ đã đầu d án phát tri n UAV có tích hợp các công nghệ c m bi n và liên lạc tiên ti n Các công nghệ này phát tri ượt b ă ư ng kh ă liên lạ đ u khi n cho UAV Tuy nhiên rất nhi u tr c trặc x y
l đ n các vấ đ v công nghệ và chính tr khi n cho
d đ õ đư được một mẫu UAV hoàn chỉnh nào
y u hệ thống phòng không c a Libang K t thúc cuộc chi n sau
88 ngày, Israel chỉ mất 1 chi c mấy bay trong khi Libang tổn thất 86 máy bay chi đấu và 18 tr đ a pháo SAM
Trang 161985 H i quân Mỹ b đầu s d ng UAV bằng việc mua những
chi c Pioneer c el đ n ngày hôm nay, những chi c Pioneer vẫ được s d ng trên các tàu sân bay Mỹ
Trong cuộc chi n Bosnia, thành công c a cuộc chi n
d a ch y u vào trinh sát và tuần tra th c hiện bởi UAV Ngoài ra, trin đ ũ đó ò ỏ (hầu h t các hoạ độ ưới mặ đất c đ được
I.1.5 Hiện tại và tương lai
Hiện tại, rất nhi u công nghệ tiên ti đ được áp d ng trong nghiên cứu, ch tạo UAV Trong quân s , Mỹ đ n các UAV có kh ă ợ đồng tác chi n vớ ó ư i lái Ngoài ra, những máy bay rất nhỏ ( ưới 15cm, Micro UAV) ũ đ đượ đầ ư n mạ (đ trinh sát bên trong các tòa nhà, hoặc bám vào các k t cấu, thi t b khác hoạ độ ư ững thi t b nghe lén
…)
ươ l UAV sẽ chi m vai trò quan tr ng trong không quân, đặc biệt là các máy bay chi đấ ư i lái (UCAVs) Mỹ đ n hành nghiên cứu, ch tạo các mẫu máy bay chi đấ ư i lái trang b ũ ối tân, có kh ă ơ động rất cao có th đ m nhiệm các nhiệm v không kích hệ thố ò đối
ươ ần thay th cho các máy bay chi đấ ó ư i lái hiện nay
Hiện Mỹ đã tạo thành công một số mẫ ư X-45A, X-47A, X-45C, X-47B Tuy nhiên chúng vẫ ò đ ở đ ạn th nghiệm
Trang 17Ngoài ra, các nhà khoa h ũ đ ứ đ có th ứng d ng các nguồn
ă lượ ư ă lượng mặt tr i, hay nạ ă lượng bằ ù l e … nhằ ă i gian hoạ động c a UAV Viễn c l ưởng là một chi c UAV hoạt động bằ ă lượng mặt tr i có th i gian bay vô hạn (t lũ ă lượng khi tr i
có n đ dùng khi tr i không có n ng) N đ đó y ra, những chi c UAV này
có th là nhữ “ ệ ” ầm thấp có chi phí rất thấp so với vệ tinh hiện nay
Tóm lại, chúng ta thấy rằng s phát tri n c a UAV g n li n với hai y u tố: nhu
cầ lĩ c quân s và s phát tri n c a khoa h c công nghệ Từ những thành công trong ứng d ng UAV trong quân s , UAV được ứng d ng nhi u trong
lĩ c phi quân s ư c v nghiên cứu khoa h c, tìm ki m cứu nạn, giám sát, tuần tra …
I.2
V mặt tổng quan, UAV có th được chia thành hai loại theo mứ độ t động (Hình 3):
- Loạ đ u khi n từ xa: nhóm này bao gồm hầu h t các UAV hiện nay Các UAV
ó đượ đ u khi n từ xa bởi bởi một trạ đ u khi n trên mặ đất hoặc
ó ó w f …
- Loại t động hoàn toàn: loại này gồm rất ít UAV và hầ ư ú đ u trong
đ ạn th nghiệm Các UAV trong nhóm này hoạ động một các t động theo các
ươ đượ đặt từ ước hoặc theo các thu t toán t động phức tạp giúp UAV có th ph n ứ ư ng hợp
Hình 3 Phân loại UAV theo mứ độ tự động
Tuy nhiên, thông d ng nhất vẫn là phân loại UAV theo các thông số kỹ thu t Phân loạ e đặ ă ẽ rất hữu ích cho các nhà thi t k , các nhà s n
Trang 18xuấ ũ ư ă ởi vì nó cho phép h ch được loại UAV phù hợp với m đ ầu s d ng
I.2.1 Phân loại theo khối lượng
Hiệ đã ù ột d i khố lượng rất rộng, từ UAV vi mô có khối lượng chỉ vài cân Anh tới nhữ ư l l w ó nặ ơ 11 ấn
B ng 1 ướ đ ấy phân bố khố lượng c a một số loạ đ n hình Ta có
th thấy rằng chỉ một số ít UAV có tr lượng trên hai tấn và phần lớn UAV là khá nhẹ Ta có th phân loạ ă ó ố lượng ư :
- Nhóm 1, siêu nặng: gồm những UAV có t i tr ng cất cánh lớ ơ ấn Trong nhóm này có X-45, Darkstar, Predator B và Global Hawk
- Nhóm 2, nặng: gồm những UAV có t i khố lượng từ 00 đ n 2000kg Gồm những UAV nằm giữa Outrider và Fire Scout
- Nhóm 3, trung bình: gồm những UAV có khố lượng từ 0 đ n 200kg Nhóm này có Raven và Phoenix
Trang 19Lo i Khố ợng (kg) Ví d
Rất nặng > 2000 X-45, Predator B, Global Hawk
Nặng 200 - 2000 Outrider, Fire Scout, A-160
Bảng 1 Phân loại UAV theo kh lượng
I.2.2 Phân loại theo thời gian bay/tầm bay
Một cách phân loại UAV khác d a trên th i gian và tầm bay Hai thông số này
ư l đ n nhau vì th i gian bay càng lớ ư ng tầm bay càng xa (tất nhiên còn ph thuộc vào tố độ bay) Việc xem xét th i gian bay và tầm bay là rất quan tr ó é ư i thi t k đ được loại UAV thích hợp d a trên kho ng cách từ ơ l ệm v đ n sân bay hoặ ơ đặt bệ phóng Nó
ũ đ nh tần số nạp nhiên liệu, th i gian UAV có th làm nhiệm v và th i gian UAV ở ướ đất
Ta có th phân UAV theo ba nhóm sau (B ng 2):
- Nhóm 1, th i gian bay/trần bay dài: gồm các UAV có th i gi ơ
24 gi Tầm bay c a các UAV ũ ừ 1500km tới 22000km (Global Hawk)
- Nhóm 2, th i gian bay và tầm bay trung bình: gồm các UAV có th i gian bay từ 5 gi đ n 24 gi Đ l l ại UAV phổ bi n nhất
- Nhóm 3, th i gian bay và tầm bay ng n: gồm các UAV có th i gian bay ít
ơ Loạ ư được s d ng cho các nhiệm v ở kho ng cách
ng n
Trang 20Th i gian bay (h)
Tầm bay (km) Ví d
Trung bình 5 - 24 100 - 400 Silver Fox
Bảng 2 Phân loại UAV theo thời gian bay/tầm bay
I.2.3 Phân loại theo trần bay
Trầ ũ l ột thông số quan tr ng có th ù đ phân loại UAV Nó
ũ ú ư i dùng ch được UAV thích hợp với m đ d ng Một vài UAV dùng trong quân s cần trầ đ có th không b phát hiện và phá h y bởi
đố ươ ( UAV do thám, trinh sát) Ngoài ra, UAV ph c v các nhiệm v
ă ò p nh nhi ũ ần trầ đ có th ch đượ ù đất có diệ đ rộng
Ta có th chia UAV theo ba nhóm trần bay (B ng 3):
- Nhóm 1, trần bay thấp: gồm các UAV có trần bay nhỏ ơ 1000 ú
ư ng là các micro UAV (FPASS, Pointer, Dragon Eye) Những UAV này hiệ ư ó u ứng d ư được s d ng ch y u trong
th c nghiệm
- Nhóm 2, tầm bay trung bình: gồm các UAV có trần bay từ 1000 đ n 10000m Hầu h t các UAV hiện nay nằm trong nhóm này
- Nhóm 3, trần bay cao: gồm các UAV có trần bay lớ ơ 10000
X-45, Predator B, Darkstar, Global Hawk
Lo i Trần bay (m) Ví d
Thấp <1000 Pointer Trung bình 1000 - 10000 Finder Cao >10000 Darkstar
Bảng 3 Phân loại UAV theo trần bay
I.2.4 Phân loại theo tải cánh
Một thông số ũ được s d đ phân loại UAV đó l i cánh T i được tính là tỷ số giữa khố lượng máy bay chia cho diện tích cánh Trong các
Trang 21UAV đượ é đ n ở đ i cánh có giá tr từ 5.34kg/m2 (máy bay nhỏ Dragon Eye) tới 211.84kg/m2 (X-50)
Bảng 4 Phân loại UAV theo tải cánh
I.2.5 Phân loại theo loại động cơ
Các UAV làm các nhiệm v ư ng dùng các loạ độ ơ cho phù hợp vớ đ u kiện th c hiện nhiệm v Các loạ độ ơ được dùng cho UAV
gồ ó: độ ơ n l c cánh quạ độ ơ độ ơ đ ệ … ố đó
độ ơ đ ệ độ ơ l l ạ độ ơ ổ bi n dùng cho các UAV
ư ng, khố lượng máy bay càng nặ ước
c độ ơ ũ ă e Đ ũ đú ới các UAV Các UAV nhẹ và nhỏ
ư ù độ ơ đ ện trong khi các máy bay nặ ơ ư ng s d độ ơ piston Ngoài ra, trần bay và tầ ũ ưở đ n loạ động cơ a ch n
đú l ạ độ ơ ẽ ă i gian bay và tầm bay cho UAV
UEL
Rotary Turbofan
Stroke Piston Turboprop Electric
Two-Push&P ull Prop
Outrider Global
Hawk
Pioneer Predator Predator B Dragon Eye Hunter LEWK
Shadow DarkStar RPO
Trang 22Cypher X-45 Finder Pointer
Seeker Brevel Snow Goose Silver Fox Heron
Bảng 5 Phân loại UAV e độ ơ
I.3
N ư đã ầ đặt vấ đ , UAV có th ứng d được vào nhi u
lĩ c c a cuộc sống, c trong dân s lẫn quân s Sơ đồ tổng qu ướ đ (Hình 4) sẽ trình bày việc phân loại và ứng d ng UAV
Phân loại UAVs
Động cơ
Tải cánh Trần bay
Khối lượng
Thời gian /tầm bay
Đa nhiệm
Rada/trạm viễn thông
Phi quân sự Quân sự
Cảm biến
từ xa
Nghiên cứu khoa học
Hình 4 Sơ đồ tổng quan phân loại UAV
Trang 23II T N T N V T T
Thi t k máy bay v ơ n d a trên một số lĩ c chính c a ngành hàng không bao gồ động l c h c, hệ thố động l c, k t cấu cấ ú đ u khi n
Mỗ lĩ đ l đ n các thông số cầ đ u chỉ ư ước, hình dạng, tr lượng hay hiệu suấ …[3] Mặc dù tất c các thi t k luôn cố g ng tìm ki m những l i gi i tố ư ất c các khía cạnh c đ đó c
t lại không bao gi đạ được Lý do trong nhi ư ng hợp là việc tố ư ó đặc tính này thì sẽ làm gi m tố ư đặc tính khác Nói chung, b n chất c a một thi t k máy bay là s liên k ó ĩ l đ cân bằng các yêu cầu khác nhau và cố
g ng tố ư ó a trên những nhiệm v đ nh c a máy bay [4] Có những khía
cạ đượ đ nh bởi các yêu cầu c a nhiệm v , bao gồm:
- M đ a máy bay và nhiệm v th c thi
- Phân loại dạng máy bay và t i tr ng
Cuối cùng, một thi t k đượ đ l ốt khi thi t k đó ò được các y u
tố đ m b được các nhiệm v chính c a mẫu máy bay cần thi t k [5] Đó ũng là mong muốn c a nhữ ư i thi t k nói chung và thi t k hàng không nói riêng
Trang 24ch tạo nhằm làm ch đặ động, các thông số và tính ổ đ đ u khi n
c a máy bay Mẫ được thi t k ũ ướng tới nhằm ph c v những nhiệm
v th c t ư n camera quan sát, g n các thi t b đ ện t ươ Máy bay thi t k
ph i đ m b o th c hiện những nhiệm v ơ n c a một máy bay cánh bằ ư trình bày trong Hình 5 Máy bay b đầu bằng quá trình cất cánh, lấ độ đ độ
đ đó c hiện nhiệm v bay theo quỹ đạo
đ ước Trong q đó ay ph i bay t động theo những quỹ đạo được
l ước Dữ liệu từ hệ thống máy tính và máy bay liên t được c p nh t và so
đ đ ứ độ bám t độ c a máy bay Nhiệm v bay hoàn thành khi máy bay hạ độ cao và ti đất
Hình 5 Nhi m vụ bay của máy bay UAV cần thiết kế
Mẫu máy bay thi t k ph đ ứ được yêu cầu v m đ d ng, thao tác
đ u khi đơ n , dễ ch tạo, dễ l ó độ b …
Nhiệm v chính c a mẫu máy bay UAV thi t k đ tài là ph c v việc nghiên cứu tích hợp và phát tri n hệ thố đ u khi n t động máy bay bay theo quỹ
Trang 25- Sai lệ ĩ đạo s d ng GPS ± 20 m đ u kiện
th nghiệm với tố độ gió /
ẩ ó ớ ệ ợ ư camera X ơ ữ l
ó
ặ ẩ ẽ ứ ỏ ă l
ệ độ đố ớ ỏ ệ ệ N
ư ệ
Trang 26ơ ở đ ứng các yêu cầu trên, BK-A01 đượ đ ĩ ột cách chi ti t
ơ yêu cầu thi t k đ ph c v làm các thông số đầu vào quan tr ng cho quá trình thi t k ư :
B ng 6 là các thông số kỹ thu t yêu cầu c a mẫu BK-A01:
Dễ dàng thi t k , ch tạo và th nghiệm
Bảng 6 Thông s kỹ thuật của máy bay BK-A01
Ph i t n d ng tất c các kh ă công nghệ sẵn có, phổ bi n tại Việt Nam,
gi m chi phí s n xuất ch tạo Ngoài ra trong thi t k ph i chú ý tới tính s n xuất hàng loạt (tức là khi thi t k các chi ti t cầ ươ ễ dàng nhất cho ch tạo
đ ứng kh ă n xuất hàng loạt nhằm gi m chi phí.)
Trang 27II.1.2 i tr nh và phương pháp thi t k máy bay
II.1.2.1 y tr nh thi t k
Mẫu BK-A01 là một mẫu máy bay cánh bằ đ thi t k mẫu BK-A01 được ti e ước chính trong quy trình thi t k hàng không chung Quy trình này bao gồ đ ạ đượ ư ơ đồ khối quy trình
ướ đ :
Hình 6 Quy trình thiết kế - chế tạo – thử nghi m máy bay
Trang 28Hình 7 Quy trình thiết kế - chế tạo thử nghi m áp dụng cho mẫu máy bay BK-A12
II.1.2.2 Phương pháp thi t k
Hiệ ó ươ t k ch y u trong thi t k hàng không:
- Thi t k mớ : ươ a trên những yêu cầ đầu, xây d ng ý ưởng mớ đ ứng những yêu cầu thi t k đó c hiệ ước tính toán từ đầu, th nghiệm, tố ư ó e ò lặ đ đư ột mẫu máy bay hoàn toàn mớ Ư đ m c ươ l ầu thi t k được thỏa mãn
tố đ N ượ đ m c ươ l tốn kém c v kinh phí và th i gian th c hiện d ư ươ ỉ áp d ng cho những yêu cầ đặc biệt trong
ư ừng có mẫ được thi t k đ đ ứng yêu cầ ướ đó
- Thi t k theo mẫ ( ươ ống kê): ơ ở c ươ là từ những yêu cầ ă a mẫu máy bay, ti n hành thố đặc tính hình
h c, cấu trúc k t cấu … c a một số lượng các mẫ đã ó ẵn K t qu thống
kê là dữ liệu cho quá trình tính toán thi t k Ư đ m lớn nhất c ươ l ó
th k thừa s ư ệt từ các thi t k ước, gi m thi u các sai lầm trong thi t k , ti t kiệm th i gian và các th nghiệm thi t k ch tạo
Trang 29II.1.3 a ch n ki dáng và phối trí máy bay
Từ các thông số kỹ thu t yêu cầu cho thi t k mẫu BK-A01vớ đặ ư
ơ động, kh ă ỹ đạo tốt, thân rộng có th chứa số lượng lớn các thi t
b , dễ dàng thi t k ch tạ … ó thấy BK-A01 sẽ phù hợp nhất khi là một mẫu máy bay cánh bằng th thao (aerobatic) bở ơ động và kh ă đáp ứng các bài bay phức tạp
Hình 8 í ơ động của máy bay thể thao vớ á b b y lượn vòng (a), bay ngửa
bụng lộn nhào (b)
S d ươ t k theo mẫ ( ươ ống kê) trong thi t k mẫu BK-A01 đ tài l a ch n 3 mẫ đặ ư ạng máy bay th thao hiện nay là EXTRA300, YAK54 và SU-26 đ làm mẫ đồng dạng và phân tích thi t
k Thông qua việ đ t 3 mẫu trên (chi ti t tham kh o chuyên
đ 3.1), ki u dáng và phối trí c a máy bay BK-A01 được th hiện trong Hình 9
Hình 9 Ph i trí hình h c mẫu BK-A12
Trang 30Ki u máy bay: Theo các số liệu thống kê, BK-A01là dạng máy bay th thao một
tầng cánh với diện tích lớ đặ ước Bộ ph n ă ằng ổn
đ nh ở đ ạng máy bay này dù có vẻ nặng n ư
nó giúp hạn ch được l c c đồng th ó được tính
V đặt cánh
trên máy bay
đặt ngang thân vớ ư đ m gi m l c c ă ơ động cho máy bay
Trang 31Mẫu máy bay UAV thi t k ở đ ẽ có cấ ươ v mặt hình h c c a dạng máy bay vớ đặ đ m là máy bay 1 tầng cánh và v ươ đối c a cánh với thân l a ch n loại cánh ngang thân Với l a ch n này, xà chính ch u l c c a cánh máy đượ đặt ngang thân K t cấu c a máy bay UAV sẽ không cần xà chống, gi m khố lượng v k t cấu, ưởng thân cánh cho hiệu qu l c c n là nhỏ nhất và tổng
th ó độ ơ ă ă ơ động và ổ đ nh khi bay ước phân tích mẫu, thống kê và l a ch n trong phầ ơ ộ ó được một số đặ đ m và thông số c a cánh ph c v quá trình thi t k ư :
t r
b c
K t hợp với biên dạng profile E475 và các thông số hình h đã đ nh ta
có th xây d được UAV ó ướ ơ n
X đ động trung bình bằ ươ c:
Trang 32II.2.2 Thi t k thân
Đối với UAV BK- 1 l ơ ứa các thi t b đ u khi n, nhiên liệ … y, việc thi t k thân vừa ph đ m b đượ động, vừa ph i
đ m b được việc thu n tiện cho chứ đ ng các trang thi t b trên
Trang 33V yêu cầu v độ đò ỏi các b mặt c ơ đ u, các ti t diệ đổi theo nhữ đư ơ Hình 12 ướ đ hiện hình dạng thân thi t k và các mặt c ơ n c a UAV BK-A12 B n vẽ chi ti t v hình dạng thân được trình bày c th “ ồ ơ t k ”
Hình 12 Hình dạng thân thiết kế và các mặt cắ ơ bản thân máy bay
II.2.3 Thi t k đ ôi
ướ đ ngang ó đặ đ được thi t k đ m b o
độ ổ đ ă ằng cho máy bay khi bay N u không thỏ ã đ u kiện cân
Trang 34Khi bay bình ổn, máy bay bay với v n tốc hành trình v =1 Đ l n tốc giúp máy bay ti t kiệm nhiên liệu nhất Lúc này l c nâng do cánh sinh ra gầ ư bằng với tr lượng c a máy bay, còn l đ đ
L V C S
Với hệ số l c nâng c đ C l dn/ 0,014 và ó đặ đ l 0~10 độ thì diệ đ 2
- Càng hoạ độ ư ộ ph n gi m sóc khi máy bay hạ cánh
- Càng giúp cho máy bay di chuy n dễ dàng ở ch độ đư ă Phân loại theo ki u dáng, càng máy bay có nhi u loạ ư u càng bánh sau (tail-wheel), ki ước (nose wheel), càng ki e đạp …
B ng 7 đặc tính c a một số loạ ơ n:
Đặc tính Càng bánh
trước Ki càng xe đạp Càng bánh sau
Kh ă ằng
máy bay trên mặ đấy đ nh Ph thuộc tr ng
tâm máy bay Không ổ đ nh
B ng (thân máy bay) Bằng phẳng Có th phẳng Không bằng
Trang 35Bảng 8 í ơ bản của hai loại càng chính
Yêu cầu trong thi t k càng:
- Chi u rộng và chi u cao c a càng ph được tính toán c th và phù hợp
- Đư ng thẳng nối từ đ m ti p xúc c a bánh xe càng với mặ đấ đ đầu s i cánh ph i tạo với mặ đất một góc tối thi l 8 độ
- Đư ng thẳng nối từ đ m ti p xúc giữa bánh xe c a càng với mặ đấ đ n càng sau ph i tạo với mặ đất mộ ó l 8~10 độ ( é ư ng hợ đ ở ư
th giố ư ằng)
- Kho ng cách giữa hai bánh c a càng chính ph i lớ ơ ặc bằng 1,5 lần chi u cao c a càng; hoặc lớ ơ ặc bằng 1/5 lần s i cánh
- Góc hợp bởi tr c thẳ đứ đ ( đ ở ư
th giống bay bằng) vớ đư ng thẳng nối giữa tr ng tâm máy bay và tr c bánh xe ph i
đạ 9~1 độ N u góc lớ ơ 1 độ đối với những máy bay có v n tố ươ đối nhỏ, diệ đ đ đ đ ất cánh
Trang 36D đặc tính c a các loại càng, các yêu cầ đối với thi t k càng và d a trên loại càng c a mẫu máy bay mẫu YAK-54, quy đ nh ch n càng ki u bánh sau Phân tích một số đặ đ m c a loại càng bánh sau:
Là loạ ó đặ ước và một bánh đặt sau tr ng tâm Dạng càng
đỗ tại chỗ đ ẽ hạ thấp xuố ò đầu máy bay nâng lên
Ư đ m:
- Ch tạ đơ ; ă ằng tốt; Tr lượng nhẹ và rẻ
- Trên mặ đất, ki u càng này giúp máy bay di chuy n dễ dàng
- Khi cất cánh, do đ ạ xuố đầ được nâng lên nên góc tấn c ă l ú ó cất cánh dễ dàng, kho ng cách chạ đ cất cánh ng n
II.2.5 Các thông ố và kích thước máy bay
Sau khi tính toán, thi t k ơ ộ, các thông số ơ n c a UAV BK-A01 được tổng hợp và trình bày trong b ng sau (B ng 9):
Hạng mục Thông số thi t k
1 Ki u máy bay Máy bay mô hình th thao
Khối lượng cất cánh lớn nhất 5KG, Một tầng cánh
3 C đ ều khi n (tà – liệng)
Trang 37Chi u cao thân lớn nhất 226 mm
Loạ độ ơ Động cơ nổ O.S 120AX
Bảng 9 Các thông s ơ bản của máy bay
Hình 13 trình bày mô hình 3D c a UAV BK-A01
Trang 38Hình 13 Mô hình 3D mẫu máy bay BK-A01 sau khi thiết kế
Hình 14 th hiệ ướ ơ n c a BK-A01 theo các hình chi u
Trang 39Hình 14 Ba hình chiếu ơ bản mẫu máy bay BK-A01 v á í ướ ơ bản
II.3 ệ đặ độ ấ
II.3.1 Ki m nghiệm đặc tính khí động h c của máy bay
Việc ki m nghiệ đặc tí động h c c đã t k là rất cần thi t Trong khuôn khổ c đ tài này, nhóm th c hiệ đã n hành ki m nghiệm
vớ ươ đó l ươ c nghiệ ươ ố đó t
qu được từ ươ ẽ đượ đ ằ đ được tính hợp lý v mặ độ đối vớ đã t k Hình 15 th hiện qui trình
Trang 40th c hiện s ki m nghiệ đặc tính động c a máy bay BK-A01 thông qua hai
Vớ ươ c nghiệm, mộ ó ước 1:6,4
đã được ch tạ đư ố động Hình 16 th hiện thí nghiệ động h c
mô hình máy bay UAV s d ng ố động
Hình 16 Mô hình thí nghi m UAV BK-A01 trong í động
đó BK-A01 sẽ được g n trên mộ đ có th xoay theo 3
tr ươ ứng với góc tấn, liệ ướng Thi t k chi ti t bộ được trình bày đ 4.3 Bên cạ đó đ có th đ đượ đặc động c a BK-A01, trên mô hình sẽ được g n 35 c m bi được bố ư trong ướ đ (Hình 17):
