Совершенствование конструкции микродирижабля сельскохозяйственного назначения

Беспилотный летательный аппарат эффективен при мониторинге возделываемых территорий, мероприятиях по защите растений и наблюдениях за животными. В отличие от других летательных аппаратов беспилотный микродирижабль может совершать длительный полет при незначительном потреблении энергии. Недостатками используемых микродирижаблей являются громоздкость конструкции, зависимость подъемной силы от режимов работы двигателя, невысокая скорость снижения. Исследования проведены с целью совершенствования конструкции микродирижабля, заключающегося в снижении массы системы создания подъемной силы, повышении энергетической эффективности дирижабля и надежности солнечных батарей, обеспечении возможности вертикального маневрирования за счет энергосберегающего повышения и понижения температуры гелия, исключении зависимости работоспособности системы создания подъемной силы от режима работы движителя горизонтального перемещения, а также в снижении инерционности процесса создания подъемной силы. Предложено расположить фотоэлектрические элементы на внешней поверхности оболочки над экваториальной линией микродирижабля и использовать их с аккумуляторами в качестве элементов системы создания подъемной силы. Представлен алгоритм автоматического управления энергетическими потоками на микродирижабле. Предложено разместить термоэлектрические преобразователи, обеспечивающие нагрев или охлаждение гелия на внутренней поверхности оболочки. Рассмотрен принцип реверсирования полярности питаемого напряжения в соответствии с командой оператора и температурой между фотоэлектрическими элементами и термоэлектрическими преобразователями. Сделан вывод о возможности предотвращения перегрева фотоэлектрических элементов при высокой освещенности и значительной силе потребляемого тока за счет эффекта переноса тепловой энергии термоэлектрическими преобразователями. Энергосберегающий эффект достигается использованием электроэнергии исключительно на привод движителя горизонтального перемещения и на обеспечение переноса тепловой энергии термоэлектрическими преобразователями.

1. Огородников П.И., Усик В.В., Лизнева И.А. Эффективность сельскохозяйственных авиационно-химических работ // Вестник Оренбургского государственного университета. 2006. № 2-1 (52). С. 103-105. EDN: JVGSIR

2. Чуба А.Ю., Чуба А.Ю. Использование беспилотных авиационных систем в сельском хозяйстве // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2019. № 3 (77). С. 161-163. EDN: XDBPPB

3. Weiyu Zhu, Yuanming Xu, Huafei Du, Jun Li. Thermal performance of high-altitude solar powered scientific balloon. Renewable Energy. 2019;135:1078-1096. https://doi.org/10.1016/j.renene.2018.12.083

4. Liu Q., Yang Y., Cui Y., Cai J. Thermal performance of stratospheric airship with photovoltaic array. Advances in Space Research. 2017;59(6):1486-1501. https://doi.org/10.1016/j.asr.2016.12.029

5. Du H., Lyu M., Yu C., Wu Y., Wu Y., Sun K. Numerical simulation of fluid-thermal-structural coupling characteristics of stratospheric non-rigid airship. Chinese Journal of Aeronautics. 2024;37(9):224-236. https://doi.org/10.1016/j.cja.2024.05.027

6. Дирижабль: Патент RU2580385 C1, МПК B61B1/36 (2006.01) / Ю.А. Щепочихина; Заяв. № 2015107133/11 от 02.03.2015, опубл. 10.04.2016, Бюл. № 10. EDN: BRBSMQ

7. Термобалансируемый дирижабль: Патент RU2457149 C2, МПК B64B1/06 (2006/01), B64B1/62, (2006/01) / А.Л. Шпади, И.И. Калалетдинов; Заяв. 2010127017/11 от 01.07.2010, опубл. 27.07.2012, Бюл. № 21. EDN: QWRIKU

8. Биматов В.И., Куденцов В.Ю., Трушляков В.И. Методика экспериментального определения коэффициента силы лобового сопротивления неустойчивых в полете тел // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2022. № 75. С. 67-72. EDN: YXWEXE

9. Исса Х.А., Абдали Л.М., Якимович Б.А. и др. Сравнение эффективности различных методов управления энергетическими параметрами фотоэлектрических систем // Труды МАИ. 2023. № 128. https://doi.org/10.34759/trd-2023-128-17

10. Yi Jiang, Mingyun Lv, Kangwen Sun. Effects of installation angle on the energy performance for photovoltaic cells during airship cruise flight. Energy. 2022;258:124982. https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.124982

11. Chander S., Tripathi S.K., Kaur I., Arijit K.De. Nontoxic and earth-abundant Cu2ZnSnS4 (CZTS) thin film solar cells: A review on high throughput processed meth ods. Materials Today Sustainability. 2024;25:100662. https://doi.org/10.1016/j.mtsust.2023.100662

12. Анатычук Л.И. Современное состояние и некоторые перспективы термоэлектричества // Термоэлектричество. 2007. № 2. С. 7-20. EDN: NUYCEB

13. Белов Д.В., Андреев С.А. Расчет скорости нагрева гелия в рабочей камере дирижабля // Современные энергосберегающие тепловые и массообменные технологии (сушка, тепловые и массообменные процессы) СЭТМТ-2023: Сборник научных трудов Восьмой Международной научно-практической конференции, Москва, 17-19 октября 2023 г. М.: ООО «Мегаполис», 2023. С. 327-330. EDN: ICQYMA

14. Дирижабль: Патент RU2751924 C1, МКП B64B1/06 (2006.01), МКП B64B1/62 (2006.01), МКП H011 35/40 (2006.01) / Д.В. Белов, С.А. Андреев; Заяв. № 2020136535 от 11.01.2021, опубл. 10.07.2021, Бюл. № 20. EDN: XCESVN

15. Bhat S.S., Anavatti S.G., Garratt M., Ravi S. Review of autonomous outdoor blimps and their applications. Drone Systems and Applications. 2024;12:1-21. https://doi.org/10.1139/dsa-2023-0052