Эволюция понятия «малоразмерный» летательный аппарат самолётного типа и особенности формирования его облика

Проведённое исследование посвящено анализу особенностей формирования облика беспилотных летательных аппаратов самолётного типа малых размеров. На 1-м этапе исследования рассмотрена хронология изменения понятия «малоразмерный». Указано, что под этим понятием необходимо подразумевать сочетание двух факторов: малые размеры и малые скорости полёта. Из-за этого течение пограничного слоя происходит в режиме ламинарно-турбулентного перехода. Из-за неустойчивости пограничного слоя над крылом формируется «ламинарный пузырь», снижающий несущие свойства аппарата. В качестве аэродинамического критерия малоразмерности предложено использовать значения числа Рейнольдса в диапазоне Re = 105–106. При скорости 70–150 км/час размер средней аэродинамической хорды оказывается в диапазоне значений bср = 0,1–0,9 м. На втором этапе проведён анализ влияния закона «квадрат – куб» на энергоэффективность аппарата при миниатюризации его конструкции. В соответствие с этим законом удельная нагрузка на крыло и отношение (вес)1,5/мощность снижаются на величину коэффициента уменьшения линейных размеров аппарата. В статье это трактуется как снижение эффективности летательного аппарата, являющегося преобразователем кинетической энергии воздушного потока в подъёмную силу аппарата. При транспортировке единицы веса на единицу расстояния малоразмерный аппарат тратит топлива в несколько раз больше, чем полноразмерный аппарат. Резервом повышения энергоэффективности указано снижение или обнуление балансировочных потерь подъёмной силы. Снижение происходит за счёт уменьшения площади заднерасположенного горизонтального оперения, а обнуление – путём замены нормальной аэродинамической схемы на альтернативные варианты: схемы «утка» или «бесхвостка». В этих схемах не применяется заднерасположенное горизонтальное оперение, формирующее отрицательную подъёмную силу, на компенсацию которой тратится дополнительная энергия. На 3-м этапе исследования сформулированы рекомендации разработчикам рассматриваемого класса аппаратов: 1) малоразмерные аппараты обладают закономерно низкой аэродинамической и энергетической эффективностью, повышение которых до уровня полноразмерных аппаратов практически невозможно; 2) улучшение аэродинамики возможно за счёт применения специальных профилей, технологии морфинг – крыла и методов управления пограничным слоем; 3) повышение длительности и дальности полёта возможно за счёт уменьшения балансировочных потерь подъёмной силы, применяя балочное хвостовое оперение в нормальной схеме или используя альтернативные аэродинамические схемы; 4) в статье представлена блок-схема итерационного процесса определения площади крыла, величина которой будет удовлетворять условиям баланса сил и моментов для различных значений соотношения площадей крыла и горизонтального оперения.