Determination of aerodynamic characterisitcs of fixed-wing unmanned aerial vehicle by analytical techniques | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2022. № 78. DOI: 10.17223/19988621/78/9

Determination of aerodynamic characterisitcs of fixed-wing unmanned aerial vehicle by analytical techniques

This paper presents a theoretical study of quick methods for determining the aerodynamic characteristics of fixed-wing unmanned aerial vehicles (UAVs). The purpose of the research is to create tools for aircraft shape optimization problems. The developed analytical techniques allow one to determine aerodynamic lift and drag coefficients as well as the efficiency characteristics based on the aircraft general characteristics. Other properties that can be derived are the wing shape parameters, the take-off mass, the structural mass, and the required characteristics of the propulsion and power supply system according to the specified flight performance characteristics. The use of these techniques for discrete points with aerodynamic characteristics obtained numerically or experimentally allows one to extrapolate the results to the entire range of operating angles of attack. As a result, the stages of conceptual and preliminary design of UAVs can be passed in a shorter span of time. Two UAVs have been designed in Tomsk State University with the use of the proposed techniques. The first is the preliminary designed UAV Prototype-2E; the second is the Prototype-2T UAV, which has been fully designed and then manufactured. The data calculated with these techniques on a SKIF Cyberia supercomputer in Tomsk State University are compared with the results of numerical simulations implemented in OpenFOAM and ANSYS Fluent. Good agreement of the results is revealed.

Download file
Counter downloads: 36

Keywords

unmanned aerial vehicle, UAV design, preliminary design, aerodynamic efficiency

Authors

NameOrganizationE-mail
Ismailov Kuat K.Tomsk State Universitykuat@ftf.tsu.ru; mendikjan@gmail.com
Всего: 1

References

Федоров Л.П., Михайлов Ю.С. Определение оптимальных режимов крейсерского полета высотного беспилотного летательного аппарата // Научный вестник Московского государственного технического университета гражданской авиации. 2013. № 2 (188)., С. 72-76.
Егер С.М., Мишин В.Ф., Лисейцев Н.К., Бадягин А.А., Ротин В.Е., Склянский Ф.И., Кон драшов Н.А., Киселев В.А., Фомин Н.А. Проектирование самолетов : учебник для вузов. М. : Машиностроение, 1983. 616 с.
Мизес Р. Теория полета / пер. с англ. А.Н. Рубашова. М. : Иностр. лит., 1949. 696 с.
Торенбик Э. Проектирование дозвуковых самолетов / пер. с англ. Е.П. Голубков. М. : Машиностроение, 1983. 648 с.
Пейгин С.В., Орлов С.А. Оптимальное аэродинамическое проектирование конфигурации «крыло-фюзеляж» широкофюзеляжного дальнемагистрального самолета // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2020. № 63. С. 115124. doi: 10.17223/19988621/63/10
Степанов К.А., Тимченко С.В. Аэродинамическое проектирование изолированного трехмерного крыла беспилотного летательного аппарата // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2018. № 54. С. 118-130. doi: 10.17223/19988621/54/10
Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М., 2012. 210 с.
Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя / пер. с нем. Г.А. Вольперт с 5-го нем. изд., исправленный по 6-му (амер.) изд., под ред. Л.Г. Лойцянского. М. : Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1974. 711 с.
ГОСТ 22833-77 Характеристики самолета геометрические. Термины, определения и буквенные обозначения. М. : Изд-во стандартов, 1987. 24 с.
Исмаилов К.К., Кагенов А.М., Костюшин К.В., Орлов С.А. Разработка цифровой модели БПЛА самолетного типа // 19-я Международная конференция «Авиация и космонавтика», 23-27 ноября 2020 г., Москва : тез. М. : ПеРо, 2020. С. 59-60.
Wilcox D.C. Turbulence Modeling for CFD. La Canada, CA : DCW Industries, 1993. 460 р.
Menter F.R. Zonal two-equation k-ю turbulence model for aerodynamic flows // AIAA. 1993. V. 93. Art. 2906. doi: 10.2514/6.1993-2906
Kagenov A.M., Kostyushin K.V., Ismailov K.K., Kostyushina N.O., Orlov S.A., Prokhanov S.A. The development of a cloud system for investigation of UAVs aerodynamic characteristics //j. Phys.: Conf. Ser. 2020. V. 1488. P. 1-5. doi: 10.1088/1742-6596/1488/1/012017
Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости : пер. с англ. М. : Энергоатомиздат, 1984. 152 с.
 Determination of aerodynamic characterisitcs of fixed-wing unmanned aerial vehicle by analytical techniques | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2022. № 78. DOI: 10.17223/19988621/78/9

Determination of aerodynamic characterisitcs of fixed-wing unmanned aerial vehicle by analytical techniques | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2022. № 78. DOI: 10.17223/19988621/78/9

Download full-text version
Counter downloads: 181