Производство и история:
Aerosonde HQ — VTOL-вариант первоначальной системы Aerosonde, разработанный в Австралии компанией Aerosonde Ltd (с 2006 г. — подразделение AAI, с 2007 г. — Textron Systems) в Ноттинг Хилл, Виктория . Первый коммерческий контракт на поставку HQ армии США был заключён в рамках FTUAS в 2020 г., а с конца 2020 г. стартовали программы Brigade Combat Team Evaluation для оснащения армейских бригад.

Интересные факты:

• Система разворачивается без вспомогательных машин за 20 мин тремя операторами сразу после выгрузки с транспортного контейнера.
• Использует проверенный Lycoming EL-005 heavy-fuel двигатель, что упрощает логистику (единый вид топлива с наземной техникой) и обеспечивает свыше 10 ч полёта.
• Фабрика в Виктории произвела более 600 платформ Aerosonde Mk 4.7 с 1995 г., что делает регион ключевым узлом глобального производства.

1. Принцип работы БПЛА самолётного типа
Беспилотный летательный аппарат самолётного типа — это летательное средство с неподвижным крылом, которое создаёт подъёмную силу при поступательном движении вперёд. Основное отличие от мультикоптеров заключается в том, что самолётный БПЛА не зависает в воздухе, а опирается на аэродинамическую подъёмную силу, создаваемую крыльями, для удержания в полёте. Продольное движение обеспечивается одним или несколькими тянущими или толкающими винтами, а ориентация в пространстве — за счёт аэродинамических поверхностей: рулей высоты, элеронов и направления.
При запуске двигательная установка разгоняет БПЛА до определённой скорости, при которой крыло начинает генерировать достаточную подъёмную силу для отрыва от поверхности. После этого аппарат переходит в устойчивый горизонтальный полёт, регулируемый системой автоматического управления или оператором.
Управление осуществляется изменением углов поворота рулевых поверхностей:

• рули высоты изменяют угол атаки и управляют подъёмом/снижением;
• рули направления обеспечивают поворот в горизонтальной плоскости (рыскание);
• элероны регулируют крен и наклон боковых осей.

Таким образом, за счёт сочетания аэродинамической устойчивости и тяги двигателей, БПЛА самолётного типа способен проходить большие расстояния с минимальным энергопотреблением.


2. Подъёмная сила и аэродинамика крыла
Ключевым элементом полёта БПЛА с неподвижным крылом является создание подъёмной силы крылом. Это явление объясняется уравнением Бернулли, которое описывает связь между давлением и скоростью потока воздуха. Благодаря профилю крыла (выпуклая верхняя поверхность и плоская нижняя), при поступательном движении воздух над крылом движется быстрее, чем под ним. Это создаёт разность давлений:

• давление сверху меньше, чем снизу;
• возникает подъёмная сила, направленная вверх и противодействующая силе тяжести.

Подъёмная сила пропорциональна квадрату скорости потока, плотности воздуха, площади крыла и коэффициенту подъёмной силы:
Fпод=CLV22S
где:

• CL — коэффициент подъёмной силы (зависит от угла атаки и профиля крыла);
• — плотность воздуха;
• V — скорость полёта;
• S — площадь крыла.

Таким образом, чем выше скорость БПЛА, тем больше подъёмная сила, позволяющая не только поддерживать высоту, но и выполнять манёвры в воздухе.


3. Сила тяги
Движение БПЛА вперёд обеспечивается двигателями, как правило, винтовыми (электрическими или ДВС). Тяга — это сила, с которой винт отбрасывает воздух назад, создавая реактивное движение вперёд (по третьему закону Ньютона). Винт преобразует вращательное движение двигателя в поступательное движение воздуха. Тяга зависит от:

• мощности двигателя;
• шага и диаметра винта;
• плотности воздуха.

Современные БПЛА часто используют двухлопастные винты, которые оптимальны по массе и эффективности. Электрические двигатели используются для лёгких и средних дронов, а поршневые — для тяжёлых с увеличенной дальностью полёта.


4. Сопротивление воздуха
Как и любой летательный аппарат, БПЛА в полёте испытывает силу аэродинамического сопротивления. Она противодействует поступательному движению и возникает за счёт столкновения потока воздуха с поверхностями аппарата. Эта сила определяется выражением:
Fсопр=CdV22S
где:

• Cd — коэффициент лобового сопротивления, который зависит от формы корпуса и его гладкости;
• S — площадь лобового сопротивления;
• ρ, V — плотность воздуха и скорость полёта соответственно.

Чем лучше аэродинамическое качество БПЛА (отношение подъёмной силы к сопротивлению), тем выше его дальность и экономичность. Самолётные БПЛА проектируют с удлинёнными и тонкими крыльями, плавными обводами фюзеляжа и минимумом выступающих элементов.


5. Сила тяжести и баланс сил
Сила тяжести продолжает оказывать влияние на аппарат во всём диапазоне полёта:
Fтяж=mg
Для устойчивого полёта требуется, чтобы подъёмная сила была равна или немного превышала силу тяжести. В случае снижения скорости подъёмная сила уменьшается, и аппарат начинает терять высоту. Именно поэтому самолётный БПЛА нуждается в постоянной поступательной тяге для поддержания скорости.
Таким образом, полёт БПЛА самолётного типа является балансом четырёх основных сил:

• подъёмной силы (вверх);
• силы тяжести (вниз);
• тяги (вперёд);
• сопротивления воздуха (назад).

Размещение агрегатов(рассмотрим на примере Геоскан 201)

1 - Подставка для сборки БВС
2 - Фюзеляж
3 - Штырь соединительный
4 - Штырь соединительный
5 - Штырь соединительный
6- Ложемент для фюзеляжа
7 - Консоль крыла (левая)
8 - Консоль крыла (правая)
9 - Законцовка крыла
10 - Законцовка крыла
11 - Кили
12 - Радиомодем

Метод сборки Геоскан 201 (как конструктор):
1) Установка подставки (1) – разместить платформу на ровной поверхности.
2) Укладка ложемента (6) – разместить фюзеляж (2) в ложемент.
3) Монтаж соединительных штырей (3, 4, 5) – вставить длинные штыри (610 мм) в пазы для крепления консолей крыла, средние и короткие — для килей и законцовок.
4) Установка крыльев (7, 8) – надеть консоли на штыри, соединить электрические разъемы.
5) Присоединение законцовок крыла (9, 10) – установить с помощью коротких штырей (120 мм).
6) Установка килей (11) – прикрепить на хвостовые балки с помощью штырей 220 мм.
7) Проверка соединений и работы рулей.
8) Установка радиомодема (12) – подключить в гнездо на фюзеляже.
9) Проверка центра масс, питания, телеметрии.

Особенности конструкции:

• Быстрая сборка/разборка без инструмента.
• Прочная транспортировочная тара с пенными прокладками.
• Композитные материалы обеспечивают легкость и прочность.
• Модульность упрощает ремонт и замену компонентов.

1) PD-1 fixed-wing UAV by Ukrspecsystems

2) Low Cost Fixed-Wing UAV