Производство и история:
Первый полёт Raven состоялся в октябре 2001 г., а в мае 2003 г. система поступила на вооружение армии США в рамках программы SOF. С 2006 г. аппарат выпускается на мощностях AeroVironment в Монровии, Калифорния, а также в дочерних сервисных центрах в Великобритании и Австралии. К 2024 г. было выпущено свыше 13 000 единиц Raven, став, по признанию самой компании, самым массовым тактическим БПЛА в мире.

Интересные факты:

• Стоимость системы вместе с двумя БПЛА, наземным пультом и ЗИП в 2006 г. оценивалась в $260 000, что делало Raven доступным для подразделений даже нижнего звена.
• Raven впервые применили в боевых условиях в Ираке в 2004 г., где он спас сотни жизней, выполняя разведку в «слепых зонах».
• Аппарат весит менее 2,2 кг, складывается в рюкзак, запускается вручную и обладает модульным дизайном для быстрой замены полезных нагрузок.

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