В последние годы появилось большое количество публикаций по использованию для решения топографических задач беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), или беспилотных авиационных систем (БАС). Такой интерес в немалой степени вызван простотой их эксплуатации, экономичностью, относительно невысокой стоимостью, оперативностью и т.д. Перечисленные качества и наличие эффективных программных средств автоматической обработки материалов аэрофотосъемки (включая выбор необходимых точек) открывают возможности широкого использования программно-технических средств беспилотной авиации в практике инженерно-геодезических изысканий.
В этом номере обзором технических средств беспилотной авиации мы открываем серию публикаций о возможностях БПЛА и опыте их использования при полевых и камеральных работах.
Д.П. ИНОЗЕМЦЕВ,руководитель проекта ООО«ПЛАЗ»,г. Санкт-Петербург
БЕСПИЛОТНЫЕ ЛЕТАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ: ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА
Часть 1. Обзор технических средств
ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА
Беспилотные летательные аппараты появились в связи с необходимостью эффективного решения военных задач - тактической разведки, доставки к месту назначения боевого оружия (бомб, торпед и др.), управления боевыми действиями и пр. И не случайно первым их применением считается доставка австрийскими войсками бомб к осажденной Венеции с помощью воздушных шаров в 1849 году . Мощным импульсом к развитию БПЛА послужило появление радиотелеграфа и авиации, что позволило существенно улучшить их автономность и управляемость.
Так, в 1898 году Никола Тесла разработал и продемонстрировал миниатюрное радиоуправляемое судно, а уже в 1910 году американский военный инженер Чарльз Кеттеринг предложил, построил и испытал несколько моделей беспилотных летательных аппаратов . В 1933 году в Великобритании разработан первый БПЛА
многократного использования, а созданная на его основе радиоуправляемая мишень использовалась в королевском флоте Великобритании до 1943 года.
На несколько десятков лет опередили свое время исследования немецких ученых, давших миру в 1940-х годах реактивный двигатель и крылатую ракету «Фау-1» как первый применявшийся в реальных боевых действиях беспилотный летательный аппарат.
В СССР в 1930–1940 годы авиаконструктором Никитиным был разработан торпедоносец-планер типа «летающее крыло», а к началу 40-х был подготовлен проект беспилотной летающей торпеды с дальностью полета от 100 километров и выше, однако в реальные конструкции эти разработки не превратились.
После окончания Великой Отечественной войны интерес к БПЛА существенно возрос, а начиная с 1960-х годов отмечается их широкое внедрение для решения задач невоенного характера.
В целом историю БПЛА можно условно разделить на четыре временных этапа :
1.1849 год–начало ХХ века - попытки и экспериментальные опыты по созданию БПЛА, формирование теоретических основ аэродинамики, теории полета и расчета самолета в работах ученых.
2.Начало ХХ века - 1945 год - разработка БПЛА военного назначения (самолетов-снарядов с небольшой дальностью и продолжительностью полета).
3.1945–1960 годы - период расширения классификации БПЛА по назначению и создание их преимущественно для разведывательных операций.
4.1960 годы - наши дни - расширение классификации и усовершенствование БПЛА, начало массового использования для решения задач невоенного характера.
КЛАССИФИКАЦИЯ БПЛА
Общеизвестно, что аэрофотосъемка, как вид дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), - это наиболее производительный метод сбора пространственной информации, основа для создания топографических планов и карт, создания трехмерных моделей рельефа и местности. Аэрофотосъемка выполняется как с пилотируемых летательных аппаратов - самолетов, дирижаблей мотодельтапланов и аэростатов, так и с беспилотных летательных аппаратов (БПЛА).
Беспилотные летательные аппараты, как и пилотируемые, бывают самолетного, а также вертолетного типа (вертолеты и мультикоптеры - летательные аппараты с четырьмя и более роторами с несущими винтами). В настоящее время в России не существует общепринятой классификации БПЛА самолетного типа. Missiles.
Ru совместно с порталом UAV.RU предлагает современную классификацию БПЛА самолетного типа , разработанную на основе подходов организации UAV International, но с учетом специфики и ситуации именно отечественного рынка (классы) (табл. 1):
Микро- и мини-БПЛА ближнего радиуса действия. Класс миниатюрных сверхлегких и легких аппаратов и комплексов на их основе с взлетной массой до 5 килограммов начал появляться в России относительно недавно, но уже довольно
широко представлен. Такие БПЛА предназначены для индивидуального оперативного использования на коротких дальностях на удалении до 25–40 километров. Они просты в эксплуатации и транспортировке, вы полняются складными и позиционируются как «носимые», запуск осуществляется, с помощью катапульты или с руки. Сюда относятся: Geoscan 101 , Geoscan 201 , 101ZALA 421-11, ZALA 421-08, ZALA 421-12, Т23 «Элерон», Т25, «Элерон-3», «Гамаюн-3», «Иркут-2М», «Истра-10»,
«БРАТ», «Локон», «Инспектор 101», «Инспектор 201», «Инспектор 301» и др.
Легкие БПЛА малого радиусадействия. К этому классу относятся несколько более крупные аппараты - взлетной массой от 5 до 50 килограммов. Дальность их действия - в пределах 10–120 километров.
Среди них: Geoscan 300, «ГрАНТ», ZALA 421-04, Орлан-10, ПтероСМ , ПтероЕ5 , Т10, «Эле рон-10», «Гамаюн-10», «Иркут-10»,
Т92 «Лотос», Т90 (Т90-11), Т21, Т24, «Типчак» БПЛА-05, БПЛА-07, БПЛА-08.
Легкие БПЛА среднего радиуса действия. Ряд отечественных образцов можно отнести к этому классу БПЛА. Их масса варьируется в пределах 50–100 килограммов. К ним относится: Т92М «Чибис», ZALA 421-09,
«Дозор-2», «Дозор-4», «Пчела-1Т».
Средние БПЛА. Взлетная масса средних БПЛА лежит в диапазоне от 100 до 300 килограммов. Они предназначены для применения на дальностях 150–1000 километров. В этом классе: М850 «Астра», «Бином», Ла-225 «Комар», Т04, Е22М «Берта», «Беркут», «Иркут-200».
Среднетяжелые БПЛА. Этот класс имеют схожую с БПЛА предыдущего класса дальность применения, но обладают несколько большей взлетной массой - от 300 до 500 килограммов.
К этому классу следует отнести: «Колибри», «Данэм», «Дань-Барук», «Аист» («Юлия»), «Дозор-3».
Тяжелые БПЛА среднего радиуса действия. Данный класс включает БПЛА полетной массой от 500 и более килограммов, предназначены для применения на средних дальностях 70–300 километров. В классе тяжлых следующие: Ту-243 «Рейс-Д», Ту-300, «Иркут-850», «Нарт» (А-03).
Тяжелые БПЛА большой продолжительности полета. Достаточно востребованная за рубежом категория беспилотных аппаратов, к которой относятся американские БПЛА Predator, Reaper, GlobalHawk, израильские Heron, Heron TP. В России образцы практически отсутствуют: «Зонд-3M», «Зонд-2», «Зонд-1», беспилотные авиационные системы Сухого («БасС»), в рамках которой создается роботизированный авиационный комплекс (РАК).
Беспилотные боевые самолеты (ББС). В настоящее время в мире активно ведутся работы по созданию перспективных БПЛА, имеющих возможность нести на борту оружие и предназначенных для ударов по наземным и надводным стационарным и подвижным целям в условиях сильного противодействия сил ПВО противника. Они характеризуются дальностью действия около 1500 километров и массой от 1500 килограммов.
На сегодняшний день в России в классе ББС представлено два проекта: «Прорыв-У», «Скат» .
На практике для аэрофотосъемки, как правило, применяются БПЛА весом до 10–15 килограммов (микро-, мини-БПЛА и легкие БПЛА). Это связано с тем, что при увеличении взлетного веса БПЛА растет сложность его разработки и, cоответственно, стоимость, но снижается надежность и безопасность эксплуатации. Дело в том, что при посадке БПЛА выделяется энергия E = mv2 / 2, а чем больше масса аппарата m, тем больше его посадочная скорость v, то есть выделяемая при посадке энергия очень быстро растет с ростом массы. А эта энергия может повредить как сам БПЛА, так и находящееся на земле имущество.
Беспилотный вертолет и мультикоптер лишены этого недостатка. Теоретически, такой аппарат можно посадить со сколь угодно малой скоростью сближения с Землей. Однако беспилотные вертолеты слишком дороги, а коптеры пока не способны летать на большие расстояния, и применяются только для съемки локальных объектов (отдельных зданий и сооружений).
Рис. 1. БПЛА Mavinci SIRIUS Рис. 2. БПЛА Geoscan 101
ПРЕИМУЩЕСТВА БПЛА
Превосходством БПЛА перед пилотируемыми воздушными судами является, прежде всего, стоимость производства работ, а также значительное уменьшение количества регламентных операций. Само отсутствие человека на борту самолета значительно упрощает подготовительные мероприятия для проведения аэрофотосъемочных работ.
Во-первых, не нужен аэродром, даже самый примитивный. Беспилотные летательные аппараты запускаются или с руки, или с помощью специального взлетного устройства - катапульты.
Во-вторых, особенно при использовании электрической двигательной схемы, отсутствует необходимость в квалифицированной технической помощи для обслуживания летательного аппарата, не так сложны мероприятия по обеспечению безопасности на объекте работ.
В-третьих, отсутствует или намного увеличен межрегламентный период эксплуатации БПЛА по сравнению с пилотируемым воздушным судном.
Данное обстоятельство имеет большое значение при эксплуатации аэрофотосъемочного комплекса в удаленных районах нашей страны. Как правило, полевой сезон аэрофотосъемочных работ короток, каждый погожий день необходимо использовать для производства съемки.
УСТРОЙСТВО БПЛА
две основные схемы компоновки БПЛА: классическая (по схеме «фюзеляж+крылья+хвост»), к которой относится, например БПЛА «Орлан-10», Mavinci SIRIUS (рис. 1) и др., и «летающее крыло», к которой относятся Geoscan101 (рис. 2), Gatewing X100 , Trimble UX5 и др.
Основными частями беспилотного аэрофотосъемочного комплекса являются: корпус, двигатель, бортовая система управления (автопилот), наземная система управления (НСУ) и аэрофотосъемочное оборудование.
Корпус БПЛА изготавливают излегкого пластика (например, углепластика или кевлара), чтобы защитить дорогостоящую фотоаппаратуру и средства управления и навигации, а его крылья - из пластика или экструдированного пенополистирола (EPP). Этот материал легок, достаточно прочен и не ломается при ударе. Деформированную деталь из ЕРР зачастую можно восстановить подручными средствами.
Легкий БПЛА с посадкой на парашюте может выдержать несколько сотен полетов без ремонта, который, как правило, включает замену крыльев, элементов фюзеляжа и др. Производители стараются удешевить части корпуса, подверженные износу, чтобы расходы пользователя на поддержа-БПЛА в рабочем состоянии были минимальными.
Надо отметить, что наиболее дорогостоящие элементы аэрофотосъемочного комплекса, наземная система управления, авионика, программное обеспечение, - вообще не подвержены износу.
Силовая установка БПЛА можетбыть бензиновой или электрической. Причем, бензиновый двигатель обеспечит намного более продолжительный полет, так как в бензине, в расчете на килограмм, запасено в 10–15 раз больше энергии, чем мож-но сохранить в самом лучшем аккумуляторе. Однако такая силовая установка сложна, менее надежна и требует значительного времени для подготовки БПЛА к старту. Кроме того, беспилотный летательный аппарат с бензиновым двигателем крайне сложно перевозить к месту работ на самолете. Наконец, он требует от оператора высокой квалификации. Поэтому бензиновый БПЛА имеет смысл применять только в тех случаях, когда необходима очень большая продолжительность полета - для непрерывного мониторинга, для обследования особо удаленных объектов.
Электрическая двигательная установка, напротив, очень нетребовательна к уровню квалификации обслу-живающего персонала. Современные аккумуляторные батареи могут обеспечить длительность непрерывного полета свыше четырех часов. Обслуживание электрического двигателя совсем несложно. Преимущественно это только защита от влаги и грязи, а также проверка напряжения бортовой сети, что осуществляется с наземной системы управления. Зарядка аккумуляторов производится от бортовой сети сопровождающего автомобиля или от автономного электрогенератора. Бесколлекторный электрический двигатель БПЛА практически не изнашивается.
Автопилот -с инерциальной системой (рис. 3) - наиболее важный элемент управления БПЛА.
Автопилот весит всего 20–30 граммов. Но это очень сложное изделие. В автопилоте, кроме мощного процессора, установлено множество датчиков - трехосевые гироскоп и акселерометр (а иногда и магнитометр), ГЛО-НАСС/GPS-приемник, датчик давления, датчик воздушной скорости. С этими приборами беспилотный летательный аппарат сможет летать строго по заданному курсу.
Рис. 3. АвтопилотMicropilot
В БПЛА имеется радиомодем, необходимый для загрузки полетного задания, передачи в наземную систему управления телеметрических данных о полете и текущем местоположении на участке работ.
Наземная система управления
(НСУ) -это планшетный компьютерили ноутбук, оснащенный модемом для связи с БПЛА. Важная часть НСУ - программное обеспечение для планирования полетного задания и отображения хода его выполнения.
Как правило, полетное задание составляется автоматически, по заданному контуру площадного объекта или узловым точкам линейного объекта. Кроме того, существует возможность проектирования полетных маршрутов, исходя из необходимой высоты полета и требуемого разрешения фотоснимков на местности. Для автоматического выдерживания заданной высоты полета есть возможность учесть в полетном задании цифровую модель местности в распространенных форматах.
Во время полета на картографической подложке монитора НСУ отображается положение БПЛА и контуры снимаемых фотографий. Оператор имеет возможность во время выполнения полета оперативно перенацелить БПЛА на другой район посадки и даже оперативно посадить беспилотник с «красной» кнопки наземной системы управления. По команде с НСУ могут быть запланированы и другие вспомогательные операции, например - выброс парашюта.
Кроме обеспечения навигации и обеспечения полета автопилот должен управлять фотоаппаратом, чтобы получать снимки с заданным межкадровым интервалом (как только БПЛА пролетит нужное расстояние от предыдущего центра фотографирования). Если заранее рассчитанный межкадровый интервал не выдерживается стабильно, приходится настраивать время срабатывания затвора с таким расчетом, чтобы даже при попутном ветре продольное перекрытие было достаточным.
Автопилот должен регистрировать координаты центров фотографирования геодезического спутникового приемника ГЛОНАСС/GPS, чтобы программа автоматической обработки снимков смогла построить модель быстро и привязать ее к местности. Требуемая точность определения координат центров фотографирования зависит от технического задания к выполнению аэрофотосъемочных работ.
Аэрофотосъемочное оборудование на БПЛА устанавливается в зависимости от его класса и цели использования.
На микро- и мини-БПЛА устанавливаются компактные цифровые фотокамеры, комплектуемые сменными объективами с постоянным фокусным расстоянием (без трансфокатора или zoom-устройства) весом 300–500 граммов. В качестве таких камер в настоящее время используются фотоаппараты SONY NEX-7
с матрицей 24,3 МП, CANON600D матрицей 18,5 МП и подобные им. Управление срабатыванием затвора и передача сигнала от затвора в спутниковый приемник производится с помощью штатных или незначительно доработанных электрических разъемов фотоаппарата.
На легкие БПЛА малого радиуса действия устанавливаются зеркальные фотокамеры с большим размером светочувствительного элемента, например CanonEOS5D(размер сенсора 36×24 мм) , NikonD800 (матрица 36,8 МП (размер сенсора 35,9×24 мм)), Pentax645D(CCD-сенсор 44×33 мм, матрица 40 МП) и им подобные, весом 1,0–1,5 килограмма.
Рис. 4. Схема размещения аэроснимков (голубые прямоугольники с подписями номеров)
ВОЗМОЖНОСТИ БПЛА
Согласно требованиям документа «Основные положения по аэрофотосъемке, выполняемой для создания и обновления топографических карт и планов» ГКИНП-09-32-80 носитель аэрофотосъемочной аппаратуры должен предельно точно следовать проектному положению маршрутов аэрофотосъемки, выдерживать заданный эшелон (высоту фотографирования), обеспечивать требования по соблюдению предельных отклонений по углам ориентирования фотокамеры - наклон, крен, тангаж. Кроме того, навигационная аппаратура должна обеспечивать точное время срабатывания фотозатвора и определять координаты центров фотографирования.
Выше указывалась аппаратура, интегрированная в автопилот: это микробарометр, датчик воздушной скорости, инерциальная система, навигационная спутниковая аппаратура. По проведен-ным испытаниям (в частности, БПЛА Geoscan101) были установлены следующие отклонения реальных параметров съемки от заданных:
Уклонения БПЛА от оси маршрута - в диапазоне 5–10 метров;
Уклонения высот фотографирования - в диапазоне 5–10 метров;
Колебание высот фотографирования смежных снимков - не более
Возникающие в полете «елочки» (развороты снимков в горизонтальной плоскости) обрабатываются автоматизированной системой фотограмметрической обработки без заметных негативных последствий.
Фотоаппаратура, устанавливаемая на БПЛА, позволяет получить цифровые изображения местности с разрешением лучше 3 сантиметров на один пиксель. Применение коротко-, средне-, и длиннофокусных фотообъективов определяется ха-рактером получаемых готовых мате-риалов: будь это модель рельефа или ортофотоплан. Все расчеты производятся так же, как и в «большой» аэрофотосъемке.
Применение двухчастотной ГЛО-НАСС/GPSспутниковой геодезической системы для определения координат центров снимков позволяет в процессе постобработки получить координаты центров фотографирования с точностью лучше 5 сантиметров, а применение метода PPP(PrecisePointPositioning) - позволяет определять координаты центров снимков без использования базовых станций или на значительном удалении от них.
Конечная обработка материалов аэрофотосъемки может служить объективным критерием оценки качества выполненной работы. Для иллюстрации можно рассмотреть данные об оценке точности фотограмметрической обработки материалов аэрофотосъемки с БПЛА, выполненной в ПО «PhotoScan» (производства фирмы Agisoſt, г. СанктПетербург) по контрольным точкам (табл. 2).
|
Номера точек |
Ошибки по осям координат, м |
Абс, пикс |
Проекции |
|||
|
(ΔD)2= ΔХ2+ ΔY2+ ΔZ2 |
||||||
ПРИМЕНЕНИЕ БПЛА
В мире, а в последнее время и в России, беспилотные летательные аппараты применяются в геодезических изысканиях при строительстве , для составления кадастровых планов промышленных объектов, транспортной инфраструктуры, поселков, дачных массивов, в маркшейдерском деле для определения объемов горных выработок и отвалов, при учете движения сыпучих грузов в карьерах, портах, горнообогатительных комбинатах, для создания карт, планов и 3D-моделей городов и предприятий.
3. Цепляева Т.П., Морозова О.В. Этапы развития беспилотных летательных аппаратов. М., «Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии», № 42, 2009.
Анализ зарубежных беспилотных летательных аппаратов, применяемых в лесном секторе
А. А. Никифоров1 В. А. Мунимаев Санкт-Петербургская лесотехническая академия
АННОТАЦИЯ
В статье приведена международная классификация беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Проведен анализ БПЛА иностранного производства, применяемых в лесном секторе.
Ключевые слова: лесное хозяйство, беспилотные летательные аппараты, аэрофотосъемка.
In article international classification of unmanned aerial vehicles (UAV) is presented. The analysis of international experience of manufacture UAV applied in forestry is carried out.
Keywords: forestry, unmanned aerial vehicle, aerial photography.
Беспилотные летательные аппараты (БПЛА) применяются в развитых странах для аэрофотосъемки в военных и гражданских целях в качестве альтернативы существенно более дорогой космической и традиционной фотосъемке.
В международной классификации по функциональному назначению выделено шесть категорий БПЛА:
1. Цели и мишени.
2. Охрана и наблюдение.
3. Разведка поля боя.
4. Логистика.
5. Научные исследования.
6. Гражданское применение.
Формированием концепций сертификации, стандартизации и регулирования полетов беспилотной техники занимается ведущая международная неправительственная организация «UVS International».
Согласно международной классификации «UVS International» все БПЛА делятся на тактические БПЛА с подуровнями по дальности и высотности действия (табл. 1), а также на стратегические и специальные БПЛА. Деление на БПЛА самолетного, вертолетного и иного типов не предусматривается в данной классификации. Соединенные Штаты и Израиль являются лидерами в разработке и производстве беспилотных летательных аппаратов. Доля рынка беспилотных систем американского производства в 2006 году составляла более чем 60 %. На данный
момент на рынок беспилотных систем гражданского применения выходят такие страны, как Южная Корея, Китай, Южная Африка.
Рассмотрим БПЛА, созданные специально для научно-исследовательской деятельности и гражданского применения, которые используются в лесном секторе. Основные характеристики БПЛА иностранного производства приведены в таблице 2.
Таблица 1
Тактические БПЛА
Максимальный
Название Дальность, взлетный вес,
Нано Nano Менее 1 Менее 0.025
Микро ^ 1-10 0.025-5
Мини Mini 1-10 5-150
Ближнего CR,
радиуса Close 10-30 25-150
действия Range
Малого SR,
радиуса Short 30-70 50-250
действия Range
Среднего радиуса MR, Medium 70-200 150-500
действия Range
Среднего радиуса действия продолжительного полета MRE, Medium Range Endurance Более 500 500-1500
Маловы- LADP,
сотные Low
глубокого проникновения Altitude Deep Penetration Более 250 250-2500
Маловы- LALE,
сотные Low
большой продолжительности Altitude Long Endur- Более 500 15-25
полета ance
Средневы-сотные БПЛА большой MALE, Medium Altitude Long Endurance Более 500 1000-1500
продолжительности полета
БПЛА MicroB израильской компании «Blue Bird Aero Systems» относится к тактическим микро-системам , выполнен по схеме «летающее крыло», в хвостовой части которого расположен электрический двигатель с толкающим винтом. При небольшом весе в 1 кг он несет полезную нагрузку в 0,24 кг - стабилизированную ТВ систему и фотоаппаратуру высокого разрешения.
Труды лесоинженерного факультета ПетрГУ
Таблица 2
Основные характеристики БПЛА иностранного производства
MicroB CropCam MASS Skyblade III Remoeye 002 Manta EPP 1.5m Boomerang 1.3m Jackaroo 1.5m SmartOne
Взлетная масса, кг 1,0 2,72 3,0 5 2,4 2 2 2,5 1,1
Масса полезной нагрузки, кг 0,24 - 0,5 - - 0,25 0,25 0,75 -
Размах крыла, м 0,95 2,5 1,5 2,6 1,5 1,5 1,4 1,5 1,2
Длина, м - 1,3 1,05 1,4 1,3 1,5 1,3 1,5 -
Скорость, км/ч 45-80 60-120 60-120 130 80 60-100 60-105 60-105 50
Высота полета, м - 125-650 50-150 91-457 - 3500 3500 3500 150-600
Радиус действия, км 10 10 10-20 8 10 15 25 25 0,5-2,5
Продолжительность полета, ч 1 1 1-1,25 1 1 0,5 1,5 1,5-2,5 0,3-1
CropCam беспилотный летательный аппарат канадской одноименной компании . Представляет собой легкий планер из стекловолокна, оснащенный электродвигателем с тянущим пропеллером. Запускается самолет вручную, садится автоматически. Оснащается фотокамерой высокого разрешения для получения цифровых снимков местности, привязанных по GPS.
Финская компания «Patria Systems» является разработчиком Мини БПЛА MASS (Modular Airborne Sensor System) . Конструкция самолета представляет собой моноплан с V-образным хвостом с толкающим пропеллером. Самолет состоит из восьми модулей, изготовленных из полипропилена (EPP), что не маловажно при транспортировке и хранении. Запуск выполняется вручную. Может оснащаться различными видео и фотокамерами, а также датчиками загрязнения и радиации.
Мини БПЛА Skyblade III представлен в апреле 2005 сингапурской компанией «Singapore Technologies Aerospace» . Система Skyblade III разработана для выполнения широкого спектра гражданских задач. Самолет имеет конструкцию моноплана с тянущим пропеллером. Под крылом располагается большой модуль с датчиками, запуск осуществляется с руки.
Компания из Южной Кореи «Ucon System» разработала мини БПЛА Remoeye 002 . Самолет построен по схеме моноплана с электродвигателем с толкающим пропеллером. Запуск осуществляется с руки, посадка с парашютом или по-самолетному. Оснащается видеокамерой или ИК фотоаппаратурой высокого разрешения.
Южноафриканская компания «YellowPlane» основана в 2005 году для изучения дикой природы . Это привело к исследованиям в области малых беспилотных воздушных систем (sUAS), или как их часто на-звают UAV"s. В 2006 году «Yellowplane» стала в Южной Африке создавать sUAS для аэрофотосъемки. Представлено три модели: Manta EPP, Boomerang и Jackaroo. Все эти три модели выполнены по схеме «летающее крыло» с электрическим двигателем с толкающим винтом. Запуск производится с руки, Boomerang и Jackaroo - с катапульты, а Jackaroo возможно запускать и с катапульты пневматического типа. Посадка у всех самолетов осуществляется по-самолетному.
Manta EPP отличается от Boomerang и Jackaroo более простым автопилотом и возможностью наземного контроля. Boomerang и Jackaroo поставляется наземной станцией контроля БПЛА. Manta EPP несет на себе цифровую камеру, Boomerang и Jackaroo - высокого разрешения CCD камеру. В Jackaroo предусмотрена установка дополнительного комплекта аккумуляторов, что повышает время полета с 1,5 до 2,5 часов.
Шведская компания «Smartplane» разработала микро-БПЛА SmartOne для лесоводства и сельского хозяйства . Корпус построен так, чтобы противостоять тяжелым условиям применения аппарата в лесу. Система БПЛА является компактной и простой, что позволяет работать с ней одному человеку. Самолет несет калиброванную компактную камеру высокого разрешения и весит всего 1,1 кг. Запуск осуществляется с руки или из рогатки, посадка автоматически по-самолетному.
В качестве беспилотного летательного аппарата для решения задач лесного сектора рекомендуется применять самолеты, относящиеся к классу мини и мик-р°.
Для запуска в условиях лесной растительности наиболее приспособленными выступают БПЛА, построенные по схеме «летающее крыло» с электрическим двигателем с толкающим винтом.
Самолеты, построенные по схеме моноплана, имеют возможность планировать и обладают стабильным поведением в воздухе при полете.
В статье не были представлены БПЛА, оснащенные двигателями внутреннего сгорания, так как они затрудняют получение качественных аэрофотоснимков из-за масляных пятен на объективе фотокамеры.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Bento Maria de Fatima. Unmanned Aerial Vehicles: An Overview // Inside GNSS. 2008. Vol. 3. № 1. Р. 54-61.
2. Cropcam [Электронный ресурс] // http://cropcam.com/pdf/brochure-cropcam.pdf
3. MASS [Электронный ресурс] // http://www.patria.fi/fa2e2b004fc0a23ab1ebb7280c512 7e4/ Mini_UAV+-esite.pdf
4. MicroB. Tactical Micro UAV System [Электронный ресурс] // http://www.bluebird-uav.com/PDF/ mi-croB.pdf
5. Remoeye 002 [Электронный ресурс] // http://www.uconsystem.com/english/htm/pro_02.asp
6. Skyblade3 [Электронный ресурс] // http://www.staero.aero/downloads/uploadedfiles/ STA001793_AT_STA_PlatformBrochure_skyblade3_ A4.pdf
8. Yellowplane sUAS UAVs for Europe and South Africa [Электронный ресурс] // http://www.yellowplane.co.uk/
Охрана воздушного пространства России / Фото: cdn5.img.ria.ru
Российские ученые разрабатывают гиперзвуковые летательные аппараты для преодоления противоракетной обороны, заявил руководитель проектной группы Борис Сатовский.
По его словам, сейчас весь мир проходит через переломный этап, когда с учетом достигнутого уровня технологического развития происходит переосмысление способов применения стратегических вооружений. В процессе технологического развития возникают новые типы и виды оружия, например, на основе маневрирующих гиперзвуковых элементов.
По сообщениям СМИ, в текущем году российские военные дважды испытали гиперзвуковой летательный аппарат, призванный заменить традиционные боеголовки для перспективных межконтинентальных баллистических ракет.
Маневр, который совершает гиперзвуковая боеголовка после входа в плотные слои атмосферы, затрудняет ее перехват системами ПРО. Гиперзвуковой называется скорость полета, значительно (в пять раз и более) превышающая скорость звука в атмосфере, то есть 330 метров в секунду, сообщает РИА Новости .
Техническая справка
Россия сможет ограничить эффективность системы ПРО США при помощи гиперзвукового летательного аппарата Ю-71, испытания которого сейчас ведутся, пишет американское издание Washington Times. Новое оружие сможет нести ядерный заряд со скоростью в 10 раз превышающую скорость звука.
Предполагаемый вид Ю-71 / Изображение: nampuom-pycu.livejournal.com
В обстановке строжайшей секретности Россия испытывает новый гиперзвуковой маневрирующий летательный аппарат Ю-71, который будет способен нести ядерные боеголовки со скоростью в 10 раз превышающую скорость звука, сообщает американское издание Washington Times. Кремль разрабатывает подобные устройства, чтобы преодолеть противоракетную оборону США, со ссылкой на газету отмечает ИноТВ.() Ю-71 (Yu-71) был в разработке несколько лет. Последние испытания летательного аппарата прошли в феврале 2015 года. Пуск состоялся с полигона «Домбаровский» под Оренбургом. Раньше о нем чисто предположительно сообщалось на других западных источниках, сейчас же этот пуск подтвержден новыми аналитиками. Издание ссылается на выпущенный в июне доклад известного западного военно-аналитического центра Jane’s.
Ранее в открытых источниках данное обозначение — Ю-71 - не фигурировало.
Ю-71 - гиперзвуковой летательный аппарат / Фото: azfilm.ru
Как пишет The WashingtonFree Beacon, летательный аппарат является частью секретного российского проекта со созданию некоего объекта 4202. Аналитики утверждают, что февральский запуск был произведен с помощью ракеты УР-100Н УТТХ, в котором объект 4202 служил головной частью, и закончился неудачно.
Возможно, под таким индексом обозначаются разрабатываемые модификации гиперзвуковых маневрирующих ядерных боеголовок, которыми вот уже несколько лет оснащаются российские МБР. Данные блоки после отделения от ракеты-носителя способны менять траекторию полета по высоте и курсу и как результат успешно обходить как действующие, так и перспективные системы ПРО.
Это даст России возможность наносить высокоточные удары по выбранным целям, а в сочетании с возможностями своей системы противоракетной обороны Москва будет способна успешно поражать цель только одной ракетой.
24 гиперзвуковых летательных аппарата с ядерными боеголовками будут размещены на полигоне Домбаровский с 2020 по 2025 год, уверены в военно-аналитическом центре Jane’s Information Group. К тому времени у Москвы уже появится новая межконтинентальная баллистическая ракета, способная нести Ю-71, пишет издание.
Скорость гиперзвуковых летательных аппаратов достигает 11 200 км/ч, а непредсказуемая манёвренность делает задачу по их пеленгу практически невыполнимой, подчёркивает Washington Times.
Здравствуйте!
Сразу хочу сказать, что поверить в это сложно, почти невозможно во всём виноват стереотип, но попытаюсь изложить это понятно и аргументировать конкретными испытаниями.
Моя статья предназначается для людей, связанных, с авиацией или тем кому интересна авиация.
В 2000 году, возникла идея, траектория движения механической лопасти по окружности с разворотом на своей оси. Как изображено на Рис.1.
И так представим, лопасть (1), (плоская прямоугольная пластина, вид сбоку) вращаясь по окружности (3) разворачивается на своей оси (2) в определённой зависимости, на 2 градуса вращения по окружности, 1 градус разворота на своей оси (2). В результате мы имеем изображенную на Рис.1 траекторию движения лопасти (1). А теперь представим, что лопасть находится в текучей среде, в воздухе или воде, при таком движении происходит следующее, двигаясь в одну сторону (5) по окружности, лопасть имеет максимальное сопротивление текучей среде, а двигаясь в другую сторону (4) по окружности, имеет минимальное сопротивление текучей среде.
Это и есть принцип работы движителя, осталось изобрести механизм исполняющий траекторию движения лопасти. Этим я и занимался с 2000 по 2013 год. Механизм назвал ВРК, расшифровывается как вращающееся разворачивающееся крыло. В данном описании крыло, лопасть, и пластина имеют одинаковое значение.
Создал свою мастерскую и начал творить, варианты пробовал разные, приблизительно в 2004-2005 получил следующий результат.
Рис. 2
Рис. 3
Сделал тренажёр для проверки подъёмной силы ВРК Рис.2. ВРК выполнен трёх лопастным, лопасти по внутреннему периметру имеют натянутую красную плащевую ткань, смысл тренажера преодолеть силу тяжести в 4 кг. Рис.3. Безмен я крепил к валу ВРК. Результат Рис.4:
Рис. 4
Тренажёр с легкостью поднял этот груз, был репортаж по местному телевидению ГТРК Бира, это кадры из этого репортажа. Потом добавил скорость и отрегулировал на 7 кг., тренажер поднял и этот груз, после этого попытался добавить ещё скорость, но механизм не выдержал. Поэтому судить об эксперименте могу по этому результату, хотя он и не окончательный, а в цифрах это выглядит так:
На клипе изображен тренажёр для испытания подъёмной силы ВРК. На ножках, шарнирно закреплена горизонтальная конструкция, с одной стороны установлено ВРК с другой привод. Привод – эл. двигатель 0,75кВт, КПД эл. двигателя 0,75% то есть фактически двигатель выдаёт 0,75*0,75=0,5625КВт, нам известно что 1л.с=0,7355кВт.
Перед включением тренажера я безменом взвешиваю вал ВРК, вес составляет 4кг. Это видно из клипа, после репортажа я изменил передаточное число, добавил скорость и добавил вес, в итоге тренажер поднял 7 килограмм, после при увеличении веса и оборотов, он не выдержал. Вернёмся к расчётам по факту, если 0,5625кВт поднимает 7 кг то 1л.с=0,7355кВт поднимет 0,7355кВт/0,5625КВт=1,3 и 7*1,3=9,1кг.
Движитель ВРК при испытании показал вертикальную подъёмную силу 9,1кг/на одну лошадиную силу. К примеру у вертолёта подъёмная сила в два раза меньше. (сравниваю технические характеристики вертолётов, где максимальная взлётная масса на мощность двигателя составляет 3,5-4 кг./на 1л.с., у самолёта она составляет 8 кг./на 1 л.с.). Хочу заметить, что это не окончательный результат, для испытаний, ВРК необходимо сделать в заводских условиях и на стенде с точными приборами, определить подъёмную силу.
Движитель ВРК, имеет техническую возможность, изменять направление движущей силы на 360 градусов, это позволяет осуществлять вертикальный взлёт и переходить на движение по горизонтали. В этой статье я не останавливаюсь на этом вопросе, это изложено в моих патентах.
Получил 2 патента за ВРК Рис.5, Рис.6, но сегодня они не действуют за неуплату. Но всей информации для создания ВРК в патентах нет.
Рис. 5
Рис. 6
Теперь самое сложное, у всех сложился стереотип о существующих летательных аппаратах, это самолёт и вертолёт (я не беру примеры на реактивной тяге или ракеты).
ВРК – обладая преимуществом перед винтом такими как, более высокая движущая сила и изменением направления движения на 360 градусов, позволяет создавать совершенно новые летательные аппараты различного назначения, которые будут вертикально взлетать с любой площадки и плавно переходить в горизонтальное движение.
По сложности производства, летательные аппараты с ВРК не сложнее автомобиля, назначение летательных аппаратов может быть самое различное:
- Индивидуальные, надел на спину, и полетел как птица;
- Семейный вид транспорта, на 4-5 чел, Рис.7;
- Муниципальный транспорт: скорая помощь, полиция, администрация, пожарная, МЧС и т.п., Рис.7;
- Аэробусы для периферийного, и междугороднего сообщения, Рис.8;
- Летательный аппарат, взлетающий вертикально на ВРК, переходящие на реактивные двигатели, Рис. 9;
- И любые летательные аппараты для всевозможных задач.
Рис. 7
Рис. 8
Рис. 9
Вид у них и принцип полёта, сложен к восприятию. Кроме летательных аппаратов ВРК может быть использован как движитель для плавательных аппаратов, но этой темы мы здесь не касаемся.
ВРК это целое направление, с которым мне одному не справиться, хочется надеяться что это направление потребуется в России.
Получив результат 2004-2005 году, я был окрылён и надеялся, что быстро донесу свои мысли до специалистов, но пока этого не случилось, все годы делал новые варианты ВРК, применял разные кинематические схемы, но результат испытаний был отрицательным. В 2011 году, повторил вариант 2004-2005 года, эл. двигатель включил через инвертор, этим обеспечил плавный пуск ВРК, правда, механизм ВРК выполнил из доступных мне материалов по упрощённому варианту, поэтому максимальную нагрузку дать не могу, отрегулировал на 2 кг.
Медленно поднимаю обороты эл. двигателя, в результате ВРК показывает бесшумный плавный взлёт.
Полный клип последнего испытания:
На этой оптимистичной ноте прощаюсь с Вами.
С уважением, Кохочев Анатолий Алексеевич.
Уже в течение четверти века в мире витают идеи о создании так называемого гибридного летательного аппарата, который в своей конструкции позволит совместить дирижабль, самолет и вертолет. Для чего же нужна такая странная конструкция, если все три указанных вида летательных аппарата можно использовать по отдельности? А дело заключается в том, что еще в эпоху больших советских строек возникла проблема по транспортировке массивных конструкций, которые еще нужно было установить точно в условленном месте. Ведь, в самом деле, не понесет же многотонную буровую вышку к месту эксплуатации обычный вертолет. Поэтому элементы вышки доставляли железнодорожным транспортом, а затем приступали к сборке. Это отнимало огромное количество времени и ресурсов, в том числе и финансовых. Именно тогда у тюменских конструкторов и возникла мысль о создании такого летательного аппарата, который бы на относительно невысокой скорости мог двигаться по воздуху и нести груз большой массы.
Кстати говоря, такая идея, родившись первой в СССР, дошла и до Соединенных Штатов. Уже в следующем году американцы планируют поднять в небо гигантский «Aeroscraft» – и самолет, и дирижабль одновременно. Можно констатировать, что российские конструкторы опередили американцев в плане реализации идеи гибридного летательного аппарата. Ведь свой «БАРС», а именно так назван гибрид, совершил первый полет над Тюменскими полями еще в середине 90-х. Получается, что дело сделано и наши авиаконструкторы могу почивать на лаврах, однако, как всегда их труд и талант не может быть оценен по достоинству. Связано это, прежде всего, с тотальным недофинансированием. Тот самый «БАРС», несмотря на свои очевидные достоинства, не запущен в серийное производство, поэтому многие задачи по перевозке грузов воздушным путем не решены до сих пор.
Попытаемся разобраться, в чем выражаются преимущества гибридных ЛА? Дело в том, что конструкция того же «БАРСа» представляет собой настоящую интеграцию элементов сразу трех летательных аппаратов. Его корпус выполнен из тех же материалов, что и корпус самолета, однако в центральной его части располагается технологическая область с несколькими винтами. Эти винты позволяют осуществлять строго вертикальное движение гибридной машине. Помимо этого летательный аппарат оснащен гелиевыми контейнерами, которые реализуют принцип полета дирижабля и позволяют при разгрузке жестко фиксироваться гибриду на земле. У «БАРСа» и близких к нему моделей существуют рули высоты, а также боковое оперение, как у обычного самолета. Это позволяет ему эффективно маневрировать в полете.
Многие могут заметить, что и дирижабль мог бы справиться с функцией доставки оборудования большой массы в условленную точку, однако дирижабль гораздо тяжелее управляется и подвержен влиянию потоков воздушных масс, которые запросто могут привести к катастрофе. А еще дирижабль не может эффективно спустить большой груз – после спуска многотонной конструкции дирижабль может бесконтрольно взлететь, как при отбрасывании крупного балласта. Гибридный ЛА таких недостатков лишен. Кроме того, такие летательные аппараты как «БАРС» оснащаются воздушной подушкой, что может позволить ему осуществлять наполнение специальной капсулы водой, а затем использовать ее для тушения пожаров или орошения полей.
Если российская идея пока целиком ориентирована на гражданские грузоперевозки, то американцы планируют использовать свой гибрид и в военных целях. Пентагон заявляет, что уже сейчас готов приобрести несколько «Aeroscraft» с тем, чтобы в дальнейшем с его помощью доставлять боезаряды и контингент в труднодоступные районы.
Конечно, не стоит говорить о том, что гибридные ЛА нужно использовать в качестве пассажирского транспорта. Для этой цели самолеты подходят лучше, ведь скорость гибрида не выше 200 км/ч. А вот в плане эффективного обеспечения удаленных строительных площадок, перевозки крупных грузов через горные хребты, тушения пожаров этим машинам не будет равных. Заметим, что грузоподъемность гибрида составляет около 400 тонн, что на 130 тонн выше грузоподъемности огромного самолета «Мрия».
Будем надеяться, что летающие гибриды уже в скором времени начнут поставляться в различные сектора российской гражданской авиации.