ПРИМЕНЕНИЕ СКВОЗНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ РЫНКА АЭРОНЕТ
УСТРОЙСТВО БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
НИКОЛАЙ РАДЫШ
ИНЖЕНЕР ГК ГЕОСКАН
Из чего состоят бпла
Малые беспилотные летательные аппараты состоят из нескольких объектов, которые можно разделить на 2 группы:
Бортовое радиоэлектронное оборудование
Конструктивные механические части
бортовое радиоэлектронное оборудование
Существует множество разных БПЛА, но в каждом из них обязательно есть:
Автопилот
Датчики
Система навигации
Канал связи
Источник энергии
Двигательная установка
Далее мы будем рассматривать устройство возвращаемых легких БПЛА малого радиуса действия (до 50 кг, до 70 км). Определим функции, которые выполняет каждый компонент.

Автопилот, набор датчиков и обработка данных
автопилот
Автопилот является программно-аппаратным комплексом и выполняет несколько функций.

Оценка положения и параметров движения БПЛА в пространстве
Управление исполнительными механизмами и двигательной установкой
Информационный обмен с пунктом управления
НАБОР ДАТЧИКОВ
Набор инерциальных датчиков и спутниковая навигационная система передают данные для оценки положения в пространстве. Инерциальные датчики измеряют угловые скорости аппарата и линейные ускорения, навигационная система определяет координаты БПЛА. Для малых БПЛА в качестве инерциальных датчиков часто используют МЭМС с тремя датчиками угловых скоростей и тремя акселерометрами, чувствительные оси которых расположены ортогонально.
Данные обрабатываются определенным алгоритмом и получаются углы установки БПЛА — крен, тангаж, угол рыскания, широта, долгота, высота, курс. Если БПЛА самолетного типа, то ему так же необходим датчик воздушной скорости для оценки скорости аппарата относительно воздушной массы. А для квадрокоптера и вертолета нужен магнитометр для определения угла рыскания. Дополнительных датчиков, которые могут обслуживать полет БПЛА, довольно много — барометрический высотомер, лазерный и ультразвуковой дальномер, лазерный сканер, малогабаритная РЛС, стереокамеры, системы оптического потока и прочее — все находят применения для адаптации БПЛА к более сложным условиям полета.
Бывает необходимо огибать непредвиденные препятствия по ходу маршрута, приземлиться с точностью до нескольких сантиметров, следовать на строго определенной высоте над подстилающей поверхностью. Сигналы с датчиков обрабатывается в соответствии с определенными алгоритмами для того, чтобы быть пригодными для работы автопилота. Эти алгоритмы в виде программного кода могут быть реализованы в отдельных электронных блоках или в самом автопилоте.
Вычислив положение и параметры движения в пространстве, автопилот управляет двигательной установкой и исполнительными механизмами так, чтобы вести БПЛА по требуемой траектории. А она закладывается в память автопилота при составлении полетного задания.
Источники энергии
Источник энергии необходим для работы двигательной установки. Одной из самых важных характеристик БПЛА является продолжительность полета. А она напрямую зависит от количества доступной энергии на борту и эффективности ее использования. Сейчас наиболее широко распространены два варианта: бензин и аккумуляторные батареи. Кроме того, иногда используют топливные элементы, газ, керосин, дизельное топливо. Для сравнения используем такую характеристику как плотность энергии на единицу массы.

По диаграмме видно, что топливо обладает большей энергоемкостью по сравнению с аккумуляторными батареями, но итоговая эффективность использования будет определяться двигателем.
Двигательные установки
Двигательная установка преобразует энергию источника в механическую, непосредственно приводя в движение БПЛА. Двигательную установку можно разделить на непосредственно двигатель и системы, обеспечивающие его работу.
В рассматриваемом классе БПЛА чаще всего используются синхронные электродвигатели с постоянными магнитами и поршневые внутреннего сгорания. Иногда используют реактивные двигатели.

Работу бесколлекторного двигателя обеспечивает специальный электронный блок — инвертор (он же регулятор хода, он же драйвер). Для нормальной работы двигателей, работающих на жидком топливе, нужна система подачи топлива и электронный блок управления. КПД электрической установки довольно высок — более 80%. В то же время на них возможно создавать БПЛА самых малых размеров. Системы на ДВС имеют низкий КПД и более высокую минимальную массу, но благодаря высокой энергоемкости топлива позволяет строить БПЛА с гораздо большей длительностью полета (диаграмма сравнения нескольких БПЛА одного типа по времени полета).
Канал связи
Канал связи необходим для обмена информацией с пунктом управления. Информация от БПЛА к пункту управления — параметры полета, состояние различных узлов и агрегатов, подтверждение принятой от пункта управления информации небольшой объем данных с полезной нагрузки передается по узкополосному каналу связи. Большой объем данных от полезной нагрузки (например, фото и видео) передаются с помощью широкополосного канала. От пункта управления к БПЛА передаются команды управления БПЛА и полезной нагрузки и изменения полетного задания.
Чаще радиоканал является дуплексным или полудуплексным, может быть широкополосным и узкополосным. Архитектура радиоканала может быть разнообразной — от «точка-точка» до «mesh». Для использования БПЛА в условиях города и на небольших высотах имеет смысл использовать инфраструктуру сотовой связи. Для повышения надежности радиосвязи можно использовать несколько каналов одновременно, используя разные диапазоны и архитектуры.
Перейдем к управлению движением беспилотника. Коптер может поворачиваться и наклоняться при изменении скоростей вращения винтов, у самолета для этого есть аэродинамические поверхности — элероны, рули высоты, киль. Вертолет использует автомат перекоса для крена и тангажа и хвостовой ротор для изменения угла рыскания.
материалы
С публикациями наших исследований, участие в различных мероприятиях
Компания Геоскан
Больше лонгридов и заданий доступны при записи на курс
Made on
Tilda