Из чего состоят бпла

Малые беспилотные летательные аппараты состоят из нескольких объектов, которые можно разделить на 2 группы:

бортовое радиоэлектронное оборудование

Существует множество разных БПЛА, но в каждом из них обязательно есть:

Автопилот, набор датчиков и обработка данных

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 также 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.

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.

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 позволяют 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, применяя 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