CC BY
40
Filippova Ekaterina Vyacheslavovna, engineer, kisskin@bk.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 623.74.094
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-222-225
РЕШАЕМЫЕ ПРОБЛЕМЫ, ПРЕИМУЩЕСТВА И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
БЕСПИЛОТНЫХ ВЕРТОЛЕТОВ
И.Р. Цуканов, А.В. Азман
Рассмотрены основные недостатки беспилотных летательных аппаратов горизонтального способа взлета. Основные недостатки беспилотных летательных аппаратов вертикального способа взлета. Установлено, какие из указанных недостатков способны решить беспилотные вертолеты.
Ключевые слова: горизонтальный способ взлета, вертикальный способ взлета, полезная нагрузка, максимальное время полета.
Согласно российской универсальной классификации беспилотных летательных аппаратов (БЛА), которая ориентирована пока только на военное назначение аппаратов, БЛА можно систематизировать следующим образом:
- микро- и мини- БЛА ближнего радиуса действия - взлётная масса до 5 кг, дальность действия до 25.. .40 км;
- лёгкие БЛА малого радиуса действия - взлётная масса 5.50 кг, дальность действия 10.70
км;
- лёгкие БЛА среднего радиуса действия - взлётная масса 50.100 кг, дальность действия 70.150 (250) км;
- средние БЛА - взлётная масса 100.300 кг, дальность действия 150.1000 км;
- средне-тяжёлые БЛА - взлётная масса 300.500 кг, дальность действия 70.300 км;
- тяжёлые БЛА среднего радиуса действия - взлётная масса более 500 кг, дальность действия 70-300 км;
- тяжёлые БЛА большой продолжительности полёта - взлётная масса более 1500 кг, дальность действия около 1500 км;
- беспилотные боевые самолёты - взлётная масса более 500 кг, дальностью около 1500 км.
Наибольшее распространение получили два типа беспилотных летательных аппаратов - БЛА с
горизонтальным способом взлета и посадки (к данному типу относятся фюзеляжные аппараты, аппараты «летающее крыло»), а также БЛА с вертикальным способом взлета и посадки мультикоптерной конструкции (трикоптеры, квадрокоптеры, гексакоптеры и так далее). Названные типы БЛА способны выполнить большинство задач - как военного назначения, так и гражданских - которые ставит перед ними человечество в текущих реалиях.
Однако, есть направления, в которых названные типы БЛА не покрывают потребности человечества в полном масштабе. Основная причина такого положения вещей кроется в требованиях, которые человечество предъявляет БЛА, таких как: сочетание необходимости длительного удержания в воздухе летательного аппарата с возможностью вертикального взлета и посадки в условиях различных рельефов (гористая местность, побережье, платформы в открытом море и другие ложные условия). В гражданском направлении прежде всего речь идет о логистике, поисково-спасательной деятельности, экологическом мониторинге, сельском хозяйстве, геодезии и картографии, строительстве, нефтегазовом секторе и телекоммуникациях. В военном направлении к основным задачам, возлагаемым на беспилотные системы, относятся: наблюдение; выдача целеуказания и корректировка огня систем оружия; охрана мест дислокации; обеспечение действий армейской авиации в ходе огневой поддержки наземных частей; ретрансляция сигналов связи; проведение ударных операций; решение логистических, транспортных задач.
В данный момент подавляющее большинство указанных выше задач выполняют беспилотные летательные аппараты с горизонтальным способом взлета и посадки, с вертикальным способом взлета и посадки мультикоптерной конструкции. Однако такое положение дел ведет к возникновению существенных недостатков.
1. Недостатки БЛА с горизонтальным способом взлета и посадки.
1.1 Процесс вывода аппарата на рабочую высоту. Наиболее распространены в настоящее время два варианта запуска БЛА - разгон аппарата по взлетно-посадочной полосе и разгон аппарата с помощью катапультирующего устройства. В первом случае для запуска аппарата необходимо наличие взлетно-посадочной полосы достаточной длины с подходящим покрытием, что зачастую невозможно. Кроме того, беспилотный летательный аппарат должен быть оснащен силовой установкой, достаточной для обеспечения разгона и взлета. Во втором случае для запуска аппарата необходимо наличие катапультирующего устройства, что связано с дополнительными тратами времени и ресурсов.
Существуют также более редкие варианты запуска БЛА - беспилотный летательный аппарат выводится на рабочую высоту другим летательным аппаратом, запуск беспилотного летательного аппарата производится с помощью мускульной силы человека. Оба указанных варианта используются реже и имеют существенные недостатки. При применении способа вывода БЛА на рабочую высоту другим летательным аппаратом возникают трудности с дополнительными затратами на полет несущей техники, конструктированием и реализацией варианта крепления БЛА к корпусу несущей техники. При применении для запуска мускульной силы человека взлетная масса аппарата не должна превышать 10 - 15 килограмм (это связано с ограниченными способностями человеческого тела).
Необходимость постоянного движения. Благодаря тому, что для продолжения полета, удержания или набора высоты БЛА самолетного типа необходимо непрерывно двигаться, возникает следующий их недостаток - отсутствие возможности удержания определенного ракурса. В ситуациях, когда цель наблюдения или атаки находится в укрытии, визуальный доступ к ней возможен только с единственного и четко определенного ракурса, беспилотные аппараты самолетного типа не способны установить постоянную слежку за целью. В данной ситуации беспилотный аппарат переходит на круговую траекторию полета, необходимый ракурс для слежки за целью доступен только в некотором секторе траектории. Такое положение вещей ведет к потенциальной потери контроля за целью.
Кроме того, необходимость постоянного движения БЛА приводит к возникновению следующего недостатка. Для поддержания устойчивого слежения за целью, летательный аппарат необходимо обеспечивать независимым стабилизационным подвесом для размещения на нем видеокамеры. В противном случае устойчивое слежение за целью невозможно.
Существуют и иные частные недостатки БЛА с горизонтальным способом взлета и посадки. Например, невозможно использование узконаправленных антенных устройств для организации радиочастотного канала связи с пунктом управления.
2. Недостатки БЛА с вертикальным способом взлета и посадки. Все перечисленные выше проблемы способны решить БЛА с вертикальным способом взлета и посадки. Для осуществления взлета и посадки мультикоптерам не требуется взлетная полоса - зачастую необходимо наличие небольшого (в зависимости от габаритов летательного аппарата) достаточно ровного участка местности без помех в вертикальной плоскости (деревья, линии электропередач и т.д.). Как правило, подбор подходящей площадки не отнимает много времени. Мультикоптеры также способны удерживать неподвижное положение в пространстве, что позволяет проводить непрерывное слежение за целью. Но нельзя не упомянуть и существенные недостатки БЛА с вертикальным способом взлета и посадки.
2.1 Сравнительно малое время полета. Подавляющее большинство БЛА с вертикальным способом взлета и посадки в настоящее время в качестве источника энергии используют аккумуляторные батареи. Время полета наиболее зависимо от следующих факторов: электрическая емкость аккумуляторных батарей на борту, мощность, потребляемая электрическими двигателями, вес аппарата с учетом полезной нагрузки. Аккумуляторные батареи могут обладать различной электрической емкостью - от сотен миллиамперчасов до десятков амперчасов. Увеличение электрической емкости путем увеличения количества аккумуляторных батарей на борту ведет к неизбежному увеличению веса летательного аппарата. В свою очередь, увеличение веса аппарата ведет к необходимости установки электрических двигателей с большим крутящим моментом, потребляющих большую мощность для работы. Иными словами, в настоящее время, с учетом использования наиболее современных технологий, время полета БЛА мультико-птерной конструкции, использующие аккумуляторные батареи, удалось довести до следующих значений:
- DJI представила дрон Matrice 300 RTK, способный проводить в воздухе 55 минут;
- Impossible Aerospace представила электрический квадрокоптер US-1, способный непрерывно находиться в воздухе два часа и пролететь до 75 километров без подзарядки аккумуляторов.
- Для сравнения ниже приведены рекордные показатели мультикоптеров, использующих ДВС в качестве источника энергии:
- Компания Quaternium Technologies установила рекорд продолжительности полета квадро-коптеров — ее дрон провел в воздухе 10 часов и 14 минут. Предыдущий рекорд принадлежал ей же и составлял 8 часов и 10 минут
Приведенные данные являются официально подтвержденными результатами замеров. Но необходимо понимать, что указанные модели являются прототипами, не предназначенными к серийному выпуску. Как видно из приведенных данных, время полета БЛА мультикоптерной конструкции, использующих аккумуляторные батареи, как источник энергии, существенно уступает времени полета летательных аппаратов с двигателем внутреннего сгорания [1, 2].
3. Беспилотные вертолеты. Решить все вышеперечисленные проблемы способны БЛА вертикального способа взлета и посадки нового типа - беспилотные вертолеты. Основное отличие данного типа аппаратов в использовании в качестве источника энергии двигателя внутреннего сгорания, что существенно увеличивает время полета летательного аппарата, объем его полезной нагрузки. Ниже приведены примеры наиболее удачных беспилотных вертолетов, которые уже успели зарекомендовать себя с лучшей стороны.
3.1 БАС-200 (рис. 1). Характеристики:
- максимальная взлетная масса 200 кг;
- масса коммерческой нагрузки 50 кг;
- длина аппарата 3,9 м;
- максимальная дальность полета до 430 км;
- максимальная скорость до 160 км/ч;
- продолжительность полета до 4ч;
- практический потолок до 3900 м.
Система управления дистанционная по радиоканалу и спутниковая навигация Дальность передачи данных по каналу радиосвязи до 100 километров ВТС «Бастион».
Рис. 1. Беспилотный вертолет БАС 200
3.2 VRT300 (рис. 2). Характеристики:
- максимальная взлётная масса, кг 300;
- масса целевой нагрузки, кг 70;
- максимальная скорость, км/ч 180;
- продолжительность полета, часов 5;
- радиус действия, км 150;
- максимальная дальность радиосвязи при прямой видимости на высоте применения БЛА, км
100.
Рис. 2. Беспилотный вертолет VRT300
3.3 MQ-8 Fire Scout (рис. 3). Характеристики:
- длина = 6,98 м.
- высота = 2,87 м.
- диаметр несущего винта = 8,38 м.
- вес нормальный = 1157 кг.
- скорость максимальная = 205 км/ч.
- потолок практический = 6096 м.
- дальность полёта практическая = 177 км.
- продолжительность полёта = 6 часов
Рис. 3. Беспилотный вертолет MQ-8 Fire Scout
224
Таким образом, можно сделать вывод о том, что беспилотные вертолеты, использующие двигатель внутреннего сгорания в качестве источника энергии, способны закрыть широкий спектр задач в логистике, поисково-спасательной деятельности, экологическом мониторинге, сельском хозяйстве, геодезии и картографии, строительстве, нефтегазовом секторе и телекоммуникациях, а также способны вести наблюдение; выдачу целеуказания и корректировка огня систем оружия; охрану мест дислокации; обеспечение действий армейской авиации в ходе огневой поддержки наземных частей; ретрансляцию сигналов связи; проведение ударных операций; решение логистических, транспортных задач. Развитие сферы беспилотных вертолетов имеет критическое значение для рынка всех беспилотных летательных аппаратов России [3].
Список литературы
1. Бодрова А.С., Безденежных С.И. Перспективы развития и применения комплексов с беспилотными летательными аппаратами: конф. г. Коломна, 2016. С. 106-113.
2. Беспилотные летательные аппараты. Справочное пособие. Воронеж: Издательство Полиграфический центр «Научная книга», 2015. 616 с.
3. Василин Н.Я. Беспилотные летательные аппараты. Минск: «Попурри», 2003. 272 с.
4. Бауэрс П. Летательные аппараты нетрадиционных схем. М.: Мир, 2016. 320 с.
Цуканов Иван Русланович, магистр, оператор, era_1@mil.ru, Россия, Анапа, ФГАУ «ВИТ
«ЭРА»,
Азман Андрей Владимирович, магистр, оператор, Россия, Анапа, ФГАУ «ВИТ «ЭРА»
SOLVED PROBLEMS, ADVANTAGES AND PROSPECTS OF DEVELOPMENT OF UMANNED HELICOPTERS
I.R. Tsukanov, A.V. Azman
The main disadvantages of unmanned aerial vehicles of the horizontal take-off method are considered. The main disadvantages of unmanned aerial vehicles of the vertical take-off method. It has been established which of these disadvantages can be solved by unmanned helicopters.
Key words: horizontal take-off method, vertical take-off method, payload, maximum flight time.
Tsukanov Ivan Ruslanovich, magister, operator, era_1@mil.ru, Russia, Anapa, FGAU «MIT «ERA»,
Azman Andrey Vladimirovich, magister, operator, Russia, Anapa, FGAU «MIT «ERA»
УДК 629.331
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-225-232
АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ПРОХОДИМОСТИ ВОЕННЫХ КОЛЕСНЫХ МАШИН
С.В. Шаповалов
Проведен анализ существующих систем активной безопасности, в ходе которого было выявлено, что все они работают в условиях дефицита информации, поскольку построены на кинематических параметрах, которые лишь косвенно характеризуют силовое взаимодействие колес с опорным основанием. Эффективность применения силовых датчиков подтверждена исследованиями на математической модели движения колесной машины на подъем с использованием дифференциальной трансмиссии с электронной блокировкой дифференциала на силовых и кинематических датчиках.
Ключевые слова: проходимость, несущая способность, система активной безопасности, анализ силовых факторов.
Известно, что основные эксплуатационные свойства (тягово-динамические качества, проходимость, экономичность) во многом зависят от эффективности распределения мощности между ведущими колесами. Блокированные или дифференциальные трансмиссии не позволяют принудительно изменять подводимую к одним колесам мощность независимо от других. Поэтому в некоторых транспортных средствах используется индивидуальный привод, который позволяет регулировать подводимый крутящий момент в соответствии с условиями движения независимо от других колес. Однако для правильной работы такой трансмиссии необходима эффективная система управления.
225
