Российские специалисты разработали и запатентовали дрон, который без изменения своей геометрии может летать и как самолет, и как вертолет. Переход между режимами обеспечивает программа, которая управляет изменением тяги двигателей. Аппарат может обследовать большие пространства и при необходимости зависать над целью. Это востребовано при поиске и спасении людей, мониторинге протяженных объектов (ЛЭП, трубопроводов и т.п.) и разведке. По мнению экспертов, при разработке подобных аппаратов важно, чтобы элементы управления и конструкции — например, винты и крыло, — отвечающие за вертикальный и горизонтальный режимы полета, не мешали друг другу.
Как совместить самолетный и вертолетный режимы полета
Беспилотный летательный аппарат нового поколения создали инженеры Казанского национального исследовательского технического университета им. А.Н. Туполева — КАИ. Это воздушное судно вертикального взлета и посадки с программно-управляемым распределением тяги. Такой аппарат может быстро переходить из режима зависания в горизонтальный полет и обратно. На разработку получен патент.
Дрон по форме напоминает букву «х», на концах которой расположены винтомоторные группы, объяснили разработчики. Эта схема позволяет, не меняя конструкцию и расположение двигателей, вертикально взлетать, как вертолет, и переходить в горизонтальный полет, как самолет.
Благодаря таким свойствам аппарат может, к примеру, работать как дальний разведчик, который способен быстро перемещаться на десятки километров, а увидев что-то интересное, зависнуть, наблюдая за конкретной точкой или объектом.
— Отличие разработки от обычного коптера заключается в дальности полета. При переходе в самолетный режим подъемную силу начинает создавать крыло. За счет этого снижается энергопотребление и увеличивается дальность полета. В результате дрон может лететь значительно дальше при аналогичных силовых установках и аккумуляторах, — рассказал «Известиям» ведущий инженер КНИТУ-КАИ Никита Семин.
По его словам, подобные разработки существуют в мире, но в большинстве случаев — в виде испытательных моделей. Они не получили широкого распространения из-за трудностей переключения режима управления между режимами полета.
В предложенной конструкции проблему решили за счет постепенного перераспределения тяги между двигателями. По мере разгона аппарат начинает опираться на подъемную силу крыла, а двигатели постепенно снижают свою нагрузку.
Программа, которая управляет этим процессом, записана в полетном контроллере — бортовом компьютере, который отдает команды силовым установкам. Алгоритм опирается на данные инерциальных датчиков и спутниковой навигации, а оператор производит переключение между режимами перемещением тумблера на управляющем устройстве.
— Технический результат изобретения — в снижении массы и конструкционной сложности аппарата, обеспечении плавного и устойчивого перехода между режимами полета, уменьшении энергопотребления за счет отключения подъемных двигателей в крейсерском режиме и в повышении надежности за счет отсутствия механических приводов, — пояснил Никита Семин.
Как сообщил разработчик, крейсерская скорость дрона — около 150 км/ч, а максимальная — 200 км/ч. Размах крыла — один метр. При таких габаритах с учетом штучного производства стоимость одного аппарата составляет порядка 100–150 тыс. рублей. При серийном производстве цена станет ниже. В ближайшей перспективе инженеры намерены приступить к разработке двух- и четырехметровых модификаций.
Как обследовать обширные территории с дрона
— X-образная схема интересна как компактная гибридная архитектура воздушного судна. Сложность ее реализации связана с обеспечением высоких аэродинамических качеств, устойчивости и управляемости, когда винты и несущие поверхности (крыло) взаимно влияют друг на друга. При этом алгоритм должен правильно рассчитывать тягу для каждого двигателя, — рассказал «Известиям» руководитель проектов дирекции «Аэромобильность» Московского авиационного института Антон Ляпин.
В МАИ инженеры ведут подобные разработки, отметил он. Их преимущества — в компактности, простой механике (без поворотных винтомоторных групп), хорошей управляемости и высокой маневренности. При этом по аэродинамической эффективности X-образное крыло может уступать классической самолетной схеме.
По мнению эксперта рынка Национальной технической инициативы «Аэронет» Артема Богатырева, подобные аппараты востребованы там, где, к примеру, нужно быстро осмотреть протяженный маршрут — береговую линию, трассу трубопровода, лесной массив, — а обнаружив объект внимания, вести детальное наблюдение уже без спешки.
Отсюда — широкий круг потенциальных задач. В том числе поисково-спасательные операции на воде и в горах, мониторинг лесных пожаров, облет линий электропередачи, трубопроводов и железных дорог, обнаружение разливов нефти, а также картография труднодоступных территорий и логистика в удаленных районах.
В предложенной схеме отказ от поворотных узлов и сложных механических приводов убирает самые уязвимые детали и приближает надежность аппарата к обычному мультикоптеру, отметил специалист.
— В военной сфере преимущество конструкции — в полной независимости от взлетно-посадочных полос или пускового оборудования. Такие аппараты способны работать с любой необорудованной площадки. Причем, в отличие от классических мультикоптеров, они менее уязвимы для средств поражения из-за высокой скорости крейсерского полета. Чем быстрее беспилотник, тем сложнее его перехватить или сбить, — рассказал «Известиям» военный эксперт Юрий Лямин.
По его словам, тактическую гибкость дополняет возможность в любой момент перейти в режим зависания над целью для ведения разведки или корректировки огня. Однако оценить характеристики аппаратов можно только по итогам полноценных летных испытаний, добавил эксперт.
Главный конструктор Центра комплексных беспилотных решений Дмитрий Кузякин отметил, что проблема разработки в техническом противоречии. Попытка совместить одновременно коптерную стабилизацию и самолетное крыло приводит к аэродинамическому конфликту, когда элементы управления начинают «конкурировать» за удержание аппарата и мешать друг другу.
— От такого подхода инженеры отказались в пользу четкого разделения фаз полета, где системы работают по очереди — либо как мультикоптеры на взлете и посадке, либо как самолеты с отключенными коптерными моторами, — сказал специалист.
По его словам, это правильный подход, так как попытки заставить две системы работать параллельно приводят к тому, что дроны так и остаются в новостях, не попадая на фронт.