Поисковые мероприятия БЛА. Диплом.Ворд. А. В. Сытин Р. Н. Поляков Орёл, 2020 г
 Скачать 1.19 Mb.
|
|
Анализ видов беспилотных летательный аппаратов Беспилотные летательные аппараты (БПЛА) имеют широкую область применения. БПЛА является дистанционно управляемым летательным аппаратом, поэтому он отлично подходит для наблюдения и контроля зон, доступ к которым затруднен или опасен для человека. В настоящий момент большинство беспилотных воздушных средств обладают грузоподъемностью около 1 кг, но в перспективе рассчитывается с помощью дронов доставлять тяжелые грузы и даже эвакуировать людей. Классификация беспилотных летательных аппаратов представлена на рисунке 1.1 [5].               Классификая БПЛА По размеру и массе Применение микро имини транспортировка аэрофотосъемка X. автоматические тактические стратегические военнаясфера По способу управлленя По типу управления дистанционно ■пилотируемые специального -^назначения- беспечение гезопасносц 1иксированно1 - крыла вращающегося крыла Рисунок 1.1 - Классификация беспилотных летательных аппаратов  Способ управления Применяются следующие способы управления БПЛА: Ручное управление - производится оператором в режиме реального времени; 2. Автоматизированное управление осуществляется автономно, с возможностью корректировки пути оператором. Предварительно вводятся
координаты точек требуемого маршрута, а текущее местоположение определяется навигацией. 3. Автоматический способ - управление осуществляется автопилотом, которому задается траектория, высота, скорость. Такое управление позволяет наиболее точно стабилизировать аппарат в воздухе. Наиболее распространенным является способ, при котором оператор осуществляет управляет беспилотным летательным аппаратом с земли или вносит изменения в готовом маршруте. В беспилотном летательном аппарате для эвакуации людей из труднодоступных мест предпочтительно использование автоматизированного управления. Тип конструкции Существует два типа беспилотных летательных аппаратов: вращающегося и фиксированного крыла. Беспилотные летательные аппараты фиксированного крыла - это беспилотные самолеты, использующие прямой толчок, чтобы подняться в воздух. Им необходима относительно высокая пусковая скорость, чтобы получить подъемную силу. Поэтому такие аппараты не подходят для быстрого реагирования в случае возникновения чрезвычайных ситуаций. Беспилотные летательные аппараты вращающегося крыла разделены еще на два типа: одновинтовой и многовинтовой (мультикоптер). По одновинтовым схемам создаются вертолеты. Такие аппараты используют несущий приводной винт, который обеспечивает подъемную силу, уравновешиваемую хвостовым рулевым винтом. Многовинтовые конструкции имеют более двух несущих винтов, которые позволяют управлять всеми формами движения. Подходящим типом конструкции беспилотного летательного аппарата для эвакуации людей является мультикоптер с гибридным принципом создания подъемной силы: два винта для корректировки высоты и четыре винта для изменения направления движения.
Для поиска пострадавших БПЛА должен быть оснащен системой технического зрения с двумя видами камер: обычной и инфракрасной. Обычная камера необходима для проверки местности и поиска в дневное время суток, а также для передачи информации об обстановке на территории и степени травмированности людей. Инфракрасная камера необходима для поиска пострадавших, находящихся под небольшими завалами, когда нет возможности отличить часть тела человека от находящихся рядом обломков. Для перевозки людей разрабатываемый беспилотный летательный аппарат использует эвакуационную капсулу. Данная капсула позволяет зафиксировать пострадавшего и переправить его на более комфортную площадку для пересадки в специальное транспортное средство (вертолет или машина скорой помощи). 1.2 Виды двигателей, используемых в беспилотных летательных аппаратах В большинстве беспилотных летательных аппаратах используются электрические двигатели. Но у электрических квадрокоптеров есть существенный недостаток - малое время полета. Даже модели профессионального уровня способны пробыть в воздухе лишь 30-40 минут. Дооснащение запасными (или более емкими) аккумуляторами приводит к заметному увеличению массы летательного аппарата и существенно уменьшает вес полезной нагрузки, которую он может нести. Производители стараются максимально уменьшить вес беспилотников, используя облегченные материалы, но пока не существует технологий, способных существенно облегчить массу батарей. И чем больше ее емкость, тем значительнее становится вес. Еще одним недостатком является стоимость аккумуляторов. Она достаточно высока (от 10000 рублей), при этом эксплуатационные качества батареи со временем ухудшаются. Аккумуляторные батареи не пригодны для использования
зимой, т.к. они быстро разряжаются и продолжительность полета заметно уменьшается. Время, которое необходимо тратить на заряд аккумулятора так же сильно влияет на работу БВС. Если необходимо совершить многочасовой перелет, то запасных батарей не хватит, и придется делать перерывы на зарядку. К тому же, в удаленных районах электросети могут отсутствовать в принципе. Основные недостатки беспилотной техники, использующей электродвигатели, связаны с аккумуляторами. Увеличение емкости батарей приводит к их утяжелению и увеличению размеров. В итоге получаем, что аккумуляторы: Имеют высокую стоимость. Плохо переносят минусовые температуры. Не являются универсальными. Требуют длительного времени на зарядку. Аккумуляторы с большой емкостью обладают значительным весом и размерами. Бензиновый квадрокоптер лишен значительной части минусов, присущих электрическим беспилотникам. Сам по себе ДВС стоит сравнительно недорого, особенно если речь идет о профессиональной технике. Работающие на бензине дроны можно быстро заправить и вновь отправлять в полет. Нет необходимости тратить немалые суммы на запасные аккумуляторы и постоянно их заряжать. Такие беспилотник можно использовать при минусовых температурах без заметного ухудшения его эксплуатационных характеристик, т.к. бензин не замерзает зимой. Перед первым запуском двигатель необходимо прогревать. Надежность ДВС высока, и при должном обслуживании его хватит на многие и многие километры полетов. Двигатель внутреннего сгорания заметно больше электродвигателя, следовательно, поместить его в квадрокоптер не получится. Помимо ДВС, на раму беспилотника необходимо установить топливную систему, систему зажигания, бензобак. Смысл такого усложнения конструкции заключается в том, что ДВС с
бензобаком оказывается сравнимым по стоимости по сравнению с аккумуляторами высокой емкости. Зачастую дешевле собрать квадрокоптер с бензиновым мотором, хорошей грузоподъемностью и автономностью, чем создать аналогичный по характеристикам беспилотник с электрической батареей. Мощность и дальнобойность бензиновых квадрокоптеров позволяют использовать их для транспортировки тяжелых грузов на значительные расстояния. Но есть и недостатки: ДВС требует хотя бы элементарного обслуживания. Конструкция беспилотника становится более сложной, а размеры двигателя не позволяют установить его на небольшую раму. Шум, издаваемый бензиновым мотором, оказывается громче, по сравнению с электродвигателями. Присутствие двигателя на борту является источником дополнительных вибраций, что усложняет работу с камерой. Так как в качестве топлива используется бензин, то возникают повышенные требования к технике безопасности. Недопустимо запускать бензиновый квадрокоптер в местах массового скопления людей. При падении аппарат может загореться и даже взорваться. КПД бензинового мотора заметно ниже по сравнению с КПД электродвигателя, а выхлопные газы не позволяют использовать его внутри помещений (например, складов). Для сравнения: КПД аккумулятора более 70%, КПД топливного элемента — около 45%, КПД двигателя внутреннего сгорания — около 40%. Южнокорейские инженеры-технологи из компании MetaVista сконструировали топливный бак с высокой плотностью энергии. Беспилотник от MetaVista оснащен специальным водородным топливным баком (рис. 1.2).
 Рисунок 1.2 - Беспилотник с водородным топливным баком Новая разработка, которая приходит в движение благодаря сжиженному водороду, помогла дрону пробыть в небе рекордные 10 часов 50 минут. Для сравнения: устройства, которые работают на литий-ионных батареях, в среднем проводят в воздухе около получаса. Эксперты компании создали новую уникальную систему, которая значительно превышает характеристики литий-ионных батарей по энергоемкости и легкости. В первую очередь разработчики учли, что для беспилотников важно, сколько будет весить двигатель и элемент питания. Ведь даже несколько десятков или сотен грамм дают пропорциональное снижение полезной нагрузки. Технология, которую придумали корейские инженеры, позволяет существенно снизить массу дронов и увеличить их эффективность. Топливный бак дрона представляет собой легкий и прочный контейнер, который предназначен для жидкого водорода. Корейские технологи наполнили его 390 граммами водорода в сжиженном виде (при общем объеме бака в шесть литров). Удельная энергоемкость при этом достигла 1865 Вт-ч на килограмм. Что касается характеристик литий-ионных батарей, они не превышают отметку в 200 Вт-ч на килограмм.
|