Поисковые мероприятия БЛА. Диплом.Ворд. А. В. Сытин Р. Н. Поляков Орёл, 2020 г
 Скачать 1.19 Mb.
|
|
Возможность применения композиционных материалов С увеличением спроса к новым моделям беспилотных аппаратов растет потребность в производстве новых материалов для ее изготовления. Композиционные материалы, из-за своих характеристик, получили особую популярность. Сравнительные свойства различных конструкционных материалов представлены в таблице 2. Таблица 2 - Сравнительные свойства конструкционных материалов
Композиционные материалы позволяют уменьшить массу планера летательного аппарата на 30-40% по сравнению с массой аппарата, изготовленного из традиционных материалов. Это дает возможность получения резерва веса, который можно использовать для увеличения дальности полета или полезной нагрузки. Наполнителями для композитов могут служить ткани, цельнотканые чехлы, жгуты, ленты, нитевидные монокристальные стекла. Эпоксидные, фенолформальдегидные, кремнийорганические и полиамидные смолы используются в качестве связующих материалов при изготовлении деталей. Несмотря на их высокую стоимость и сложность в производстве, композитные материалы являются самыми используемыми и удобными при правильном применении. Композиционные материалы увеличивают прочность и износостойкость конструкций, а также уменьшают вес, что крайне необходимо при   людей [7].
создании беспилотников для Способы изготовления беспилотных летательных аппаратов Компания Top Flight Technologies предложила концепцию гибридного мультикоптера с большими грузоподъемностью и длительностью полета. Это достигается с помощью гибридной силовой установки: энергия для 10- киловаттного электродвигателя добывается сжиганием бензина. Сама установка состоит из 10-киловаттного двигателя (вес двигателя 7,7 кг), баков с 5 галлонами топлива (примерно 18,9 л) и литий-полимерного аккумулятора ёмкостью 6000 мАч (50 В) [15]. В современных реалиях для повышения грузоподъемности, длительности и дальности полета наиболее лучшей системой будет сочетание бензинового топлива с электрическими аккумуляторами. В настоящее время высокую популярность приобретает бионика - прикладная наука, изучающая возможности практического применения в различных технических устройствах принципов и структур, которые появились в природе благодаря эволюции. Создание конструкции при помощи биодизайна позволяет снизить вес всей конструкции без потерь мощности, что дает снижение расхода топлива. Предлагается, по возможности, изготовить корпус беспилотного летательного аппарата по принципу костей человека - пористая структура и полость внутри (рис. 1.3).  Рисунок 1.3 - Вариант создания рамы мультикоптера
Для принятия решения планируется провести ряд экспериментов как теоретических, так и практических, в ходе которых будет проведено сравнение воспринимаемых нагрузок существующих рам и рамы, созданной при помощи бионики [8]. Для основы требуется рассчитать размеры стандартной рамы для переноса по воздуху груза весом 1 кН. Далее произвести теоретическую проверку предлагаемого решения. В случае удовлетворительных результатов, рассмотреть уменьшение длины рамы до оптимальной. Существующие решения в области эвакуации людей Ведомство медицинских исследований и материально-технического обеспечения армии США рассматривает возможность использования беспилотных летательных аппаратов для эвакуации раненых с поля боя. Для этих целей оно планирует использовать многоцелевой БПЛА вертолетного типа DP-14 Hawk (рис. 1.4) разработанный компанией Dragonfly Pictures, Inc. в 2013 году.  Рисунок 1.4 - DP-14 Hawk БПЛА DP-14 Hawk является двухроторным летательным аппаратом, внутри которого возможно размещение одного человека в лежачем положении. Технические характеристики DP-14 Hawk приведены в таблице 3.
Таблица 3 - Технические характеристики DP-14 Hawk
БПЛА оснащено современным комплексом оборудования, позволяющим ему двигаться по заданным координатам в автоматическом режиме. Компания Urban Aeronautics разработала беспилотный пассажирский летательный аппарат Cormorant/AirMule (рис. 1.5), который способен производить эвакуацию пострадавших из зон бедствий или территорий военных действий. Данный автономный беспилотник способен спасти двух раненых самостоятельно - люди только производят погрузку пострадавших.  Рисунок 1.5 - БПЛА Cormorant/AirMule Беспилотник вертикального взлета и посадки обладает массой 1,4 тонны и может перевозить грузы более 200 кг. Cormorant внешне похож на вертолет, но оборудован внутренними винтами. Такое строение делает БПЛА безопасным - дрон сможет пролетать под линиями электропередачи, не рискуя задеть их лопастями. Одномоторный беспилотник может преодолевать 32 км со скоростью 160 км/ч за счет двух винтов в хвостовой части. Максимальная высота полета
составляет 3.7 км, время в воздухе - около 5 часов. Производители отмечают, что он может выдерживать полет при намного более сильных ветрах, чем стандартный вертолет с пилотом. Это происходит за счет того, что лопастями дрона можно управлять отдельно, а это позволяет ему легче маневрировать. Корпус беспилотника покрыт углеродным волокном, а его выхлопная система не выпускает много дыма. Это позволяет дрону быть незаметным для инфракрасных датчиков и радиолокаторов. Согласно данным компании, аппарат предназначен не только для эвакуации гражданского населения из зоны бедствий или транспортировки раненых военных. Также он может проводить обеззараживание территорий, которые подверглись воздействию химического оружия. Российский универсальный авиагрузочный беспилотный летательный аппарат SKYF (рис. 1.6) — первый в мире промышленный дрон вертикального взлета и посадки.  Рисунок 1.6 - Платформа SKYF Первоначально SKYF разрабатывался в качестве универсальной платформы, позволяющей создавать различные БВС, поэтому возможна быстрая адаптация устройства практически под любые специализированные задачи, климатические условия и особенности национального регулирования: от грузовой логистики и обработки полей до тушения пожаров и эвакуации людей. Технические характеристики SKYF приведены в таблице 4.
Таблица 4 - Технические характеристики платформы SKYF
Благодаря уникальной аэродинамической схеме SKYF уже сейчас может использовать энергию ДВС напрямую, что обеспечивает необходимые потребительские свойства линейки БВС, позволяющие добиться массового внедрения. Лучшие серийные аккумуляторы имеют ёмкость 250 Втч/кг (например, используемые в Тесла). Бензин имеет ёмкость 12 000 Втч/кг. E-Volo, E-Hang и другие производители крупных БВС только планируют перейти на ДВС в будущем по дорогой схеме последовательного гибрида. Задачи, решаемые для безопасного и автономного пилотирования Высокоточная навигация очень важна для дронов, занимающихся картографической съемкой, а также для беспилотников, выполняющих поисковоспасательные миссии. Основным методом позиционирования как для беспилотных воздушных судн, так и для устройств в других областях является система глобального позиционирования (GPS, ГЛОНАСС). Приемник устанавливается на борт БВС и получает данные со спутников. В связи с тем, что точность ориентирования по показаниям GPS достаточно низкая, активно стали использоваться сети наземных стационарных вышек. Такие вышки определяют погрешность показаний системы глобального позиционирования и передают поправки по радиоканалу на приемники БВС. Одной из распространенных систем такого типа является DGPS (Differential Global Positioning System).
Для повышения точности навигации на борт БВС дополнительно устанавливается комплекс инерциальных систем. В него входит набор датчиков, по данным которых автопилот получает информацию о скорости, кренах, ускорениях, высоте и др. Датчики, входящие в комплекс инерциальной системы: Барометрический датчик, с помощью которого можно определять высоту и производить автоматическое удержание высоты. Расчет высоты основан на том, что с увеличением высоты, атмосферное давление падает, а значит, полетный контроллер реагирует соответствующим образом и подает нужные сигналы на двигатели, регулируя газ. Однако у данного датчика есть недостаток, поскольку невысоко над землей разница давления практически не ощутима, а потому барометр может давать сбой. Ультразвуковой датчик основан на измерении отрезка времени между посылкой и приемом звуковых волн, отраженных от поверхности, до которой измеряется высота. Такие датчики тоже могут дать сбой, если полеты производятся в помещении со звукоизоляцией. Лидар - устройство, построенное по технологии получения и обработки информации об удаленных объектах с помощью активных оптических систем, использующих явления отражения света и его рассеяния в прозрачных и полупрозрачных средах. Недостатком лидара является большое энергопотребление и большой вес. Комплекс из трехосного гироскопа и акселерометра, который позволяет определить углы наклона БВС относительно горизонта и ускорения вращения, а также летать дронам плавно и без рывков. Гироскоп должен работать молниеносно, чтобы обеспечивать стабильный полет устройства. Инерциальный измерительный блок служит для отслеживания текущего ускорения устройства, используя для этого сочетание нескольких акселерометров. Некоторые блоки включают в себя еще и магнитометр, служащий для дополнительной стабилизации аппарата. Помимо развития средств инерциальных систем для позиционирования БВС, в последнее время развивается направления визуального позиционирования. В таких
методах используется бортовые сенсоры, фото-, видеорегистраторы или их комплекс, а также программные средства для обработки полученных данных. Существует алгоритм определения трехмерных координат и углов ориентации БВС без использования сигналов спутниковой навигации. Данный подход заключается в использовании системы компьютерного зрения для генерации и обработки потока фотографий подстилающего рельефа, а также дальнейшего сравнения полученных данных с уже имеющимися картами с целью поиска маркерных точек. Из-за требования большого ресурса вычислительной мощности такая система предполагает обработку полученных данных на базовой станции и, следовательно, постоянную связь с БВС. Для увеличения точности следования заданному маршруту в условиях редкого обновления местоположения (например, полета в гористой местности) возникает необходимость внедрения в программный код микрокомпьютера БВС алгоритмов оптимизации полета засчет оценивания действующих на БВС неизвестных внешних процессов [1]. 1.7 Патентный поиск В ходе проведения патентных исследований был проведен анализ разработок в области грузовых беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), в частности БПЛА для помощи в эвакуации или непосредственной эвакуации пострадавших. Ретроспективность патентного поиска составила 10 лет. Патентный поиск проводился по открытым базам патентов России, США, стран Евросоюза и др. технологически развитых стран. Были проанализированы решения, которые представлены в патентах как в виде отдельных конструкций БПЛА, так и интеграции их в поисково-спасательную систему. Так же была затронута тема разработки эвакуационной капсулы для перевозки пострадавших.
Беспилотный летательный комплекс первой помощи [9] Патент RU 139238, МПК: A62B 99/00 Авторы: Богомолов А.В. (RU), Алёхин М.Д. (RU), Русскин А.В. (RU) Беспилотный летательный аппарат, входящий в состав беспилотного летательного комплекса первой помощи, производит сброс модульных систем медицинского оборудования и средств оказания первой помощи над местом нахождения пострадавшего с последующим их возвращением при доставке раненого в медицинские учреждения. Модульная система медицинского оборудования беспилотного летательного комплекса включает: комплект портативной аппаратуры для проведения базовой сердечно-легочной реанимации; портативный автоматический наружный дефибриллятор; трехканальный электрокардиограф; портативный диагностический монитор; портативный клинический анализатор; портативный экспресс-измеритель концентрации глюкозы в крови с набором тест-полосок; комплект видеокамер и аудиосредств для проведения консультаций и дистанционных медицинских осмотров; комплект изделий медицинского назначения для остановки наружного кровотечения и перевязки ран; комплект лекарственных средств. Функционирование разработанного беспилотного летательного комплекса первой помощи заключается в следующем. При поступлении сигнала о помощи, беспилотный летательный комплекс первой помощи оперативно направляют к месту нахождения пострадавших. По прибытии на место беспилотный летательный комплекс первой помощи совершает посадку или сброс отделяемых модульных систем медицинского оборудования и средств оказания первой помощи. В момент касания земли самого беспилотного летательного комплекса и/или груза автоматически запускается сигнал, упрощающий поиск места посадки/сброса.
|