Эффективные беспилотные авиационные системы для решения отраслевых задач

 -  44


Станислав Иванович Городецкий

Беспилотные воздушные суда (БВС) и беспилотные авиационные системы (БАС) условно классифицируют по следующим признакам:

  • целевому назначению
  • конструктивному решению (конфигурации)
  • типу силовой установки
  • типу взлета
  • техническим характеристикам
  • полезной нагрузке и грузоподъемности
  • типу навигации
  • бортовой обработке данных
  • специализации программного обеспечения

Кроме этого, по типу автоматизации выделяют:

  • управляемые дистанционно;
  • запрограммированные и работающие под контролем бортовых навигационных систем, которые поддерживают высоту, направление и местоположение;
  • разработанные с наложенными ограничениями полета и летающие повторяющимися циклами.

Зачастую именно целевое назначение является основой принятия решения о конструкции (конфигурации) летательного аппарата. В то же время, БАС является автоматической системой, которая предназначена для решения определенных задач с помощью целевой аппаратуры, установленной на борту.

Рис.1 Сферы применения

Гражданская область применения БВС весьма обширна. Отрасли, в которых могут применяться БВС — от сельского хозяйства и строительства до нефтегазового сектора и сферы безопасности, а также научные исследования, рекламные кампании, в средствах массовой информации и логистики. Для систематизации обзора всего многообразия назначений гражданских БВС условно выделяют шесть укрупненных групп, сформированных по критерию выполняемых функций:

  • мониторинг, патрулирование и аэросъемка;
  • презентации, реклама, развлечения, творчество;
  • доставка грузов и другие подобные задачи;
  • ретрансляция сигналов и похожие задачи;
  • внесение агрохимикатов (сыпучих, жидких) и биологических объектов в сельском хозяйстве;
  • наблюдение и управление поведением живых объектов (управление передвижением табунов лошадей, отар овец и отпугивание стай птиц от аэродромов).

Рассматривая конструктивные решения строения летательного аппарата, можно выделить следующие:

  • с жестким крылом (самолетного типа);
  • с гибким крылом;
  • с вращающимся крылом (вертолетного типа);
  • с машущим крылом;
  • аэростатического типа.

Аэрофотосъемочные комплексы на БАС повышают эффективность выполнения инженерно-геодезических изысканий для проектирования и строительства как небольших промышленных объектов, так и сооружений федерального значения. Использование ортофотопланов при обновлении топографических планов крупных масштабов (1:500-1:5000) для кадастровых и землеустроительных работ снижает временные и финансовые затраты.

БАС самолетного типа применяются преимущественно для аэрофото- и лидарной съемок и мониторинга больших площадных и протяженных линейных объектов с целью создания ортофотопланов и цифровых моделей местности. Основные преимущества: высокая крейсерская скорость, значительная дальность полета и автономность.

БАС вертолетного типа (мульткоптеры) применяются в основном для видео-, инфракрасной и аэрофотосъемки небольших территорий или обследования сложных конструкций (например опор моста, эстакад,), а также лидарной съемки (лазерного сканирования). Основные преимущества: малые размеры, взлет и запуск с любых площадок, возможность зависания над объектом обследования, увеличенная полезная нагрузка.

Конвертоплан (англ.: convertiplane, heliplane) – летательный аппарат с поворотными винтами, которые на взлёте и при посадке работают как подъёмные, а в горизонтальном полёте – как тянущие (при этом в полете подъёмная сила обеспечивается крылом самолётного типа). Таким образом, этот аппарат ведет себя как вертолет при взлете и посадке, но как самолет в горизонтальном полете.

Среди конвертопланов можно выделить три принципиально различающихся подкласса: аппараты с поворотными винтами (Tiltrotor), с поворотным крылом (Tiltwing) и со свободным крылом (Freewing).

Компания «Инновационные комплексные системы «ИКС» является российским разработчиком промышленных БАС FIXAR 007.

FIXAR это FIXed Angled Rotors — фиксированные углы установки роторов.

Хотя беспилотное воздушное судно FIXAR 007 взлетает как коптер, а летает как самолет, оно не попадает в действующую классификацию типов конвертопланов.

Технически такое конструкторское решение следует называть устройством вертикального взлета и посадки с неподвижным крылом и фиксированным углом установки роторов. Подобная аэродинамическая схема предполагает удобство коптера, но имеет дальность действия и эффективность, связанные с традиционной крылатой конструкцией. Для взлета и приземления не требуются большие открытые площадки, громоздкие пусковые установки, парашютные системы или устройства захвата.

Беспилотная авиационная система FIXAR 007 состоит из:

  • Воздушного судна, оборудованного системами навигации и связи (Автопилот), средствами обмена данными и полезной нагрузкой;
  • Средства передачи-получения данных (модем, антенны);
  • Программно-аппаратного комплекса «Наземная станция управления «XGround_Control», используемый для управления полетом и обмена данными о параметрах полета, служебной информацией и информацией о полезной нагрузке
  • ПО «AutoReport» для контроля качества материалов аэрофотосъемки.

Рис.2. Беспилотная авиационная система «FIXAR 007» (общий вид)

Конструктивная схема БВС FIXAR 007 защищена Патентом на изобретение от 02.10.2019 года № 2693362, выданное Федеральной службой по интеллектуальной собственности Российской Федерации.

Рис.3. Патент на изобретение

БВС FIXAR 007 выполняет полетное задание автономно, используя разработанные специалистами ООО «ИКС» алгоритмы автопилота и наземной станции управления. Собственное ПО обеспечивает устойчивую работу даже в условиях геомагнитных аномалий. Применяемый закрытый протокол связи защищает данные пользователя о маршрутах полета, а автономность комплекса оберегает от попыток перехвата управления. В случае потери связи с навигационными спутниками, БВС FIXAR 007 самостоятельно вернется на точку старта или в указанную в полетном задании точку посадки. ПО «AutoReport» позволит выполнить экспресс-анализ полученных материалов и данных сразу после приземления для принятия решения о продолжении работ или повторного выполнения аэрофотосъемки.

Особая аэродинамическая конструкция с полезной нагрузкой до двух килограмм позволяет осуществить полет продолжительностью до 40 мин на одном заряде батареи с длиной траектории до 50 км. Данные характеристики обеспечивают возможность выполнить аэрофотосъемочные работы на высоте не менее 70 м над поверхностью земли с соблюдением требований — по продольному перекрытию аэроснимков не менее 70% и поперечному не менее 50%, что позволяет облететь один квадратный километр территории. Фотограмметрическое и фотографическое качество аэрофотоснимков с пространственным разрешением 2-3 см/пикс полностью удовлетворяет требованиям для создания 3D модели и ортофотоплана масштаба 1:500.

БВС FIXAR 007 эффективно работает как в регионах с жарким климатом (до +60°C), так и при низких температурах (от -30°C).

Выгодное отличие БВС FIXAR 007 от большинства аналогичных аппаратов — это отсутствие магнитометра на борту ВС, что позволяет его эксплуатировать в условиях крайнего севера, над железорудными карьерами и прочими территориями с магнитными аномалиями.

Подготовка к полету (сборка и проверка работоспособности) БВС «FIXAR 007» занимает не более 2 минут, а составление и загрузка полетного задания из программно-аппаратного комплекса НСУ «XGround_Control» в ПО автопилота — не более 5-7 минут.

Фюзеляж БВС состоит из композитного модуля, в котором размещена электроника, аккумулятор, навигационная и GPS антенны и полезная нагрузка в соответствии с требованиями заказчика. Фюзеляж крепится на несущей раме, к которой в свою очередь устанавливаются крылья и задний стабилизатор с рулем высоты.

Качество элементов, из которых выполнено БВС «FIXAR-007» отличает прежде всего, легкость и в то же время необыкновенная прочность. В конструкции ВС полностью отсутствует какой-либо люфт или деформационная упругость. Несмотря на достаточно большой размер (размах крыльев — 1620 мм), все элементы ВС и комплектующие БАС компактно укладываются в транспортный кейс.

В передней части БВС «FIXAR 007» находится свободное пространство, которое предназначено для модуля полезной нагрузки. В зависимости от выполняемых задач в нем может быть размещено различное оборудование:

  • для аэрофотосъемки используются аэрофотокамера — модифицированный фотоаппарат Sony Alpha A6000 (Sony RX1 RM2) с матрицей 24,7 Мп. Фотоаппарат имеет кабель, при помощи которого он подключается к полетному контроллеру ВС для автоматического управления затвором камеры;
  • мультикамерная аэрофотосъемочная система «Foxtech 3DM-MINI Oblique Camera»;
  • гиперспектральная камера «Pika»;
  • тепловизионный комплект FLIR;
  • мультиспектральная фотокамера «MicaSense RedEdge MX»;
  • лидар (лазерный сканер).

Полезная нагрузка укладывается в специально разработанный упругий ложемент, который надежно фиксируется в корпусе ВС.

Летом 2019 года были успешно выполнены аэрофотосъемочные работы на Кольском полуострове с целью создания топографических планов масштаба 1:500.

Район выполнения работ характеризовался обилием сторонних сложных антенных систем дальней связи и наличием железорудных месторождений с повышенными магнитными аномалиями.

В сентябре 2020 года были подтверждены летные характеристики на высотах до 5 тыс. метров над уровнем моря (аэрофотосъемка склона горы Эльбрус), что для других промышленных БАС пока недоступно. Проектирование маршрутов полетов осуществлялось с огибанием рельефа склона, что позволило получить аэрофотоснимки с одинаковым пространственным разрешением в соответствии с требованиями Заказчика (4,5 см/пикс).

Рис.4. Аэрофотоснимок склона горы Эльбрус

Как отмечает В. Лукашов, разработчик беспилотного воздушного судна, «Мы создали промышленный беспилотник, который обладает рядом уникальных характеристик: работает дольше, летает быстрее, устойчив к геомагнитным аномалиям, перепадам температур и ветровой нагрузке. По сути, это летающий робот, который сам взлетает, выполняет задание и садится. Интерес к FIXAR 007 проявляют не только российские компании, но и иностранные. «Наш аппарат способен конкурировать с лучшими мировыми образцами беспилотной техники, поэтому он станет основой для построения международного бизнеса FIXAR.

Многочисленные поставки беспилотных авиационных систем через развернутую дилерскую сеть на территории РФ и в прилегающих государствах дополняются продажами в дальнем зарубежье.

В начале 2021 года была выполнена первая поставка БАС FIXAR 007 в Канаду, где конвертоплан прошел регистрацию в Министерстве транспорта Канады и получил разрешение на эксплуатацию в режиме «Прямая видимость». Кроме того, компания «ИКС» подала заявку на использование БАС вне поля зрения. В ближайших планах регистрация БАС FIXAR 007 в Федеральном управлении гражданской авиации США (FAA). Также ведутся переговоры по экспорту российской БАС FIXAR 007 в ЕС, страны Африки, Ближнего Востока и Юго-Восточной Азии.

Среди отраслей применения — аэрофотосъемка и лазерное сканирование в целях картографирования территорий и выполнения кадастровых работ, энергетика, сельское хозяйство, доставка различных грузов (до 2 кг), мониторинг территорий в реальном времени и задачи безопасности.

КОНТАКТНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Телефоны: 8 (964) 396-9862

Электронная почта: stadimax@yandex.ru

44 рекомендовано
comments icon 0 комментариев
0 заметки
296 просмотров
bookmark icon

Написать комментарий...

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *