Введение в БПЛА презентация

Введение в БПЛА Лекция 1 Разработали: Монгуш Д.С., Павлов А.Н.

Принятые сокращения БПЛА – беспилотный летательный аппарат ВПП – взлетно-посадочная полоса ДВС – двигатель внутреннего сгорания ЛА – летательный аппарат РЭБ – радиоэлектронная борьба ТРД – турбореактивный двигатель

Содержание Определение Достоинства и недостатки Классификация Области применения Фильмы к просмотру Интернет-ресурсы

Определение

Беспилотный летательный аппарат (БПЛА)* Это ЛА,  не имеющий экипажа на борту.

Достоинства и недостатки

Достоинства нет опасности для жизни пилота меньше стоимость, чем у пилотируемых ЛА меньший расход топлива из-за малого веса можно использовать альтернативные источники энергии (солнечные батареи) длина взлетно-посадочной полосы не более 600 м

Недостатки возможность подавления или перехвата управления

Классификация

По назначению: По назначению: научные прикладные: военные (ударные); гражданские

По массе: По массе: «микро» - до 10 кг, время полёта ≈ 1 ч, высота до 1 км «мини» - до 50 кг, ≈ 3 ч, до 5 км средние («миди») - до 1 т, ≈ 12 ч, до 10 км тяжёлые - свыше 1 т, ≈ 24 ч, до 20 км

По типу управления: По типу управления: управляемые автоматически управляемые оператором с пункта управления (ДПЛА) гибридные

По принципу полета: По принципу полета: с жестким крылом (самолетного типа) с гибким крылом с вращающимся крылом (вертолетного типа) автожиры конвертопланы мультикоптеры с машущим крылом аэростатические гибридные

С жестким крылом: С жестким крылом: Подъемная сила создается напором воздуха, набегающего на неподвижное крыло. Отличаются большой длительностью и высотой полета, высокой скоростью.

С жестким крылом: С жестким крылом: Существует много БПЛА самолетного типа. Практически все компоновки самолета, которые встречаются в пилотируемой авиации, есть и в беспилотной.

С жестким крылом: С жестким крылом: В качестве движителей используются тянущие или толкающие винты, а также импеллеры или реактивные двигатели.

С жестким крылом: С жестким крылом: Для взлета необходима ВПП, для некоторых типов – стартовые катапульты. Есть также легкие БПЛА, запускаемые «с руки». При посадке может применяться ВПП, парашют или тормозные тросы.

С жестким крылом: С жестким крылом: Взлет и посадка – это процессы трудоемкие и затратные, поэтому применяют самолеты вертикального взлета и посадки (СВВП). Бывают с вертикальным (тэйлситтеры) и с горизонтальным положением фюзеляжа.

С жестким крылом: С жестким крылом: Также существуют БПЛА с жестким зонтообразным крылом, использующие эффект Коанды.*

С жестким крылом: С жестким крылом: В Великобритании фирмой AESIR испытан БПЛА Embler. Корпус – из углепластика. Привод вентилятора – электромотор. Время полета до 10 мин. Управление рысканьем – с помощью заслонок в выходной щели вентиляторного канала, управление креном и тангажом – с помощью четырех закрылков у кромки зонтообразной поверхности.

С жестким крылом: С жестким крылом: Также компания AESIR объявила о построении крупного БПЛА Hoder. Он будет иметь 2 вентиляторных движителя, приводимых от ДВС. Угол расположения лопаток вентиляторов регулируемый для управления полетом. Собственная масса 1500 кг, масса полезной нагрузки 500 кг. Продолжительность полета до 8 ч.

С гибким крылом: С гибким крылом: Это дешевые и экономичные ЛА, в которых используется не жесткое, а гибкое (мягкое) крыло из ткани, эластичного или композитного полимерного материала. Среди них можно выделить: моторизованные парапланы; моторизованные дельтапланы.

С гибким крылом: С гибким крылом: Моторизованные парапланы имеют управляемое прямоугольное или эллипсовидное парашют-крыло, снабжённое мототележкой с воздушным винтом для автономного разбега и самостоятельного полёта. Достоинство – экономичность. Снабжены ДВС, способны долгое время медленно барражировать над объектом, производя, например, видеосъемку. Для взлета требуется площадка длиной всего 2-3 м.

С гибким крылом: С гибким крылом: Моторизованный дельтаплан – его крыло имеет три трубы, соединённые в передней точке и образующие «веер» с углом 90..140º. Между трубами натянута прочная ткань. Крыло крепится на тележку, на которой смонтированы двигатель с винтом. Управляется с помощью дополнительных аэродинамических элементов, небольшой деформацией крыла или с помощью перемещаемого центра тяжести.

БПЛА вертолетного типа: БПЛА вертолетного типа: Одновинтовая схема наиболее распространена. Достоинства: простота конструкции и системы управления. Недостатки: большие габариты; потеря мощности на рулевом винте (до 10%); уязвимость рулевого винта при полете у земли. Вместо рулевого винта может быть фенестрон или система NOTAR.

БПЛА вертолетного типа: БПЛА вертолетного типа: Двухвинтовая соосная схема: Достоинство: малые габариты. Недостатки: сложная трансмиссия и управление; недостаточная устойчивость на авторотации.

БПЛА вертолетного типа: БПЛА вертолетного типа: Двухвинтовая поперечная схема: Достоинства: симметрия схемы; экономичность; высокая грузоподъемность. Недостатки: сложность конструкции; необходима синхронизация винтов; дополнительная масса и лобовое сопротивление фермы, поддерживающей крыло.

БПЛА вертолетного типа: БПЛА вертолетного типа: Двухвинтовая продольная схема: Достоинство: большой объем грузовой кабины. Недостатки: сложная трансмиссия; необходима синхронизация вращения винтов; большие индуктивные потери при горизонтальном полете; сложная посадка при авторотации.

БПЛА вертолетного типа: БПЛА вертолетного типа: Реактивный вертолет: Достоинства: простая трансмиссия; малый вес. Недостатки: сложная конструкция несущего винта и двигателей; большой расход топлива; шум при работе.

БПЛА вертолетного типа: БПЛА вертолетного типа: Вертолет с крылом: Для увеличения скорости полета разгружают несущий винт постановкой крыла.

Винтокрылы: Винтокрылы: Для увеличения скорости используют крылья и дополнительные тянущие двигатели. Подъемная сила при вертикальном полете создается несущим винтом, а при горизонтальном – крылом с дополнительными тянущим (толкающим) винтом.

Автожиры: Автожиры: Вместо крыла используется свободно вращающийся винт. Есть также маршевый тянущий (толкающий) винт, который сообщает автожиру горизонтальную скорость.

Конвертопланы: Конвертопланы: ЛА с поворотными винтами, которые на взлёте и при посадке работают как подъёмные, а в горизонтальном полёте – как тянущие.

Мультикоптеры: Мультикоптеры: Имеют больше двух несущих винтов. Трикоптер обычно движется двумя винтами вперед, а третий является хвостовым. Первые два винта имеют противоположные направления вращения и взаимно компенсируют реактивные моменты, у хвостового винта пары нет, поэтому для компенсации реактивного момента ось вращения этого винта немного наклоняют в сторону, противоположную направлению закручивания.

Мультикоптеры: Мультикоптеры: Однако есть другие схемы, в которых корпуса всех двигателей жестко зафиксированы на своих местах. Причем все двигатели имеют симметричные им относительно горизонтальной плоскости двигатели с толкающими винтами, направленными вниз. Управление курсовым углом осуществляется изменением частоты вращения винтов.

Мультикоптеры: Мультикоптеры: Квадрокоптер ‒ самая распространенная среди мультикоптеров схема. Четыре жестко зафиксированных ротора дают возможность организовать довольно простое управление.

Мультикоптеры: Мультикоптеры: Существуют две схемы управления: схема «+» и схема «х».

Мультикоптеры: Мультикоптеры: Существуют две схемы управления: схема «+» и схема «х».

Мультикоптеры: Мультикоптеры: Принцип движения квадрокоптера схемы «х»:

Мультикоптеры: Мультикоптеры: Оборудование квадрокоптера:

Мультикоптеры: Мультикоптеры: Оборудование квадрокоптера:

Мультикоптеры: Мультикоптеры: Основное назначение мультикоптеров – это фото- и видеосъемка, поэтому их обычно оснащают управляемыми подвесами для камер. Компоновка оборудования может быть самой различной. Модуль GPS обычно выносят отдельно как можно дальше от сильноточных цепей. Для защиты пропеллеров предусматривают специальные ограждения. Для увеличения подъемной силы и повышения живучести часто объединяют на одной балке тянущий и толкающий винты.

Мультикоптеры: Мультикоптеры: Гексакоптеры и октокоптеры имеют соответственно по 6 и 8 роторов, обладают большей грузоподъемностью по сравнению с квадрокоптерами. Способны устойчиво лететь при выходе из строя одного ротора. Отличаются гораздо меньшим уровнем вибраций, что особенно важно для видеосъемки.

С машущим крылом: С машущим крылом: Копируют движения, создаваемые в полете птицами и насекомыми. В этом классе БПЛА пока нет серийно выпускаемых аппаратов, но во всем мире проводятся интенсивные исследования в этой области. Появилось большое количество разных интересных концептов малых БПЛА с машущим крылом. Главные преимущества, которые имеют птицы и летающие насекомые перед существующими ЛА – это энергоэффективность и маневренность. Если разработчики «машущих» БПЛА смогут по этим показателям приблизиться к живой природе, то этот класс аппаратов начнет находить свое применение. ЛА, основанные на имитации движений птиц, называют орнитоптеры (англ. ornithopter), а ЛА, в которых копируются движения летающих насекомых – энтомоптеры (англ. entomopter).

С машущим крылом: С машущим крылом: Орнитоптеры: Механическому привод крыльев должен обеспечивать необходимый набор движений и при этом быть простыми и легкими. Кроме махов вверх/вниз, система управления должна реализовывать режим парения, для того, чтобы ЛА мог максимально эффективно использовать набегающие и восходящие потоки воздуха.

С машущим крылом: С машущим крылом: Энтомоптеры: Подразделяются на имитаторы 4-хкрылых и 2-хкрылых насекомых. 4-хкрылые (стрекозы, бабочки) совершают более сложные движения, чем двукрылые, и маневренность у них гораздо выше.

С машущим крылом: С машущим крылом: Энтомоптеры: Каждое крыло BionicOpter, кроме маховых движений, может совершать вращательные движения вокруг своей оси и угловые перемещения в горизонтальной плоскости. Кроме того, хвостовая часть может изгибаться, меняя положение центра тяжести. Аппарат очень маневренный, может мгновенно зависать на месте и перемещаться в любую сторону, не изменяя угла тангажа.

С машущим крылом: С машущим крылом: Энтомоптеры: Разработки энтомоптеров идут в направлении уменьшения размеров. Здесь все достижения еще впереди. Появление новых сверхлегких материалов, источников питания, наноэлектроники и интеллектуального управления в ближайшие годы позволят создать микроминиатюрные энтомоптеры, приближающиеся к живым существам и по выполняемым функциям, и по размеру.

Аэростатические: Аэростатические: Подъемная сила равна архимедовой силе, действующей на баллон, заполненный легким газом (гелием). Этот класс представлен беспилотными дирижаблями. Дирижабль – это ЛА легче воздуха, комбинация аэростата с движителем (винтом с электродвигателем или ДВС) и системы управления ориентацией. По конструкции дирижабли бывают: мягкие; полужёсткие; жёсткие.

Аэростатические: Аэростатические: В мягких дирижаблях неизменяемость внешней формы достигается избыточным давлением газа, постоянно поддерживаемым баллонетами – мягкими ёмкостями, расположенными внутри оболочки, в которые нагнетается воздух. Баллонеты также служат для регулирования подъемной силы и управления углом тангажа.

Аэростатические: Аэростатические: Мягкий дирижабль Skyship 600 (Airship Industries, Британия, 1984). Изготовлен из кевлара и композитных материалов. Используется в рекламных целях. Он может быть как пилотируемым, так и беспилотным. Имеются бортовые видеокамеры, которые позволяют производить круглосуточный мониторинг территорий.

Аэростатические: Аэростатические: Полужёсткие дирижабли имеют в нижней части оболочки жесткую ферму. Дирижабль ДП-27 «Анюта». Дисковидная форма обеспечивает устойчивость к боковому ветру, простоту управления и высокую маневренность. Диаметр 17 м объём оболочки 522 м3, грузоподъёмность 200 кг, высота полет до 800 м. С помощью 4 двигателей по 25 л.с. развивает скорость до 80 км/ч, бензобак объемом 40 л, дальность полета до 300 км.

Аэростатические: Аэростатические: В жёстких дирижаблях неизменяемость внешней формы обеспечивается жестким каркасом, обтянутым тканью, а газ находится внутри жёсткого каркаса в баллонах из газонепроницаемой материи. Беспилотные жесткие дирижабли пока практически не применяются.

Гибридные: Гибридные: Dynalifter DL-100 – гибрид дирижабля и самолета (Ohio Airships, США). Для взлета/посадки нужна ВПП. По сравнению с дирижаблями устойчив к ветровым нагрузкам. По сравнению с самолетом способен летать на очень низких скоростях при малых энергетических затратах.

Гибридные: Гибридные: Проект БАРС - гибрид дирижабля, самолета, вертолета и судна на воздушной подушке (СибНИИА и ОАО «Тюменьэкотранс», Россия) . Были исключены такие недостатки дирижабля, как парусность, сложная система обслуживания; самолета – необходимость в аэродроме; вертолета – небольшая дальность и дороговизна перевозок. Обеспечено безаэродромное базирование и эксплуатация с любой ровной поверхности (воды, болота, снега, грунта). Сохранение элементов самолета (крыло) и дирижабля (подъемный газ) обеспечило большую грузоподъемность (до 500 т), скорость (до 300 км/ч) дальность (до 4500 км) и высокую экономичность перевозок.

Гибридные: Гибридные: Гибрид дирижабля и дельтаплана (Nimbus, Италия, 2013). Достоинства: легкость, экономичность, способность летать на низких скоростях, бесшумность, простота транспортировки, низкая стоимость. Недостаток: невозможность полета при сильном ветре.

Гибридные: Гибридные: Р-791 – гибрид самолета и дирижабля (Lockheed Martin, США, 2010). Разрабатывается в пилотируемом и в беспилотном вариантах. Для взлёта необходима ВПП. Для надёжной посадки используются 4 воздушные подушки-присоски. Обладает большой грузоподъёмностью – до 1000 т (проект «Морж» Walrus).

Области применения

Научные: Научные: Используются для получения новых знаний, причем не имеет значения то, из какой области эти знания и где они потом будут применены. Это могут быть испытания новой техники или наблюдения за природными явлениями.

Прикладные: Прикладные: Военные: наблюдательные разведывательные ударные разведывательно-ударные бомбардировочные истребительные (для уничтожения воздушных целей) радиотрансляционные РЭБ транспортные БПЛА-мишени многоцелевые

Прикладные: Прикладные: Гражданские – разделены на 5 групп: Мониторинг и подобные задачи: видеонаблюдение с целью охраны различных объектов; мониторинг лесных массивов службой лесоохраны; патрулирование заданных зон полицией; наблюдение за движением на железных и шоссейных дорогах, контроль судоходства; наблюдение за посевами фермерами и предприятиями с/х; контроль рыбного промысла; картографирование земной поверхности; разведка и составление планов помещений внутри опасных зданий; поиск полезных ископаемых; мониторинг нефтегазовых объектов, особенно трубопроводов; инспектирование строек; видео- и фотосъемка труднодоступных промышленных объектов; радиационная и химическая разведка на опасных территориях; метеорологические наблюдения; экологический мониторинг атмосферы и поверхности водоемов; мониторинг опасных природных явлений (извержений вулканов, лавин и т.п.); оценка результатов стихийных бедствий и ликвидации их последствий; наблюдение за дикими животными в заповедниках.

Прикладные: Прикладные: Презентации, реклама, развлечения, творчество: видео- и фотосъемка объектов архитектуры, природы, бизнеса, а также массовых мероприятий с целью презентации или рекламы; использование БПЛА в качестве носителей рекламы; использование малых БПЛА в учебных целях в школах и вузах; авиамоделизм и авиаконструирование для многочисленных любителей; использование БПЛА в качестве арт-объекта или объекта развлечения

Прикладные: Прикладные: Доставка грузов и подобные задачи: доставка почты; доставка инструмента, комплектующих и материалов на строительные объекты; монтаж различных конструкций; выполнение или обеспечение ремонтных работ на труднодоступных объектах; распыление химикатов и внесение удобрений на полях; прокладка кабеля в опасных зонах; доставка продуктов, горючего, запчастей, источников питания и т.д. в труднодоступные районы для обеспечения альпинистов, туристов, экспедиций; сброс маркеров (световых, радиоизлучающих) для обозначения каких-либо объектов; доставка медикаментов и медоборудования в зоны аварий и катастроф; эвакуация пострадавших из зоны бедствия; эвакуация дорогостоящих материальных ценностей из опасных зон; доставка спасательных средств терпящим бедствие на воде; сброс взрывных устройств в горах для организации превентивного схода лавин; дозаправка или подзарядка автономно работающих труднодоступных устройств (буев, маяков, метеостанций, ретрансляционных станций и так далее).

Прикладные: Прикладные: Ретрансляция сигналов и подобные задачи: ретрансляция радиосигналов с целью увеличения дальности действия каналов связи; использование БПЛА в качестве носителей осветительного оборудования; установка на борту громкоговорителей для воспроизведения команд, музыки и т.п.; использование БПЛА для генерации или отражения лазерного луча. Управление поведением живых объектов: использование БПЛА в качестве «пастуха» – управление передвижением табунов лошадей, отар овец и т.д.; отпугивание стай птиц от аэродромов.

Фильмы к просмотру: Фильмы к просмотру: Дроны. Нашествие беспилотников Дроны. Революция в небе 15 самых крутых дронов 10 самых маленьких дронов в мире

Интернет-ресурсы: Интернет-ресурсы: https://geektimes.ru/post/257244/ https://hobbyking.com http://rc-aviation.ru/

Спасибо за внимание!!! Спасибо за внимание!!!