Pull to refresh

Мысли вслух. Четыре лучше чем один… Или концепция транспортного квадрокоптера

RoboticsPopular scienceMulticoptersTransport
В статье выделены принципиальные недостатки такого летательного аппарата, как вертолет, предложено их решение. Рассмотрено возможное применение данной концепции в робототехнических системах и комплексах. Описанный подход, не претендует на однозначность и точность, а статья имеет цель поделиться технической идеей с читателями GT.


ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ


Летательный аппарат(ЛА) – это машина или устройство для полетов в атмосфере или космическом пространстве. На данный момент классификация ЛА имеет огромное множество видов и типов летательных устройств, среди этого множества можно выделить один из активно используемых видов ЛА – вертолет.

Выделим принципиальные недостатки вертолета как класса:
  1. сложность погрузки грузов и техники больших габаритов из-за узкой грузовой кабины,
  2. посадка возможна только при отсутствии бокового крена из-за узкого фюзеляжа и одной зоны, ометаемой несущим винтом.
Для иллюстрации 3 и 4 недостатков рассмотрим транспортный вертолет Ми-26 (рис. 1).


Рисунок 1 — Вертолет Ми-26 в трех проекциях

Ширина грузовой кабины вертолета составляет 320 см, для сравнения, ширина бронетранспортера БТР-70 – 280 см, соответственно между каждым бортом транспортера и стенкой грузовой кабины вертолета остается пространство в 20 см, что является отрицательным фактором при погрузке техники таких габаритов (рис. 2, справа). На рисунке 2 (слева) проиллюстрирована сложность процесса погрузки с использованием автопогрузчика.

Наличие данного фактора вносит неудобства при применении вертолетов в гражданских грузоперевозках и является критичным при использовании таких летательных средств в ЧС и военных действиях.


Рисунок 2 – Процесс погрузки автопогрузчиком (слева), погрузка БТР-70 (справа)

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ


Квадрокоптер – это летательный аппарат с четырьмя несущими винтами, вращающимися диагонально в противоположных направлениях. Такая схема размещения несущих винтов позволяет реализовать ЛА с фюзеляжем более широким чем в вертолетах (рис. 3), а наличие четырех несущих винтов обеспечит четыре ометаемые зоны, что позволит выполнять приземление и взлет при боковом крене.


Рисунок 3 – Блок-схема конструкций квадрокоптера и вертолета

При использовании данной схемы такие узлы как топливная система, система управления, радиолокационная система, электрика размещаются в верхней части фюзеляжа в специальной бронекапсуле (рис. 4). Такая компоновка узлов позволяет разместить люки грузовых отсеков и грузовые трапы в любой из 5 сторон фюзеляжа (рис. 5): с четырех боковых сторон и снизу (люк вертикальной погрузки).


Рисунок 4 – Расположение бронекапсулы


Рисунок 5 – Размещение грузовых люков

НЕДОСТАТКИ РЕШЕНИЯ


Рассмотренный подход имеет следующие недостатки:
  1. уязвимость двигателей несущих винтов,
  2. маленький объем топливного бака из-за размещения в верхней части фюзеляжа.

Возможные решения:
  1. размещение несущих винтов в специальных гондолах и бронепластин, закрывающих двигатели (рис. 7)
  2. размещение топливных баков с внешней стороны фюзеляжа ЛА.



Рисунок 7 – Размещение несущих винтов

ПРИМЕНЕНИЕ КОНЦЕПЦИИ В РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ
СИСТЕМАХ И КОМПЛЕКСАХ


Беспилотный летательный аппарат (БПЛА) – летательный аппарат без экипажа на борту, реализованный с использованием средств робототехники. Реализация грузового квадрокоптера, как БПЛА, целесообразна:
  • в робототехнических комплексах, например, в составе роботизированной транспортно-логистической системы (полностью автоматический процесс хранения и перевозки груза);
  • как самостоятельной системы, для использования в условиях повышенной опасности для жизни пилота (ЧС, боевые действия);
  • как самостоятельной системы, для решения задач, требующих большого количества ЛА и высокой степени оперативности (боевые действия, грузоперевозки, скорая медицинская помощь).
Исходя из вышеописанного применения грузового БПЛА, рассмотрим возможные реализации систем управления ЛА, с использованием классических подходов.

Централизованное управление с человеком-оператором (связь “один к одному”).Структура системы управления:
  • человек-оператор,
  • удаленный терминал,
  • ЛА с бортовой интеллектуальной системой обработки информации.
Весь процесс управления ЛА реализуется оператором через терминал, бортовая система обработки информации анализирует информацию с датчиков и выдает оповещения оператору при отклонении параметров от нормы, прогнозирует возможные аварийные ситуации, т.е. представляет собой динамическую экспертную систему.

Централизованное управление с диспетчерским пунктом (связь “один ко многим”). Структура системы управления:
  • человек-оператор,
  • удаленный терминал,
  • один или группа ЛА с бортовой интеллектуальной системой управления.
Человек-оператор через терминал реализует прокладку маршрута, устанавливает пункты назначения, контролирует корректность выполнения задач, состояние ЛА, т.е. выполняет функции диспетчера. Бортовая система управления управляет ЛА в автоматическом режиме. При данном подходе под контролем оператора может находиться множество ЛА.

Децентрализованное управление (связь “многие ко многим”).Структура системы управления:
  • источники запросов (человек, техническая система),
  • группа ЛА с бортовой интеллектуальной системой управления.
Источники запроса формирует заявки на обслуживание. Группа ЛА обрабатывает данные заявки и выполняют обслуживание исходя из приоритетов заявок и взаимного расположения ЛА и источников запроса. При данном подходе используются принципы группового управления роботами: опрашивание (с определением главного узла или базовой станции), кольцевая сеть с маркерным доступом или частный случай кольцевой сети – шинная сеть.
Tags:робототехникаквадрокоптерыавиация
Hubs: Robotics Popular science Multicopters Transport
Total votes 14: ↑3 and ↓11 -8
Views7.6K

Popular right now

Data Science Bootcamp
July 5, 2021250,000 ₽Elbrus Coding Bootcamp
Специалист по Data Science плюс
July 15, 2021228,000 ₽Яндекс.Практикум
Специалист по Data Science
July 15, 202195,000 ₽Яндекс.Практикум
Node.js: серверный JavaScript
June 28, 202127,000 ₽Loftschool
Основы вёрстки сайтов
June 28, 202120,000 ₽Loftschool