Первый в мире асимметричный дрон с одной подвижной частью



    Инженеры из института динамических систем и управления Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) сконструировали летательный аппарат с одной движущейся частью, который называют «первым в мире» [на самом деле подобные эксперименты проводились и раньше, см. в комментариях — прим.].

    У современного вертолёта тысячи движущихся частей. У первых самолётов было две подвижные части: винт и хвостовой поворотник. В ETH Zurich сделали управляемый летательный аппарат вообще с одной подвижной частью. Коптер под названием моноспинер (Monospinner) — механически самая простая управляемая летающая конструкция среди всех существующих. У него есть только воздушный винт, никаких дополнительных приводов или аэродинамических поверхностей.

    Моноспинер не умеет зависать, как обычный мультикоптер. Его воздушный винт направлен не вверх, а в сторону. Тем не менее, инженерам удалось добиться равновесия между силой тяжести и подъёмной силой винта, рассчитав векторы всех сил.





    Таким образом, моноспинер всё-таки способен сохранять динамическое равновесие и удерживать своё положение в пространстве примерно в одном месте, если будет сохранять постоянную угловую скорость и тягу винта.



    Правда, пока это невозможно без обратной связи. На видео показано, что в автономном зависании без обратной связи равновесие быстро исчезает.



    У моноспинера ещё один недостаток — он не может подняться в воздух из горизонтального положения, когда винт направлен вверх, так что его приходится всегда запускать с руки.

    Сложно сказать, какие преимущества этот аппарат имеет перед обычными мультикоптерами, кроме более простой конструкции. Например, такая модель позволяет лучше сохранять динамическое равновесие в условиях сильных возмущений воздушной среды. Дрон умеет эффективно выходить из состояния неконтролируемого вращения.

    Кстати, в институте динамических систем и управления Швейцарской высшей технической школы Цюриха проводят очень интересные эксперименты с летательными аппаратами нетрадиционной конструкции. Например, ещё одна из последних разработок — восьмивинтовой омникоптер с шестью степенями свободы.







    «Омникоптер — это надёжный беспилотник будущего, — говорит профессор Рафаэло Д’Андреа (Raffaello D’Andrea), который возглавляет разработку необычных БПЛА в Швейцарской высшей технической школе Цюриха. — Если какая-то часть выходит из строя, двигатель или блок аккумуляторов, или одна из половин дрона полностью отключится, повреждённый омникоптер все еще будет лететь туда, куда должен. Если моноспиннер — это образец экономности, то этот аппарат, омникоптер с восемью винтами, — пример избыточности. Что нам дают все эти излишества? Обратите внимание, конструкция очень симметрична, поэтому для неё не имеет значения ориентация в пространстве. Это открывает необыкновенные возможности! Дрон может двигаться в воздухе безоотносительно того, где верх, а где низ и как он вращается. Правда, у дрона свои сложности, в основном связанные с взаимодействием потоков от восьми пропеллеров».

    Недавно профессор Д’Андреа прочитал очень интересную лекцию на конференции TED2016 в Ванкувере (mp4, есть стенограмма на русском языке). Он представил омникоптер, Monospinner и другие необычные летательные аппараты.



    В своём выступлении профессор ещё раз напомнил, что практическая польза — не главная цель в разработке новых летательных конструкций, да и вообще в любых научно-технических разработках: «Реальность такова, что трудно предсказать влияние новых технологий. Для людей вроде нас главная награда — сам процесс работы и радость творчества. Это постоянное напоминание, в какой замечательной и волшебной Вселенной мы живём — она позволяет умным изобретательным созданиям так эффектно и ярко творить. То, что эти технологии имеют огромный коммерческий и экономический потенциал, — это лишь вишенка на торте», — сказал он.
    Ads
    AdBlock has stolen the banner, but banners are not teeth — they will be back

    More

    Comments 27

      0
      Вроде бы, игрушка «летающая фея» тоже с одной подвижной частью. Но она не может самостоятельно двигаться вбок.
        0
        Или она с двумя? Два пропеллера вращаются в противоположных направлениях, но у обоих лопасти развёрнуты так, чтобы воздушный поток был направлен вниз?
          0
          У дочери была с одним. Само тело вращается, но не сильно, благодаря вертикальным крыльям, как у бабочки.
            0
            Там соосная схема, как у Ка-52 :) У дочки сейчас такая. Плюс грузики для поддержки вертикального положения.
              0
              Это разные феи. Есть обычные соосные вертолеты (с автоматом перекоса, да) в корпусе феи, а есть просто висящие в воздухе игрушки, у которых один «винт» и никакой стабилизации, кроме гироскопического эффекта и грузика внизу.
            0
            Да, она неуправляемая. Там просто тормозится корпус за счёт крылышек. Чтобы в такой схеме можно было «рулить», пришлось бы добавить к винту полноценный автомат перекоса. А эта штука может управлять полетом, варьируя обороты пропеллера в зависимости от своего положения в пространстве.
            0
            как вариант такой подход в управлении можно использовать в квадрокоптерах в аварийных случаях в случае отказа всех винтов кроме одного
              0
              это у коптера должен быть четырехкратный запас подъемной силы, угу. Мечта прямо. с учетом того, что сейчас коптеры на всех винтах еле-еле поднимают себя сухую + еще столько же в нагрузку, т.е. двухкратный запас. Не считая того, что сия машинка имеет особую форму и расположение деталей для соблюдения правильного центра масс, что в квадрике будет недостижимо
                +3
                в аварийном режиме никто и не требует поднимать, если будет управляемый спуск, это будет лучше беспорядочного кувыркания, а расположение центров масс не обязательно единственно возможное, необходимые условия скорей всего будут уточняться, единственное что можно заметить, так это так это то что центры масс не лежат на одной прямой
                  0
                  Электрические двигатели квадракоптеров могут работать на скорости, превышающей штатную.

                  Собственно, если посмотрите в нормальном магазине характеристики двигателей — вы уведите 2 цифры: максимальный потребляемый ток и максимально допустимый кратковременный ток (~10 секунд, после чего двигатель умирает от перегрева)

                  На счёт 1 двигателя mm3 погорячился, а вот системы, позволяющие посадить квадракоптер с одним неисправным двигателем действительно существуют.
                  +1
                  Невозможно практически, да и нафиг не нужно. Тут и запас по тяге, требуется и очень точное положение центра масс. Вообще это не летательный аппарат (так как неуправляем в принципе), а игрушка какая-то получается.

                  Вообще есть наработки по спуску квадракоптера без одного винта (когда его кружить начинает из-за невозможности компенсировать крутящий момент), простая модификация софта позволяет ему спуститься, кружась вокруг своей оси. Но тоже мало применимо на практике, так как в простых квадракоптерах банально не понять, когда один из моторов перестал работать (и какой). А для сложных коптеров — можно просто гекса или окто-коптер сделать.
                    0
                    Да, похоже что вся эта затея с монокоптерами и вырубанием половины винтов квадрокоптеров делается для исследования возможностей управления при потере части винтов.
                    В частности:
                    Квадрокоптер может выжить (войдя в контролируемое вращение)
                    1. при потере любого одного винта
                    2. при потере двух противоположных винтов в случае если они вращаются в одном направлении — это демонстрируется на видео.

                    Трикоптер может выжить (войдя в контролируемое вращение):
                    1. при потере до двух винтов кроме рулевого

                    6-винтовой омникоптер (третья схема, винты с переменным шагом или реверсом) выживает:
                    1. при потере любых двух винтов
                    2. при потере любых трёх винтов. Тут уж в зависимости от схемы и расположения повреждённых винтов — войдя в контролируемое вращение или без него. Могут возникнуть ситуации, либо как в монокоптере, либо как в квадрокоптере при потере противоположных винтов, либо всё спокойно и без вращения. Кстати на видео демонстрируется квадрокоптер из раздельных балок — как частный случай схемы 3. Но не рассматривается схема с винтами под 45градусов, что примерно соответствует квадрокоптерам с V-образным хвостом.
                    3. при потере четырёх винтов кроме противоположных — аналогично квадрокоптеру

                    4-х винтовой омникоптер (вторая схема — винты с переменным шагом, поворачивающиеся вокруг оси, проходящей через центр аппарата) выживает:
                    1. при потере двух любых винтов — без вращения
                    2. при потере трёх — с контролируемым вращением, аналогично монокоптеру

                    Вообще схема омникоптера с четырьмя поворачивающимися винтами избыточна, достаточно трёх. Четыре винта просто дают симметричность по всем направлениям.

                    А вот первая схема омникоптера с восемью винтами без переменного шага, (та, которая демонстрируется на видео) мне непонятна. Может кто-нть объяснить зачем это нужно? Они же только мешают друг другу. Почему нельзя было продемонстрировать схемы 2 и 3? Чем 8 винтов лучше?
                    Мои варианты:
                    1. Моторы без реверса, если винт повернут не той стороной, то он просто выключается, т.е. в любой момент времени работают только 4 винта. Но это не согласуется с фразой что они мешают друг другу.
                    2. Минимум 8 винтов в омникоптере могут уравновешивать угловой момент только за счёт вращения.
                    3. Проще сделать в кубе — жёсткость больше. Хотя мне в качестве основы более перспективным видится тенсегрити с выносами — всё жёстко + внутри много места для подвеса, а тут всё в центре пересекается.
                    4. Хотели сделать без винтов переменного шага, обойтись одним реверсом, но реверс происходит слишком долго, поэтому для устойчивости пришлось увеличить число винтов.
                    5. Винт под большим углом к потоку ведёт себя не так как хотелось бы.
                    +1
                    камеру закрепить на таком будет проблемой
                    • UFO just landed and posted this here
                        +1
                        Или закрепить на куриной голове)
                        0
                        зато если прикрепить заместо камеры сканер или локатор, отпадет необходимость задавать ему вращение
                          0
                          Нужно вот такую штуку на вращающейся платформе закрепить
                          https://twitter.com/Shitty_Future/status/720222427796660224
                          +3
                          моноспинер почти готовая мина противотанковая.У нас вроде с ураганов расбрасывають такие контейнеры на парашутах на танковую колонну. Тож вращается на спуске и сканирует под собой поверхность.А тут еще и привод, можно точнее прицеливать. А то и перелетать на сотни метров в сторону.
                          А вот этот " восьмивинтовой омникоптер с шестью степенями свободы." — практически готовое НЛО. Система управления уже есть фактически. Ждемс появления нового привода и источника энергии.И готово.
                            0
                            Мечта прямо. с учетом того, что сейчас коптеры на всех винтах еле-еле поднимают себя сухую + еще столько же в нагрузку


                            В основном так. те которые летают минут по 10-20.

                            Но если брать гоночный то при весе в 700 гр тяга 1 мотора до 1 кило.
                            не хилая динамика выходит но летает мало
                            Опять все дело в батарейках. Одна из проблем человечества мощный компактный и недорогой источник энергии.
                            Как обычно можно выбрать 2 из 3. и то и 1 из 3.
                              0
                              Почему первый в мире? Идея монокоптера известна уже лет 100, пытались строить даже пилотируемые аппараты.
                                +2
                                  0
                                  В видео 2 движущиеся части: пропеллер и крыло. Движение крыла видно на 1:04 и на 1:56. В обсуждаемой же статье только одна подвижная часть.
                                  0
                                  Видимо настаёт эра нового класса световых ночных шоу… Многоразовые летающие стаи дронов вместо фейерверков.
                                    0
                                    Сделать аккумулятор сменным (автоматически), разработать базу для посадки, перезарядки и взлета… и вот вам уже автономная система, работающая больше чем 5-10 минут… и стоящая как самолет :(
                                      0
                                      Фейерверки как-бы тоже редко дольше 10 минут длятся, а с учётом одноразовости каждого выстрела, стоимость весьма приличная на ветер спускается.
                                        0
                                        нанять команду пиротехников, оплатить расходники, выбить все разрешения, оборудовать безопасную площадку (согласитесь, что пара кг пороха, упавших с неба, гораздо опаснее, чем пара кг пластика, углеволокна и небольшого кол-ва электроники), организовать крутое пирошоу на 10 минут — это стоит тоже как самолет. причем примерно половина суммы (от 35 до 70%, если точнее, смотря какая сложность фигур и все такое) — это тупо расходники, которые эффектно взрываются в небе.

                                        Так что сотня танцующих дронов, при изначально высокой стоимости (скажем, по 1000 у.е. каждый, с учетом допоборудования, т.е. 100к$ + еще столько же сверху на наземную СУ, обслуживание, аккумуляторы, фургончик с запчастями и квалифицированных операторов) довольно быстро окупятся из-за дешевизны эксплуатации — вряд ли за одно представление будет помирать больше 1-2 дронов, а аккумуляторов в таком случае будет хватать как минимум на десяток-другой выступлений с учетом репетиций и контрольных прогонов.
                                          0
                                          Нужно тысячу дронов чтобы по качеству приблизиться к феерверкам, хотя да, даже сотня дронов может такое, чего не сможет дорогой феерверк.
                                          p.s. конечно, дроны в конечном счете эффективнее траты чем жечь порох… так как 'гореть' будут аккумуляторы и электроэнергия

                                    Only users with full accounts can post comments. Log in, please.