Ттх беспилотных летательных аппаратов. Беспилотные летательные аппараты: теория и практика. Начало беспилотной эры
Тяжелый российский беспилотник September 18th, 2016
Отстали мы конечно в этой области прилично, но последнее время активно догоняем. Опыт последнего времени показывает, что без них никуда!
В России начались лётные испытания тяжелого беспилотника «Альтаир». «Подъем в воздух "Альтаира" состоялся в Казани в середине июля. Впереди у беспилотника обширная программа лётных испытаний», - сказал источник.
Собеседник напомнил, что «работы по созданию комплекса БЛА по заказу Минобороны РФ с конца 2011 года ведёт казанское НПО "ОКБ имени Симонова" (ранее ОКБ "Сокол")».
«Аппарат взлетной массой около пяти тонн относится к классу средневысотных БЛА большой продолжительности полёта. БЛА представляет собой высокоплан с V-образным хвостовым оперением. Размах крыла аппарата - около 28,5 м, длина - 11,6 м», рассказал он.
Эта машина массой 5 тонн рассчитана на полет с максимальной дальностью до 10000 километров. При этом БПЛА может находиться в воздухе без посадок до 2 суток и работать на высотках до 12 километров. Сообщается, что одной из главных территорий, где будет использоваться тяжелый российский беспилотник, будет наша Арктика.
По словам источника, элементы конструкции «Альтаира» изготовило казанское предприятие «КАПО-Композит». БЛА «оснащён двумя дизельными двигателями компании Red Aircraft с тянущими винтами», добавил он.
Двигатели RED A03 V12 в 2014-м испытали на Як-52. В проекте создания двигателей одним из основных инвесторов выступил российский инвестиционный холдинг «ФИНАМ». Разработчиком является компания RED aircraft GmbH. Её основатель Владимир Райхлин - известный в мире моторист и автогонщик - первый, кому удалось добиться значительных успехов в создании эффективного дизеля, работающего на авиационном керосине, который, помимо высокой надежности и экономичности, был бы безопасным, долговечным и экологичным. 12-цилиндровый V-образный дизель RED A03 обладает взлетной мощностью 500 л.с. и предназначен для
использования в авиации общего назначения (АОН).
БПЛА "Альтиус-М" на аэродроме КАПО, г.Казань, 25 августа 2014
Эксперт в области беспилотных систем Денис Федутинов пояснил «Интерфаксу», что «Альтаир» должен стать «российским аналогом американского БЛА Reaper».
«Схожая размерность аппаратов, их принадлежность к одному классу дают основания предполагать, что "Альтаир" сможет решать не только разведывательно-наблюдательные, но и ударные задачи», - отметил Федутинов.
Добавим, что все испытания БПЛА разработчики завершат уже в ближайшие полтора года: на 2018 год намечен запуск машины в серийное производство. Заказчиком проекта выступает Министерство обороны России.
Двигатель БПЛА "Альтаир" в сборочном цехе "КАПО-композиты", г.Казань, 25.03.2014 г. (кадр программы новостей).
Тактико-технические характеристики:
- Масса - до 5000 кг.
- Дальность полёта - до 10 000 км.
- Продолжительность полёта - 48 часов.
- Тип двигателя - 2-а дизельных двигателя RED A03 / V12 с турбонаддувом и жидкостным охлаждением.
- Объём двигателя - 6134 куб.см..
- Турбонагнетатель двигателя, тип: 2 шт. (1800–2200 MBAR).
- Мощность двигателя взлетная, л.с.: 500 (373 KW).
- Мощность двигателя максимальная непрерывная, л.с.: 480.
- Максимальное число оборотов двигателя - 4000 об.
- Крутящий момент двигателя, НМ.: 1100 при 3800 об/мин.
- Ресурс двигателя - 3000 час.
- Топливо, тип: JET A (керосин) или дизельное топливо.
Информация о вооружении беспилотника пока не раскрывается.
Вообще, по заказу Министерства обороны в России ведутся работы по разработке БПЛА трех типов. Первый из них - это средневысотный оперативно-тактический беспилотник «Иноходец» со взлетным весом до 1 тонны. Второй - собственно "Альтаир". Третий - это тяжелый ударный БПЛА (НИР по проекту «Охотник»).
Считается», что «Альтаир» будет оснащен станцией оптической видовой разведки с оптико-электронной системой на гиростабилизированной платформе, а в носовой части будет установлена РЛС с АФАР. БПЛА предназначен для проведения разведывательных работ и нанесения ударов по наземным объектам. Грузоподъёмность до 2 тонн предполагает возможность размещения на борту чего угодно, хоть крылатой ракеты с ядерной боеголовкой.
источники
В представлении большинства людей, не имеющих отношения к авиации, беспилотные летательные аппараты представляют собой несколько усложненные версии радиоуправляемых моделей самолетов. В определенном смысле так оно и есть. Однако функции этих устройств в последнее время стали настолько разнообразными, что ограничиваться только таким взглядом на них больше нельзя.
Начало беспилотной эры
Если говорить об автоматических летательных и космических дистанционно управляемых системах, то тема эта не нова. Другое дело, что в последнее десятилетие на них возникла определенная мода. По своей сути, советский челнок «Буран», совершивший космический полет без экипажа и благополучно приземлившийся в теперь уже далеком 1988 году, - тоже беспилотник. Фото поверхности Венеры и многие научные данные об этой планете (1965) также получены в автоматическом и телеметрическом режиме. И луноходы вполне соответствуют представлениям о беспилотной технике. И многие другие достижения советской науки в космической сфере. Откуда же возникла упомянутая мода? По всей видимости, она стала результатом опыта боевого применения подобной техники, а он был богатым.
А как этим пользоваться?
Управление беспилотными летательными аппаратами является такой же специальностью, как обычная Дорогую и сложную машину запросто можно разбить о землю, совершая неумелую посадку. Ее можно потерять в результате неудачного маневра или обстрела неприятелем. Как и обычный самолет или вертолет, беспилотник нужно постараться спасти и вывести из опасной зоны. Риск, конечно, не такой, как в случае с «живым» экипажем, но и разбрасываться дорогостоящим оборудованием не стоит. Сегодня в большинстве стран инструкторскую и учебную работу проводят опытные летчики, усвоившие управление БЛА. Они, как правило, не являются профессиональными педагогами и специалистами по компьютерной технике, поэтому такой подход вряд ли сохранится надолго. Требования к «виртуальному пилоту» отличаются от тех, что предъявляются к будущему курсанту при приеме в летное училище. Можно предположить, что конкурс среди поступающих на специальность «оператор БЛА» будет немалым.
Горький украинский опыт
Не вдаваясь в политическую подоплеку вооруженного конфликта в восточных областях Украины, можно отметить крайне неудачные попытки проведения воздушной разведки самолетами Ан-30 и Ан-26. Если первый из них был разработан специально для аэрофотосъемки (преимущественно мирной), то второй - исключительно транспортная модификация пассажирского Ан-24. Оба самолета были сбиты огнем ополченцев. А как же беспилотники Украины? Почему их не использовали для получения информации о дислокации сил повстанцев? Ответ прост. Их нет.
На фоне перманентного финансового кризиса в стране средств, необходимых для создания современных образцов вооружения, не нашлось. Беспилотники Украины пребывают на стадии эскизных проектов или простейших самодельных устройств. Некоторые из них собраны из радиоуправляемый авиамоделей, приобретенных в магазине «Пилотаж». Точно так же действуют и ополченцы. Не так давно по украинскому телевидению был показан якобы сбитый российский беспилотник. Фото, на котором изображена небольшая и не самая дорогая модель (без каких-либо повреждений) с кустарным образом прикрепленной видеокамерой, вряд ли может послужить иллюстрацией агрессивной военной мощи «северного соседа».
Вряд ли когда-нибудь роботам предстоит полностью заменить человека в тех областях деятельности, в которых требуется быстрое принятие нестандартных решений как в мирной жизни, так и в бою. Тем не менее разработка дронов в последнее девятилетие стала модным трендом военного авиастроения. Многие ведущие в военном отношении страны массово производят БПЛА. России пока не удалось не только занять традиционно лидерские для нее в сфере конструирования оружия позиции, но и преодолеть отставание в этом сегменте оборонных технологий. Однако работа в этом направлении ведется.
Мотивация разработки БПЛА
Первые результаты использования беспилотных проявились еще в сороковые годы, правда, техника того времени более соответствовала понятию «самолет-снаряд». Крылатая ракета «Фау» могла совершить полет в одну сторону в имея собственную систему контроля курса, построенную на инерциально-гироскопическом принципе.
В 50-е и 60-е годы советские системы ПВО достигли высокого уровня эффективности, и начали представлять серьезную опасность для самолетов вероятного противника в случае реального противостояния. Войны во Вьетнаме и на Ближнем Востоке вызвали среди пилотов США и Израиля настоящую панику. Нередкими стали случаи отказов выполнять боевые задачи в районах, прикрываемых зенитными комплексами советского производства. В конечном счете нежелание подвергать жизни летчиков смертельному риску побудило конструкторские компании искать выход.
Начало практического применения
Первой страной, применившей беспилотную авиацию, стал Израиль. В 1982 году во время конфликта с Сирией (долина Бекаа) в небе появились самолеты-разведчики, работавшие в роботизированном режиме. С их помощью израильтянам удалось засечь боевые порядки ПВО противника, что позволило нанести по ним ракетный удар.
Первые дроны предназначались исключительно для разведывательных полетов над «горячими» территориями. В настоящее время применяются также ударные беспилотники, имеющие на борту вооружения и боекомплект и непосредственно наносящие бомбовые и ракетные удары по предполагаемым позициям противника.
Большее всего их у США, где массово производятся «Предаторы» и другие типы боевых авиароботов.
Опыт применения военной авиации в современный период, в частности операция по умиротворению южноосетинского конфликта в 2008 году, показал, что БПЛА России тоже нужны. Проводить разведку тяжелыми в условиях противодействия неприятельской противовоздушной обороны рискованно и ведет к неоправданным потерям. Как выяснилось, в этой области есть определенные недоработки.
Проблемы
Главенствующей идеей современной сегодня является мнение о том, что ударные БПЛА России нужны в меньшей степени, чем разведывательные. Нанести огневой удар по врагу можно самыми разнообразными средствами, включая тактические ракеты высокой точности и артиллерию. Куда важнее информация о дислокации его сил и правильное целеуказание. Как показал американский опыт, использование дронов непосредственно для обстрела и бомбардировки приводит к многочисленным ошибкам, гибели мирного населения и собственных солдат. Это не исключает полного отказа от ударных образцов, а только выявляет перспективное направление, по которому будут в ближайшее время развиваться новые БПЛА России. Казалось бы, страна, совсем недавно еще занимавшая ведущие позиции в создании беспилотной обречена на успех и сегодня. Еще в первой половине 60-х были созданы летательные аппараты, совершавшие полеты в автоматическом режиме: Ла-17Р (1963), Ту-123 (1964) и другие. Лидерство сохранялось и в 70-е, и в 80-е годы. Однако в девяностые технологическое отставание стало явным, а попытка устранить его в последнее десятилетие, сопровождаемая затратой пяти миллиардов рублей не дала ожидаемого результата.
Современное положение
На настоящий момент наиболее перспективные БПЛА России представлены следующими основными моделями:
На практике единственным серийные БПЛА России сейчас представлены комплексом артиллерийской разведки «Типчак», способным выполнять узко очерченный круг боевых задач, связанных с целеуказанием. Подписанный в 2010 г. договор «Оборонпрома» с фирмой IAI на крупноузловую сборку израильских беспилотников можно рассматривать как временную меру, не обеспечивающую развития российских технологий, а лишь прикрывающую брешь в ассортименте отечественного оборонного производства.
Некоторые перспективные модели можно рассмотреть по отдельности в рамках общедоступной информации.
«Иноходец»
Взлетный вес - одна тонна, что для беспилотника не так уж мало. Проектной разработкой занимается фирма «Транзас», в настоящее время идут летные испытания опытных образцов. Схема компоновки, V-образное оперение, широкое крыло, способ взлета и посадки (самолетные), и общие характеристики примерно соответствуют показателям наиболее распространенного в настоящее время американского «Предатора». БПЛА России «Иноходец» сможет нести разнообразную аппаратуру, позволяющую вести разведку в любое время суток, аэрофотосъемку и телекоммуникационную поддержку. Предполагается возможность производства ударной, разведывательной и гражданской модификации.
«Дозор»
Главная модель - разведывательная, она оснащается видео- и фотокамерами, тепловизором и другим регистрационным оборудованием. На основе тяжелого планера также могут производиться и ударные БПЛА. России «Дозор-600» нужен больше как универсальная платформа для отработки технологий производства более мощных беспилотников, но исключать запуск в массовую серию именно этого дрона тоже нельзя. В настоящее время проект находится на стадии разработки. Дата первого полета - 2009 год, тогда же образец представлялся на международной выставке «МАКС». Проектируется фирмой «Транзас».
«Альтаир»
Можно предположить, что на настоящий момент самые крупные ударные БПЛА России - «Альтаир», разработки ОКБ «Сокол». Проект имеет и другое название - «Альтиус-М». Взлетный вес этих беспилотников - пять тонн, строить его будет Казанский авиазавод имени Горбунова, входящий в Акционерное общество «Туполев». Стоимость контракта, заключенного с Министерством обороны, составляет примерно миллиард рублей. Известно также, что эти новые БПЛА России имеют размеры, соизмеримые с габаритами самолета-перехватчика:
- длина - 11 600 мм;
- размах крыла - 28 500 мм;
- размах оперения - 6 000 мм.
Мощность двух винтовых авиационных дизелей - 1000 л. с. В воздухе эти разведывательно-ударные БПЛА России смогут находиться до двух суток, преодолевая расстояние в 10 тысяч километров. Об электронном оборудовании известно мало, остается лишь догадываться о его возможностях.
Другие типы
В перспективной разработке находятся и другие БПЛА России, например, упомянутый «Охотник», беспилотный тяжелый дрон, способный также выполнять различные функции как информативно-разведывательные, так и ударно-штурмовые. Кроме этого, по принципу устройства также наблюдается разнообразие. Беспилотники бывают как самолетного, так и вертолетного типа. Большое число несущих винтов обеспечивает возможность эффективно маневрировать и зависать над интересующим объектом, производя высококачественную съемку. Информация может оперативно передаваться по кодированным каналам связи или накапливаться во встроенной памяти оборудования. Управление БПЛА бывает алгоритмически-программным, дистанционным или комбинированным, при котором возврат на базу производится в автоматическом режиме в случае утери контроля.
По всей видимости, беспилотные российские аппараты в скором времени не будут ни качественно, ни количественно уступать иностранным образцам.
В настоящее время беспилотный авиационные системы переживают бурный рост во всем мире. На рынок этого сегмента современной техники выходят страны, ранее не осуществлявшие научной разработки и производства данных высокотехнологичных комплексов, а именно: Индия , Пакистан , Иран , Сирия , Польша , Чехия , Норвегия . Бесспорными лидерами являются США , Израиль , Германия , которые оставили далеко позади себя Россию . Отличительной чертой отечественного рынка беспилотных систем является слабое финансирование со стороны государства. Значительные средства на разработку и производства беспилотных комплексов выделяются только Министерством обороны.
Однако, востребованность современного российского рынка в беспилотных системах проявляется не только в потребности силовых структур, но и в других, сугубо гражданских сферах, а именно: экологический мониторинг; мониторинг трубопроводов и газопроводов; картографирование; лесоохрана, рыбоохрана. Даже небольшое применение беспилотных систем в этих сферах дает ощутимые результаты. В эпоху Советского Союза разработкой беспилотных систем занимались крупные авиационные производители, такие, как КБ им.Туполева, сейчас этим занимаются множество фирм, изначально не связанных с авиацией, которые пришли в этот сегмент из других смежных отраслей. Научную разработку и производство беспилотных комплексов проводят концерн «ВЕГА» , «Аэрокон» , «Транзас» , «Иркут» , «Рисса» и др.
EXперименты. Беспилотники
По классификации Министерства обороны выделяют 4 класса беспилотных комплексов
- комплексы ближнего радиуса действия (до 25 км.);
- БПЛА малой дальности (до 100 км);
- средней дальности (до 500 км.);
- большой дальности (более 500 км).
Востребованы как дорогостоящие аппараты с большой длительностью полета (более суток), так и малобюджетные, представляющие собой пневматическое ружье, выстреливающее на высоту 200 метров целевую нагрузку с фото-, видеокамерой и системой передачи данных, опускаемую на землю с помощью парашюта в течение 20-30 секунд.
Среди БЛА 1 класса хорошую оценку специалистов Минобороны получили комплексы «Элерон-3СВ» и «Элерон-10СВ» казанской компании «Эникс». Эти системы рекомендованы для использования в Сухопутных войсках РФ. Их планеры выполнены по интегральной схеме.
Беспилотники ближнего радиуса действия
Масса аппарата «Элеон-3СВ» без целевой нагрузки – 4,3 кг. Его можно транспортировать в заплечном контейнере или автотранспортом. Продолжительность полета – около 2 часов, высота полета – 5 км. Максимальная дальность передачи данных по цифровому видеоканалу – 25 км. Пуск аппарата происходит с помощью резинового жгута или пневматической направляющей, посадка – на парашюте, отцепляющемся при посадке по радиокоманде.
«Элерн-10СВ» имеет продолжительность полета 2,5 часа при диапазоне скоростей 75-135 км/ч, передает данные на расстояние до 50 км. Садится аппарат с помощью парашюта в перевернутом на спину положении, что обеспечивает сохранность информации и хрупкой полезной нагрузки. Аналогичным образом приземляется израильский БЛА BirdEye-400 , который закуплен российским Министерством обороны для изучения.
Для нужд МЧС и МВД для применения в городских условиях Московским авиационным институтом разработан мини-вертолет «Ворон» взлетной массой 32 кг. (масса полезной нагрузки до 16 кг). При 2-часовой продолжительности полета со скоростью 100-120 км/час, комплекс позволяет различать людей, номера машин… «Ворон» может применяться в сложных метеоусловиях, акустически мало заметен.
Сильными конкурентами вертолетам являются беспилотники турбинного типа, которые относятся к аппаратам вертикального взлета и используются для выполнения задач, требующих видеонаблюдения с близкого расстояния, точной посадки в заданную точку. Они могут быть использованы где угодно, в т.ч. в условиях городской застройки и в лесу, т.к. несущий винт в таких аппаратах находится внутри корпуса. Одной из не многих компаний, разрабатывающих подобные перспективные БЛА, является компания «Рисса». Наиболее известна ее разработка «Тайфун» . Аппарат рассчитан на 50 минут полетного времени, может быть незаменим для исследования состояния зданий при неразрушающем контроле, для подъема аппаратуры на небольшие высоты, контроля движения на магистралях.
Элерон-3СВ Элерон-10СВ Bird-Eye 400
Мини-вертолет «Ворон» Рейс-Д Иркут-200
БПЛА «Юлия» Дозор-2 Дозор-3
Дозор-4
Беспилотники средней дальности
Беспилотные комплексы среднего радиуса действия «Рейс-Д» , находящиеся на вооружении российской армии, разработаны КБ им. Туполева. Сейчас ведется разработка проекта БЛА средней дальности на основе разведывательно-ударного комплекса с аппаратом Ту-300 (стартовая масса – 3 т., скорость до 950 км/ч., дальность полета – 300 км., способен нести вооружение массой до 1 т.).
Компания «Иркут» разработала комплекс «Иркут-200» (длина 4,53м, размах крыла-5,34м, дальность действия – до 200км). Конструктивно представляет собой высокоплан. Использование композитных материалов позволило снизить массу аппарата. БЛА берет нагрузку массой до 30кг. и до 60 кг. топлива, что позволяет совершать полеты продолжительностью до 12 часов. Взлет и посадка производится на площадку длиной до 250м. Достоинством комплекса является высокая степень автономности, а также низкая стоимость жизненного цикла и эксплуатации.
Более крупный аппарат – БПЛА «Юлия» взлетной массой 550 кг. при полезной нагрузке до 100кг. – разработан Московским НИИ «Кулон». Беспилотник рассчитан на полет в течение 12 часов и передачу информации на расстояние до 250 км. Взлёт и посадка осуществляются «по-самолетному».
КОГДА НАШИ БЕСПИЛОТНИКИ НАЧНУТ БОМБИТЬ ИГИЛ?
Беспилотные комплексы дальнего радиуса действия
Вопросу обеспечения высокого качества передаваемой БЛА информации большое значение придают в компании «Транзас», являющейся разработчиком морских и авиационных навигационных систем. Эта проблема стала ключевой при создании комплекса «Дозор-3» , относящегося к классу тяжелых средневысотных БЛА большой продолжительности полета. Полезной нагрузкой БЛА могут быть: видеокамеры и РЛС переднего и бокового обзора, тепловизор, автоматическая цифровая фотокамера высокого разрешения, система управления целевой нагрузкой и накопители информации. Для патрулирования морских и сухопутных границ, мониторинга стихийных бедствий, чрезвычайных ситуаций, обеспечения поисково-спасательных операций «Транзас» предлагает «Дозор-2» и «Дозор-4» . «Дозор-4», в частности, используется пограничной службой ФСБ для облета магистральных газопроводов и аэрофотосъемки.
Использование «Транзасом» нанотехнологий позволяет сделать аппараты более устойчивыми и менее заметными для радиолокаторов.
Новый российский беспилотный аппарат ОРИОН Копия беспилотного аппарата США MQ-9 Reaper
Проблемы и перспективы развития отрасли
Российские производители зависимы от комплектующих импортного производства (двигатели внутреннего сгорания, электронные элементы оборудования и др.). Отставание также относится к малогабаритным обзорным системам, источникам питания большой емкости, поршневым и электрическим силовым установкам. Не достаточно развито производство дешевых перспективных композитных материалов. Тем не менее, работы в области беспилотной авиации продолжаются. По мнению специалистов, при достаточном финансировании отставание России от ведущих стран-разработчиков и производителей БЛА может быть преодолено за 5-6 лет. Сейчас по заказу Министерства обороны компания «Сухой» ведёт разработку двух БПЛА самолётного типа – разведывательного и ударного. «Транзас» разрабатывает БПЛА весом до 1 т.. Над созданием БПЛА весом в 5 т. работает казанское предприятие ОКБ “Сокол”. По гособоронзаказу разработку 3х беспилотников, но уже вертолетного типа (БЛА малой дальности массой 300 кг, беспилотник взлетной массой 700 кг и тяжелый ударный беспилотный вертолет) ведет холдинг “Вертолеты России”. Испытания комплексов, созданных этими компаниями, следует ожидать не ранее 2014 года.
В статье описаны все важные технические характеристики моделей беспилотных летательных аппаратов их влияние на получаемый результат, приведены расчеты производительности и нормативные документы, описаны критерии выбора БПЛА для решения определенных картографических задач.
Классификация БПЛА
| Типы БПЛА | Подтипы | Схема |
|---|---|---|
| Самолётный | Летающее крыло,
Фюзеляжные |
|
| Мультироторный | 4-х,
8-ти роторные |
|
| Вертолётный |
|
При выборе беспилотных систем для решения задач картографирования важным является понимание различий в конструкторских и технических решениях разных как типов так и моделей БПЛА. В обзоре будут рассмотрены характеристики БПЛА самолетного типа (модели только с возможностью свободного старта и приземления, без необходимости аэродромного базирования); мультироторов и вертолетов. Вне зависимости от типов и моделей, основными характеристиками аппаратов являются размер, вес и форма. Именно эти параметры определяют способ старта, посадки, грузоподъемность и, самое главное, поведение борта в процессе полета и съемки.
Вес аппаратов
Масса пустого борта и максимальная взлетная масса показывают, какую аппаратную часть можно использовать для выполнения аэрофотосъемки. Чем больше взлетная масса, тем более точное оборудование можно использовать для получения качественного результата. От веса аппарата зависит сила колебаний БПЛА потоками воздуха, поэтому чем тяжелее борт, тем стабильнее траектория движения и тем стабильнее геометрия изображения.
Размеры и форма аппаратов
От длины и размаха крыла зависят аэродинамические свойства БПЛА. По форме БПЛА самолетного типа делятся на летающее крыло и фюзеляжные. Преимущества фюзеляжного типа - возможность нести больше полезной нагрузки и более стабильно выполнять съемку, т.к. вес именно таких бортов, как правило, больше. Минусом такого типа БПЛА является сложность конструкции, что повышает требования к правилам эксплуатации и стоимость ремонта. Плюсы типа летающего крыла в простоте конструкции и эксплуатации. Минусы - небольшие размеры и вес, не позволяющие нести дополнительную полезную нагрузку.
Для мультиротов важной характеристикой является количество винтов. Считалось, что количество винтов влияет на стабильность полета, так коптеры с 8-ю винтами летали гораздо стабильнее 4-х и 6-ти винтовых, но на сегодняшний день, благодаря развитию алгоритмов полета, все коптеры летают одинаково стабильно, даже в случае отказа одного винта.
|
|
Двигатели
Большинство моделей БПЛА используют электродвигатели. Характеристики двигателя отвечают за максимальную дальность и время полета. Электродвигатели питаются от аккумуляторных батарей различного типа и зависят от размеров БПЛА. Компактные модели могут провести в воздухе 40 минут, большие модели- до 4 часов, преодолевая расстояние до 300 км. Некоторые модели используют двигатель внутреннего сгорания. Как правило, это тяжелые модели (от 20 килограмм), длительность полета которых достигает 10 часов, что позволяет им преодолевать до 1000 км. Для бензиновых двигателей используется смесь бензина Аи-92,95 с синтетическим маслом для двухтактных двигателей. Расход топлива составляет примерно 0,5 л/ч в режиме горизонтального полета. Объем штатного топливного бака - 5 л. Для съемки крупных площадных объектов рентабельно использовать именно модели с двигателями внутреннего сгорания.
Высота полёта
Высота съемки влияет на размер пикселя и количество изображений. Российское законодательство не ограничивает варианты полётных заданий, в отличие от большинства европейских стран, где есть жесткое регулирование использования воздушного пространства до 100 м. С особенностями регулирования полетов можно ознакомиться в докладе Валиева Амира Вильевича, генерального директора компании «АФМ-Серверс» на кадастровой конференции Гис-Ассоциации за 2012 год . Максимальный практический потолок полета аппаратов актуален для российских пространств, т.к. корректируя высоту съемки, можно изменять значения размера пикселя и количество изображений.
Скорость
Максимальная и крейсерская скорость влияют на возможность использования БПЛА в ветреную погоду и на производительность съемки. Средняя крейсерская скорость небольших моделей (летающих крыльев) составляет около 50 - 60 км/ч, скорость более крупных моделей составляет около 100 км/ч. Ограничения использования БПЛА по скорости ветра при старте и посадке в среднем составляют около 10 м/с. Предугадать скорость и порывы ветра на высоте полета, как правило, сложно. Они влияют на геометрию съемки и выдерживание перекрытий, а так же на качество изображений, например, смаз.
Взлёт и посадка
БПЛА классифицируются по способу старта и посадки. Основные способы старта: с рук и с катапульты. Основные способы посадки: с парашютом и на корпус.
Старт с рук |
Старт с катапульты |
В отличие от пилотируемых самолетов и вертолетов, беспилотные системы не требуют аэродромного базирования, выполнение летного задания осуществляется в автоматическом режиме, они безопасны для экипажа.
Посадка с парашютом |
Посадка на корпус |
В последнее время практически все модели БПЛА имеют автоматический режим работы, начиная от старта до полного завершения задания и посадки. Для некоторых моделей существует возможность ручного управления через наземную станцию и полуавтоматического управления (возможность корректировать маршрут, высоту и точку посадки во время выполнения задания).
Автопилот
Автопилот является «мозгом» БПЛА. До недавнего времени, в большинстве случаев использовались простейшие автопилоты, предназначенные для любительских авиамоделей, что не удовлетворяет требованиям при аэрофотосъемке. На данный момент большинство разработчиков БПЛА работают над разработкой собственных автопилотов, отвечающих запросам аэрофотосъемки.
Съёмочное оборудование
Большинство БПЛА это небольшие по размерам и грузоподъемности аппараты. В связи с этим для аэрофотосъемки часто используются камеры класса «мыльница». На модели с большой грузоподъемностью устанавливают зеркальные полноформатные фотокамеры, такие как Canon (EOS) или Nikon (D800). Важным в процессе аэросъемки выступает работа затворов камер, для выполнения картографо-геодезических работ рекомендовано использовать камеры с центральным или электронным затвором.
Некоторые модели БПЛА оборудуют профессиональными аэрокамерами, созданными специально для использования на БПЛА, такой как Phase One. Данная камера обеспечивает нужное качество изображений, но имеет высокую стоимость (35-45 000 Евро) и весит 2,9 кг. Размер матрицы и производительность камеры влияют на количество снимков и, следовательно, на время, необходимое на постобработку. Пример производительности некоторых камер представлен в таблице:
Производительность бытовых камер при аэросъемке БПЛА
| Параметры | Nikon D800 | Ricoh GR | Canon IXUS | Sony RX1 | Sony NEX5 | Canon_EOS 5D mark2 | Phase One IXU 150 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Площадь (кв. км.) | 30 | ||||||
| Ширина кадра (пикс.) | 4912 | 2736 | 3000 | 4000 | 3264 | 3744 | 6208 |
| Длина кадра (пикс.) | 7360 | 3168 | 4000 | 6000 | 4912 | 5616 | 8280 |
| МПикс. | 36 | 9 | 12 | 24 | 16 | 21 | 51 |
| Физ. размер пикселя (мкм) | 5,0 | 2,0 | 1,5 | 6,0 | 4,9 | 6,5 | 5,3 |
| GSD, cм | 5 | ||||||
| Площадь кадра (кв. км.) | 0,09 | 0,02 | 0,03 | 0,06 | 0,04 | 0,05 | 0,13 |
| Продольное перекрытие (%) | 80 | ||||||
| Поперечное перекрытие (%) | 60 | ||||||
| Фокусное расстояние (мм) | 50 | 6 | 4 | 35 | 16 | 50 | 55 |
| Интервал фотографирования (с) | 0,6 | 0,6 | 0,6 | 1 | 1 | 0,8 | 0,8 |
| Количество фотографий | 4149 | 17306 | 12500 | 6250 | 9356 | 7134 | 2918 |
| Время съемки (час) | 0,7 | 2,9 | 2,1 | 1,7 | 2,6 | 1,6 | 0,6 |
| Высота съемки (м) | 500 | 150 | 133 | 292 | 163 | 385 | 519 |
Навигационное оборудование
Для навигации БПЛА используются дешевые одночастотные приборы GPS/IMU (Global Positioning System/Inertial Measurement Unit). Так же их используют для элементов внешнего ориентирования снимков. В последнее время некоторые разработчики используют двухчастотные GPS приемники и уравнивают их измерения с данными от базовых GNSS станций. Т.к. большинство моделей БПЛА не имеют возможности использовать стабилизирующие платформы для камер из-за недостаточной грузоподъемности, рекомендовано использовать точные инерциальные системы INS, которые позволят определять элементы ориентирования съемки с удовлетворительной точностью. Для связи с БПЛА во время полета используются радиоканалы. Частоты таких каналов варьируют от 433 МГц до 2,4 ГГц. Связь необходима для контроля оператором выполнения задания в режиме реального времени и корректировки задания. Иногда с помощью радиоканала передают видео и фотоматериалы, полученные во время съемки.
Эксплуатационные ограничения
Использование БПЛА имеет широкую географию. Температурный диапазон эксплуатации (от -30°C до +50°C), позволяет использовать БПЛА в различных климатических зонах. Единственным эксплуатационным ограничением у производителей, призванный обеспечить бережную эксплуатацию, является скорость ветра на старте и посадке. В среднем, она варьирует от 4 до 15 м/с в зависимости от типа и веса аппарата.
Помимо фотокамер на борт БПЛА могут быть установлены различные иные приборы, такие например как тепловизор, лазерный сканер, видеокамера. Используя эти приборы можно решать производственные задачи, связанные с мониторингом и технической диагностикой объектов.
Гарантия и страхование
Как правило, гарантия на все модели БПЛА составляет 12 месяцев. При этом в последнее время появилась возможность страховать БПЛА как полноценный геодезический инструмент.
Лицензирование и сертификация
В данный момент вопрос государственной сертификации БПЛА как инструмента для проведения инженерно-геодезических и картографических работ не решен. Помимо сертификации самого аппарата, необходима сертификация эксплуатирующих организаций. Для габаритных БПЛА бригада обслуживания должна состоять как минимум из оператора и техника. Для маленьких моделей достаточно одного человека. Сертификацию на данный момент проводят непосредственно фирмы разработчики. Без получения сертификата, эксплуатация БПЛА для выполнения инженерно-геодезических и картографических работ производителями не рекомендована.
Основные критерии выбора БПЛА
Основные критерии выбора можно определить исходя из вида работ. Т.к. рассматриваются модели для высокоточных измерений, то материал должен соответствовать действующей нормативной документации для фотограмметрических, геодезических и землеустроительных работ. Согласно ГКИНП (ГНТА)-02-036-02 инструкции по фотограмметрическим работам при создании цифровых топографических карт и планов, картографическим материалом считается плановая съемка до 3˚ от надира, удовлетворяющая установленным признакам дешифрирования в зависимости от масштаба. В данный момент специальной документации по контролю качества материалов, получаемых с БПЛА, не создано, таким образом необходимо учитывать действующие инструкции по фотограмметрическим работам. Подобным требованиям к съемке отвечают модели с достаточным весом или стабилизирующей платформой. В следующей таблице приведены требования к точности и методам определения характерных точек границ земельного участка, а также характерных точек контура здания, сооружения или объекта незавершенного строительства на земельном участке, используемых в землеустройстве.
Приказ Министерства экономического развития Российской Федерации от 17 августа 2012г. N 518 г. Москва
| п/п | Категория земель | Средняя квадратическая ошибка местоположения характерных точек, не более, м |
|---|---|---|
| 1 | Земли населенных пунктов | 0,10 |
| 2 | Земельные участки, предоставленные для ведения личного подсобного хозяйства, садоводства, огородничества, индивидуального гаражного или индивидуального жилищного строительства на землях населенных пунктов и землях сельскохозяйственного назначения | 0,20 |
| 3 | Земли сельскохозяйственного назначения | 2,50 |
| 4 | Земли промышленности, энергетики, транспорта, связи, радиовещания, телевидения, информатики, земли обеспечения космической деятельности, земли обороны, безопасности и иного специального назначения | 0,50 |
| 5 | Земли особо охраняемых природных территорий и объектов | 2,50 |
| 6 | Земли лесного фонда, земли водного фонда, земли запаса | 5,00 |
Для получения необходимого качества и геометрии съемки населенных пунктов и промышленных объектов необходимы модели БПЛА с размером и весом, позволяющим использовать высокоточные приборы (GPS/INS) и камеры с большой матрицей и центральным затвором. Очень важно, чтобы алгоритмы автопилота моделей были адаптированы под съемку со строго заданными параметрами. Для решения таксационных или мониторинговых задач сельскохозяйственных земель или земель лесного, водного фонда можно использовать модели меньшего веса и размера и пренебречь более точными приборами, однако возникает вопрос производительности, т.к. подобные категории земель занимают большие территории. Здесь важно, чтобы модели БПЛА имели высокую устойчивость к погодным условиям.
»