Статья на тему:
«Беспилотный летательный аппарат (БПЛА)»
Выполнил:
студент 1 курса
ГАПОУ РС(Я) «ЮЯТК»
Загинайло Даниил Васильевич
Совсем
недавно
беспилотные
летательные
аппараты
казались
фантастикой. Сегодня – это реальная практика, ведь дроны используются
повсеместно: в качестве игрушек и помощников, в сельском хозяйстве и
армии.
В последнее время разработка беспилотных летательных аппаратов
(БПЛА) является динамично развивающимся направлением. Особый интерес
представляют небольшие БПЛА типа благодаря ряду присущим им
особенностям и областям применения. Основной областью применения
аппаратов
данного
типа
является
проведение
аэрофотосъемки
и
аэровидеосъемки, а также мониторинг различных параметров окружающей
среды с использованием дополнительного оборудования на борту. Имея
небольшой размер, БПЛА могут выполнять полет в условиях ограниченного
пространства, а также в местах, нахождение в которых представляет угрозу
для жизни человека.
Так как беспилотные летательные аппараты появились совсем недавно,
они еще не имеют единой общемировой классификации, на данный момент их
принято подразделять по основным характеристикам: дальность полета,
радиус действия, взлетная масса, грузоподъёмность, назначение.
Различают следующие типы БПЛА, отличающихся конструкцией и
принципом работы, взлета/посадки и назначения:
БПЛА самолетного типа
Мультироторные(вертолетного типа) БПЛА
БПЛА Аэростатического типа
Беспилотные конвертопланы и гибридные модели
Рис. 1. БПЛА самолетного типа
БПЛА самолетного типа подходят для:
Площадной съемки больших объемов с использованием фотокамер видимого
и мультиспектрального диапазонов.
Инспекции протяженных линейных объектов
Продолжительного видеомониторинга в видимом (камера) и инфракрасном
спектре (тепловизор).
Полетов на большие расстояния для доставки грузов и аэрофотосъемки на
большом удалении от оператора
БПЛА самолетного типа не подходят для:
Площадной съемки малых объемов
Съемки небольших статичных объектов (опор мостов, линий электропередач,
зданий, памятников)
Кратковременного видеомониторинга малых площадей
Сельскохозяйственной обработки, внесения удобрений, опрыскивания
Задач, для которых требуется зависание дрона
Особенности
БПЛА самолетного типа для создания подъемной силы и полета используют
неподвижное крыло, благодаря которому они держатся в воздухе. Самолетный тип БПЛА
отличается от других видов беспилотников большей длительностью и дальностью полета
при более высокой скорости. Эти характеристики позволяют использовать БПЛА
самолетного типа в тех случаях, когда аппарату необходимо длительное время находиться
в воздухе для достижения наибольшей длины маршрута.
К БПЛА самолетного типа относятся также беспилотные самолеты вертикального
взлета и посадки - гибридные (мультироторные) самолеты и конвертопланы. Их
преимущество заключается в том, что для их эксплуатации можно использовать
ограниченные площадки, но из-за больших затрат энергии на взлете, посадке и в режиме
висения они теряют в продолжительности полета и экономичности.
Наши дроны самолетного типа, относятся к классу малых БПЛА массой до 30 кг. Их
эксплуатация не требует особых процедур регистрации, при этом обслуживание малых
БПЛА не требует больших затрат.
Силовая установка беспилотного самолета
Для создания тяги на беспилотных самолетах могут применяться различные силовые
установки:
Электрический двигатель
Двигатель внутреннего сгорания
Реактивный двигатель
Гибридная силовая установка
Каждый из этих вариантов имеет как свои, отдельные преимущества, так и
недостатки.
Электрическая силовая установка обычно состоит из одного или нескольких
электромоторов, как правило бесщеточных (бесколлекторных). В качестве источника
энергии используются аккумуляторы. Такой тип двигателей является наиболее простым в
эксплуатации, при этом обеспечивая необходимые характеристики. Чтобы создать тягу,
вращение вала мотора передается на воздушный винт или импеллер.
Двигатели внутреннего сгорания используют в качестве топлива авиационный
бензин или специальные топливные смеси. Эффективность таких двигателей позволяет
достигать очень большого полетного времени. В тоже время обслуживание таких
двигателей сложнее, ресурс и межремонтный интервал меньше. Также увеличивается масса
аппарата. БПЛА с такими двигателями могут применяться для ограниченного круга задач.
Реактивные двигатели являются очень сложными в изготовлении и использовании.
Как жидкостно-реактивные, так и турбореактивные силовые установки самолетов,
выдвигают особые требования к конструкции аппарата, топливной системе, качеству
топлива и т.д. Использование таких силовых установок оправдано только если требуется
высокая максимальная скорость воздушного судна, а эксплуатация такого аппарата требует
высокой квалификации и является очень дорогостоящей.
Гибридные силовые установки совмещают в себе несколько типов двигателей.
Например двигатель внутреннего сгорания не только непосредственно участвует в
создании тяги аппарата, но и при помощи генератора вырабатывает энергию для подъемных
электродвигателей самолета с вертикальным взлетом и посадкой.
Полезная нагрузка и оборудование
Универсальность
БПЛА
зависит
от
возможности
установки
различного
оборудования и полезных нагрузок. Беспилотные самолеты обычно выполняются с
возможностью нести различную аппаратуру в зависимости от сферы применения.
БПЛА вертолётного типа схожи по конструкции с пилотируемым вертолётом. БПЛА
с вращающимся крылом имеет широкую область применения. Согласно законам
аэродинамики, беспилотники такой конструкции, гораздо эффективнее мультироторных
версии. По характеристикам время полета выше, а также грузоподъёмность, высокая
маневренность.
Очевидным
преимуществом
БПЛА
вертолетного
типа
являются
способность зависания в точке и работа в маленьком пространстве. Основными задачами,
выполняемыми
операторами
дронов
вертолетного
типа,
является:
мониторинг,
аэромагнитная съемка, сопровождение поисково-спасательных работ, проведение ледовой
разведки, проведение работ в интересах сельского хозяйства, доставка грузов, инкассация.
Полезной нагрузкой БПЛА вертолётного типа может быть следующее: громкоговоритель;
магнитометр; прожектор; детектор гамма-излучений; газоанализатор; устройство сброса и
прочее.
Рис. 2. БПЛА вертолетного типа
БПЛА Аэростатического типа
БПЛА аэростатического типа – это особый класс БПЛА, в котором подъемная сила
создается преимущественно за счет архимедовой силы, действующей на баллон,
заполненный легким газом (как правило, гелием). Этот класс представлен, в основном,
беспилотными дирижаблями.
Дирижабль (от фр. dirigeable – управляемый) – летательный аппарат легче воздуха,
представляющий собой комбинацию аэростата с движителем (обычно это винт (пропеллер,
импеллер) с электрическим двигателем или ДВС) и системы управления ориентацией
благодаря которой дирижабль может двигаться в любом направлении независимо от
направления воздушных потоков.
Отличительное преимущество дирижабля - большая грузоподъемность и дальность
беспосадочных полетов. Достижимы более высокая надежность и безопасность, чем у
самолетов и вертолетов. (Даже в самых крупных катастрофах дирижабли показали высокую
выживаемость людей.) Меньший, чем у вертолетов, удельный расход топлива и, как
следствие, меньшая стоимость полета в расчете на единицу массы перевозимого груза.
Размеры его внутренних помещений могут быть очень велики, а длительность нахождения
в воздухе может измеряться неделями. Дирижаблю не требуется взлетно-посадочной
полосы (но зато требуется причальная мачта) — более того, он может вообще не
приземляться, а просто «зависнуть» над землей (что, впрочем, осуществимо только при
отсутствии сильного бокового ветра).
Рис. 3 БПЛА аэростатического типа
Беспилотные конвертопланы и гибридные схемы
Гибридные винтокрылые аппараты – автожиры и конвертопланы. Кроме
рассмотренных классов аппаратов самолетного и мультироторного типа существуют их
гибридные разновидности, такие как автожиры и конвертопланы, которые имеют
некоторые признаки как вертолетов, так и самолетов.
Автожир (другие названия: гирокоптер, гироплан, ротаплан, англоязычные: autogiro,
gyrocopter, gyroplane, rotoplane) – схема, подобная самолету, у которого в качестве крыла
(или в дополнение к нему) установлен свободно вращающийся винт (рисунок - 4)
Рис 4. БПЛА тип автожиры
Как и вертолету, автожиру несущий винт необходим для создания подъемной силы,
однако создание подъемной силы основным винтом автожира основано на другом
принципе. Он создает виртуальную дисковую поверхность, при набегании на которую
встречного потока воздуха и создается подъемная сила. Здесь существенно, что в полете
этот винт наклонен назад, против потока – подобно фиксированному крылу с
положительным углом атаки (вертолет, наоборот, наклоняет винт в сторону движения, т.к.
создает приводным несущим винтом и подъемную, и горизонтальную пропульсивную силы
одновременно). Кроме несущего ротора, автожир обладает еще и тянущим или толкающим
маршевым винтом (пропеллером), как и у обычного самолета. Этот маршевый винт и
сообщает автожиру горизонтальную скорость.
СОГЛАСОВАНИЕ ПОЛЕТОВ.
Для осуществления полетов дронов и квадрокоптеров необходимо получить
специальное разрешение на использование воздушного пространство. Разрешение выдает
Зональный центр Единой системы организации воздушного страхования. Если вес дрона
или квадрокоптера больше 30 кг, его нужно обязательно зарегистрировать. Параллельно с
этим владелец (внешний пилот) должен получить сертификат летной годности и
свидетельство внешнего пилота, чтобы иметь возможность управления коптером.
Чтобы запустить дрон или квадрокоптер над населенным пунктом, нужно в
обязательном порядке получить разрешение от органов местного самоуправления. За сутки
до предполагаемого полета следует подать представление на установление режима полета
в зональный центр по организации воздушного движения. За 2 часа до вылета внешний
пилот должен связаться с диспетчером.
Есть места, где использование квадрокоптеров, дронов и других беспилотных
летательных аппаратов полностью запрещено:
Аэропорты и вокзалы
Опасные производства
Военные объекты
Стратегические государственные объекты.
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ БПЛА
БПЛА в РФ в хозяйственных целях используют в основном в нефтяной отрасли,
строительстве, горнодобывающей промышленности и энергетике. Большой потенциал, но
минимальное использование в сельском хозяйстве, здравоохранении, управлении
инфраструктурой и территориями.
Самыми распространенными видами деятельности компаний-эксплуатантов БПЛА
в Российской Федерации являются работы в области геодезии и мониторинга земли, то есть
деятельность по дистанционному зондированию земли.
Развивающимися направлениями эксплуатации являются сельское хозяйство и
сегмент образования. Компании начинают сотрудничество со средне-специальными и
высшими учебными заведениями, помогая в составлении методик и программ для новых
профессий, связанных с эксплуатацией и разработкой БПЛА.
В сельском хозяйстве увеличивается количество компаний, выполняющих работы
по определению индексов NDVI (индекс растительности - активной биомассы) и внесению
удобрений с помощью БПЛА, что подтверждает эффективность использования данных
инструментов и, как следствие, будет наблюдаться развитие в данном направлении.
Список использованных источников
1. Сборник научных трудов Харьковского университета Воздушных Сил, 2012,
выпуск 4 - “Летательные аппараты: аэродинамика, силовые установки,
оборудование и вооружение”
2. Беспилотная авиация: терминология, классификация, современное состояние
- Владимир Фетисов 2014 год
3. *https://russiandrone.ru/news/kvadrokoptery_i_drony_nuzhno_li_razreshenie_v_202
0_godu/*
4. https://investmoscow.ru/media/3341139.pdf
