Обоснование эффективности внедрения новой системы наблюдения, оповещения на базе летательных аппаратов (квадрокоптеров).»

Страницы:   1   2   3

---

СОДЕРЖАНИЕ

 

• ВВЕДЕНИЕ
• ГЛАВА 1. ПОЛЬЗА ВНЕДРЕНИЯ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ НА ВООРУЖЕНИЕ МЧС

• 1.1. Виды систем мониторинга за природными рисками

• 1.2. Система оповещения при чрезвычайных ситуациях

• 1.3. Классификация беспилотных летательных аппаратов по принципу полета

• 1.4. Виды квадрокоптеров, применяемых МЧС России
• 1.5. Применение квадрокоптера при разведке труднодоступных и масштабных зон чрезвычайных ситуаций

• 1.6. Эффективность внедрения квадрокоптеров в работу МЧС России

• 1.7. Обучение работников МЧС России управлению беспилотных летательных аппаратов

• 1.8. Классификация БПЛА принятая в России

• ГЛАВА 2. РАСЧЕТЫ И АНАЛИТИКА

• 2.1 Пример применения БПЛА

• 2.2 Упрощенная классификация оборудования БЛА по требованиям к вероятности безотказной работы
• 2.3 Требования к комплексу БПЛА
• 2.4 Требование к составу и оснащению команд операторов
• 2.5 Описание процедуры выполнения задачи, включая необходимые процедуры по согласованию использования БПЛА в воздушном пространстве
• 2.6 Результаты проведения разведки БПЛА
• ГЛАВА 3. ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ
• 3.1 Затраты на использования авиационной техники
• 3.2 Затраты на использования БПЛА. Основные показатели комплекса БПЛА
• 3.2.1 Расчет эксплуатации комплекса БПЛА

• 3.3 Сравнение эксплуатации БПЛА и вертолета «Ми-8»

• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Особенность нашей страны, заключается в обширной территории, низкой плотности заселения территорий и высокой концентрации людей в крупных городах, наличие регионов с постоянными природными чрезвычайными ситуациями (далее ЧС) (наводнения, землетрясения, лесные пожары, оползни и других). Все перечисленное осложняет работу МЧС и требует от них постоянной готовности и быстрого реагирования.

Особую опасность представляют аварии на атомных объектах и крупных химических производствах, размещенных в непосредственной близости от населенных пунктов. Высокие риски, обусловленные угрозами возникновения техногенных ЧС и катастроф, связаны с большим износом и старением основных производственных мощностей.

Относительная ограниченность людских ресурсов МЧС России, необходимость сохранения здоровья и жизни самих спасателей в сложных условиях крупных техногенных катастроф с радиоактивными, химическими и биологическими объектами, существенные бюджетные ограничения вызывают необходимость поиска наиболее эффективных путей улучшения работы МЧС России по предупреждению, выявлению, локализации ЧС и ликвидации их последствий.

Одно из более эффективных решений проблемы — применение беспилотных летательных аппаратов (далее БПЛА) не только в военной сфере, но и при проведении мероприятий предупреждения и ликвидации ЧС. Беспилотный летательный аппарат – самолет или вертолет, управляемый оператором при помощи радиосвязи на удаленном расстоянии, или автономно с применением специальной полетной программы. Их возможности во многом зависят от такого параметра, как высота полета. Сегодня предел составляет 20 км, а в перспективе и до 30 км. На такой высоте беспилотный самолет может конкурировать со спутником. Отслеживая на территории площадью около миллиона квадратных километров все что происходит. БПЛА могут взять на себя функцию слежения, и выполнять в режиме реального времени в рамках целого региона.

Дипломная тема актуальна, так как введение на вооружение в пожарные части новой современной техники повысит эффективность работы МЧС России в случаях чрезвычайных ситуаций и снижения рисков опасности для жизни людей.

Целью данной дипломной работы является обоснование эффективности внедрения новой системы наблюдения, оповещения на базе летательных аппаратов.

Задачами дипломной работы являются:

1. Изучить вида систем наблюдения и оповещения;
2. Изучить виды и технические возможности беспилотных летательных аппаратов (квадрокоптеров);
3. Доказать эффективность внедрения новых систем наблюдения и оповещения на базе летательных аппаратов;
4. Произвести расчет и аналитику введения в эксплуатацию комплекса БПЛА.

Гипотеза: внедрение в работу МЧС России рекомендуемой техники позволит более эффективно получать информацию о возникновении, развитии и ликвидации ЧС.

Объектом исследования является система наблюдения и оповещения на базе летательных аппаратов.

Предметом исследования является эффективность использования БПЛА, на примере квадрокоптеров.

Методологической основой исследования выступили общенаучные методы; анализ, синтез, а также ряд частнонаучных методов: формально-экономический, системно-структурный, сравнительный, формально-логический и другие.

В процессе исследования использовались такие общенаучные методы как анализ и синтез, методы классификации, сравнения.

Теоретическая значимость исследования «обоснование эффективности внедрения новой системы наблюдения, оповещения на базе летательных аппаратов (квадрокоптеров)» определена следующим образом: «Полученные результаты расширяют представления о использовании БПЛА в работе МЧС России».

Практическая значимость данного исследования заключается в том, что при возможном ЧС позволит сотрудникам МЧС принять правильное решение для её предотвращения и ликвидации.

 

ГЛАВА 1. ПОЛЬЗА ВНЕДРЕНИЯ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ НА ВООРУЖЕНИЕ МЧС

 

Подразделения МЧС России оснащаются отечественными беспилотными летательными аппаратами.

В настоящее время в региональных центрах МЧС России проводится техническое перевооружение, направленное на повышение эффективности работы и скорости реагирования наземных групп на возникновение чрезвычайных ситуаций и ликвидацию их последствий. Наиболее перспективным является внедрение в систему технического оснащения МЧС комплексов с беспилотными летательными аппаратами.

Наземные группы МЧС нередко прибегают к помощи авиапредприятий, но применение пилотируемой авиации не всегда является продуктивным: длительное время реагирования, высокие эксплуатационные расходы, зависимость от погодных условий, нерентабельность при использовании на небольших территориях.

— Осуществляют полеты при различных погодных условиях;

— Проводят воздушный мониторинг в труднодоступных и удаленных районах;

— Являются безопасным источником достоверной информации;

— Позволяют предотвращать ЧС при регулярном наблюдении;

— Обнаруживают ЧС (лесные пожары, горение торфяников) на ранних стадиях;

— Исключают риск для жизни и здоровья человека.

БЛА в режиме реального времени передают информацию с места происшествия, а также позволяют в кратчайшие сроки сосредоточить силы и средства для ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций природного, техногенного или террористического характера. Главным преимуществом БЛА в решении подобных задач является сокращение временного интервала с момента возникновения происшествия и до момента его устранения, что особенно актуально при организации поисково-спасательных операций во время масштабных пожаров и наводнений.

Другим важным фактором в пользу применения БЛА в условиях ЧС является исключение риска для жизни и здоровья человека. По статистике, благодаря внедрению БЛА в систему функционирования МЧС значительно сократилось количество погибших при ЧС. Примеров, доказывающих данную статистику, немало.

Другой пример неоценимого вклада БЛА в безопасный мониторинг и ликвидацию последствий происшествия – взрыв боеприпасов в п. Пугачево Удмуртской республики в июне 2011 года. При помощи беспилотных летательных аппаратов проводилась разведка с места происшествия и оперативное информирование руководящего состава для принятия управленческих решений.

Во время полетов уточнялись наиболее интенсивные места взрывов боеприпасов, пожаров как в населенных пунктах, так и в лесной местности.

Просматривались наиболее безопасные маршруты ввода сил и средств на территорию арсенала, координировалась работа пилотируемой авиации по сбросу огнетушащих веществ в район арсенала. В дальнейшем фото- и видеоинформация использовалась для обнаружения неразорвавшихся боеприпасов и их фрагментов за территорией арсенала.

В феврале 2014 года БЛА позволили отрядам МЧС по Кировской области держать под контролем обстановку во время пожара на железнодорожной станции (сошел с рельс и загорелся состав с газовым конденсатом), грамотно концентрировать силы для безопасной эвакуации жителей и ликвидации последствий происшествия. Воздушный мониторинг зоны ЧС осуществлялся в дневное и ночное время суток, полностью исключая риск для жизни населения и аварийно-спасательной группы.

Ежегодно, с наступлением пожароопасного и паводкового периодов БЛА позволяют региональным отделениям МЧС России осуществлять регулярный мониторинг лесных массивов и водных объектов, выявлять на ранних стадиях возникновение пожаров (в том числе и торфяных), следить за распространением огня и определять тип пожара (верховой, низовой), оценивать и держать под контролем масштабы наводнения. Перечисленные возможности беспилотной техники за последние семь лет были неоднократно подтверждены при мониторинге крупнейших лесных пожаров в Московской, Ивановской, Нижегородской, Курской, Тульской областях, при оценке паводковой ситуации в Кемеровской области, Республике Саха, Ставрополье и других регионах страны. Комплекс с БЛА был задействован для мониторинга наводнения на Дальнем Востоке в 2013 году. Московский отряд «Центроспас» направил в г. Хабаровск комплекс с беспилотными самолетами, которые осуществляли полеты в дневное и ночное время суток, информируя наземные отряды о затопленных территориях и местонахождении людей, оказавшихся в бедственном положении.

В подобном случае в 2012 году во время трагичного наводнения в г. Крымске было выявлено неудовлетворительное состояние системы оповещения населения, после чего группа компаний ZALA AERO совместно с Главным управлением МЧС России по Удмуртской Республике разработали уникальную систему громкоговорящей связи «Тревога-1». Она представляет собой специализированный модуль, устанавливаемый на борт БЛА и воспроизводящий заранее записанные голосовые сообщения, что позволяет предупредить население о ЧС и передать рекомендации по принятию эвакуационных мер.

Другой, не менее важной задачей, решаемой сотрудниками МЧС, является поиск людей, в том числе и заблудившихся в лесу. Благодаря беспилотным летательным аппаратам, осуществляющим полеты даже на самых удаленных и труднодоступных участках местности, ежегодно обнаруживаются сотни людей. Беспрецедентным случаем в практике применения БЛА для поиска людей стало нахождение якутскими спасателями мужчины, заблудившегося в тайге (июнь 2014 года). Он был обнаружен лежащим в болотистой местности. Благодаря аппарату смогли определить координаты этого места, и вскоре спасатели нашли пожилого мужчину, состояние его здоровья было критическим.

ZALA AERO GROUP регулярно принимает участие в различных учениях и испытаниях МЧС России. В рамках авиасалонов и крупнейших выставок страны («Комплексная безопасность», «МАКС», «Интерполитех») БЛА успешно демонстрируют свои возможности в имитированных чрезвычайных ситуациях. Высокие результаты показали испытания беспилотных летательных аппаратов с целью обнаружения и дистанционного измерения радиационного излучения, а также оповещения населения на территории завода по хранению и утилизации химического оружия.

Учитывая многолетний опыт сотрудничества ZALA AERO GROUP с региональными центрами МЧС России и анализируя достигнутые результаты, можно сделать вывод, что применение беспилотных летательных аппаратов является целесообразным и эффективным средством для создания мощной системы предупреждения и безопасного мониторинга чрезвычайных ситуаций.

 

1.1. Виды систем мониторинга за природными рисками

 

Первый из видов мониторинга является автоматизированный комплекс сбора, обработки и представления радиолокационной информации (далее АКСОПРИ). Он представляет собой двухканальный метеорологический радиолокационный вычислительный комплекс, работающий в диапазонах длин волн 3 см (1 канал) и 10 см (2 канал).

В вычислительном комплексе с помощью аппаратуры предварительной обработки сигналов реализуется сопряжение с метеорологическим радиолокатором и управляющим комплексом. АКСОПРИ может работать в ручном и автоматическом режимах. В ручном режиме работы обеспечиваются штатные режимы работы метрологического радиолокатора. При этом управление работой осуществляется с пульта управления метрологического радиолокатора. В автоматическом режиме работы управление работой изделия осуществляется по командам, поступающим с персональной электронно-вычислительной машины управляющего вычислительного комплекса.

Обзор района в автоматическом режиме работы выполняется путем вращения антенны с заданной скоростью и дальнейшим подъемом ее на фиксированные углы места, задаваемые управляющим вычислительным комплексом. Передатчик метеорологического комплекса генерирует импульсы энергии сверхвысокочастотного излучения, которые с помощью антенно-волноводной системы излучаются в пространство. Отраженные импульсы, получаемые антенной метеорологического комплекса, поступают в приемный тракт и после преобразования на промежуточную частоту, логарифмического усиления и амплитудного детектирования по двум каналам параллельно поступают на аппаратуру предварительной обработки сигналов. В аппаратуре предварительной обработки сигналов сигналы преобразуются в 8-разрядные цифровые двоичные коды, которые далее усредняются по дальности и азимуту. Усредненная информация о мощности отраженных сигналов, а также квитанции о состоянии аппаратуры метеорического радиолокатора и аппаратуры предварительной обработки сигналов, текущие коды азимута и угла нахождения антенны уплотняются в массив информации в виде 8-разрядных слов. Далее это скопление данных передается в персональные компьютеры управляющий вычислительный комплекс, где создается файл данных.

С помощью сервисного программного обеспечения в АКСОПРИ осуществляется контроль технических и метрологических характеристик.

Назначение и область применения комплекса радиоэлектронной АКСОПРИ предназначен для автоматического сбора, обработки и предоставления радиолокационной информации о мощности сигналов, отраженных от метеорологических объектов. Основные области применения: наблюдательная метеорологическая сеть, службы штор-мооповещения и городской защиты, аэропорты.

Еще один вид отслеживания природных рисков метеорологический акустический доплеровский локатор. Основным назначением является относительной скорости движущихся целей. Определение скорости основывается на использовании эффекта Доплера. Радиолокаторы устанавливаются на территории РФ, для того чтобы создать единую систему радиолокационных метеорологических наблюдений.

На сегодняшний день дистанционные доплеровские метеорологические радиолокаторы с поляризационной обработкой сигналов для оперативных служб МЧС России являются уникальным средством метеорологических наблюдений, так как позволяют в режиме реального времени отслеживать информацию о местоположении и перемещение облачных образований, возникновении зон интенсивных осадков, фиксировать зоны опасных явлений, в том числе гроз, града, шквалов, следить за их развитием и перемещением. Современные локаторы имеют радиус обзора 250-300 км и позволяют осуществлять циклические наблюдения с периодичностью от 3 до 15 минут в круглосуточном автоматизированном режиме, предоставляя данные с высоким пространственным разрешением (0,5-1 км) на площади до 200 тыс.км2.

Радиолокационный материал радиолокаторов отлично дополняет данные метеорологических спутников, которые для изучения атмосферы используют моло действующие методы, но в отличие от них, специально разработанное для радиолокатора программное обеспечение предоставляет возможность заниматься обработкой и трактования радиолокационной информации. Кроме того, позволяет сравнивать метеоявления на карте локатором с синоптической ситуацией.

Следующий вид контроля над природными рисками автоматизированная дистанционная система контроля. Её назначение осуществлять оперативный контроль территории и воздушного пространства больших городов и крупных промышленных предприятий, также для обнаружения серьёзных аварий и обеспечения действий аварийно-спасательных работ в зоне чрезвычайной ситуации.

Автоматизированная система дистанционного мониторинга позволяет передавать разнообразную информацию о критических ситуациях в центр в реальном времени. Изображение передаётся в видимом и инфракрасных диапазонах. Система определяет точные координаты объектов с помощью дальномерного канала с последующим прикреплением к цифровой карте города.

Автоматизированная система дистанционного мониторинга бывает стационарной и мобильной. Стационарный пост состоит из телевизионной системы, тепловизионной системы с инфракрасной камерой кругового обзора и лазерного лакатора. Мобильный комплекс системы состоит из гетеродинного лидара, лидара на основе перестраиваемого лазера также видеокамеры видимого диапазона и электронной аппаратуры обработки информации и связи. Аппаратура мобильного комплекса даёт возможность определить границы и объем зоны чрезвычайных ситуаций, ветровой и температурный режим в зоне аварии.

Четвертый вид системы мониторинга над природными рисками — это автоматизированная система контроля радиационной обстановки.

Этот вид системы обеспечивает контроль над радиационной и метеорологической обстановкой на территориях, обрабатывает, анализирует и визуализирует контролируемые физические величины такие как: мощность радиоактивного излучения; газоаэрозольный выброс и жидкий сброс;

метеорологические параметры; концентрацию фтористого водорода в атмосферном воздухе. Дает автоматическую сигнализацию при переходе любой системы в аварийный режим. Передает данные радиационного мониторинга в другие министерства и ведомства и организации.

На основе этих данных оперативно дежурная смена принимает решение об оповещении руководства при возникновении чрезвычайных ситуациях на любом из подконтрольных объектов.

Автоматизированная система гидрологического мониторинга предназначается для сбора, обработки и отображения гидрологической информации, необходимой для прогнозирования и своевременного предупреждения об опасных гидрологических явлениях таких как паводки, половодье, изучения характера водного стока, планирования режимов работы объектов гидрогенерации и др.

Основными элементами системы являются автоматический автономный гидрологический комплекс, размещаемый на гидропосте и обеспечивающий измерения уровня и температуры воды с задаваемой периодичностью и запись показаний в энергонезависимую память, передачу измеренных значений в центр сбора данных с установленной оператором периодичностью, отслеживание аварийных ситуаций и передачу инициативных тревожных сообщений в центр сбора данных.

Система предупреждения о цунами состоит из сети датчиков, обнаруживающих цунами, и системы коммуникаций, с помощью которой о нём заранее предупреждается население прибрежных районов в опасных участках.

 

1.2. Система оповещения при чрезвычайных ситуациях

 

Система воздушного оповещения «Тревога» с применением беспилотных летательных аппаратов (БЛА) прошла необходимые этапы испытаний и в настоящее время внедряется в интересах МЧС России.

Беспилотные летательные аппараты осуществляют не только мониторинг ситуации места происшествия в чрезвычайных ситуациях, но и реально доводить информацию до населения и оказывать помощь жителям.

При испытаниях БЛА с установленным на них дистанционным модулем голосового вещания «Тревога-1» подтверждена возможность воспроизводить записанные ранее голосовые сообщения над территорией радиусом в 500 метров и громкостью свыше 60 децибел. На сегодняшний день разрабатывается аналогичная по назначению, но значительно более совершенная система оповещения – «Тревога-2».

Разработанная система «Тревога-2» имеет более мощную громкоговорящую установку, а оператор имеет возможность передавать через беспилотный летательный аппарат порядка 20 различных сообщений, оповещений.

Система оповещения совмещена с курсовой видеокамерой, позволяющей оператору наблюдать за полетом беспилотного летательного аппарата над заданными территориями.

При наличии полного комплекса с беспилотными летательными аппаратами самолетного и вертолетного типов (обладающих различным радиусом действия и продолжительностью полета) и модуля «Тревога» оповещение населения в условиях ЧС выполняется в течение нескольких минут.

Система оповещения населения города представляет собой организационно-техническое объединение:

— дежурно-диспетчерских служб (ДДС) в рамках Единой системы оперативно-диспетчерского управления в ЧС города (ЕОДИ);

— сил, средств, сетей связи и вещания операторов связи, действующих на территории города;

— сил и средств связи и оповещения органов исполнительной власти города и организаций различных форм собственности, расположенных на территории города;

— каналов сети связи, обеспечивающих доведение информации и сигналов оповещения до населения, органов управления городской подсистемы РСЧС и ГО.

Система оповещения населения города функционирует на следующих уровнях:

а) на территориальном — система оповещения населения города;

б) на объектовом:

• ОС0 организаций (объектов);
• ЛСО потенциально опасных объектов.

Системы оповещения территориального и объектового уровней технически и программно сопрягаются.

Система оповещения населения города технически и программно сопрягается с федеральной и региональной системой оповещения

Существует несколько видов систем оповещения о чрезвычайных ситуациях такие как сеть электросиренного оповещения, сеть проводного радиовещания и телевещания, сеть передвижной радиотелефонной связи и телефонной сетью связи города.

Система обеспечивает надежное оповещение и информирование населения о чрезвычайных ситуациях независимо от места его нахождения на территории города.

Алгоритм работы системы оповещения населения:

1. Включаются сирены, установленные на жилых и административных зданиях. Этот сигнал означает «Внимание всем!».
2. После этого по громкоговорителям и радиоточкам, установленным на улицах, в жилых зданиях и на объектах города, гражданам сообщается о том, что нужно предпринимать в сложившейся ситуации.
3. На участках города, где еще не установлены стационарные громкоговорители и радиоточки, задействуются автомобили, оборудованные системами громкоговорящей связи.
4. После сигнала «Внимание всем!» информация о дальнейших действиях в условиях чрезвычайной ситуации будет также транслироваться представителями МЧС по городскому каналу телевидения.
5. Информация об оповещении будет транслироваться и на телевизионных панелях общероссийской комплексной системы информирования и оповещения населения в местах массового пребывания людей, установленных в местах массового пребывания людей, и на информационных телеэкранах транспортных средств.
6. Граждан будут информировать об опасности и по мобильной связи — при помощи телефонных сообщений.

 

1.3. Классификация беспилотных летательных аппаратов по принципу полета

 

По этому критерию все БПЛА можно разделить на 5 групп (первые 4 группы относятся к аппаратам аэродинамического типа):

1) БПЛА с жестким крылом (БПЛА самолетного типа);

2) БПЛА с гибким крылом;

3) БПЛА с вращающимся крылом (БПЛА вертолетного типа);

4) БПЛА с машущим крылом;

5) БПЛА аэростатического типа.

Кроме БПЛА перечисленных пяти групп существуют также различные гибридные подклассы аппаратов, которые по их принципу полета трудно однозначно отнести к какой-либо из перечисленных групп. Особенно много таких БПЛА, которые совмещают качества аппаратов самолетного и вертолетного типов.

БПЛА самолетного типа. Этот тип аппаратов известен также как БПЛА с жестким крылом. Подъемная сила у этих аппаратов создается аэродинамическим способом за счет напора воздуха, набегающего на неподвижное крыло. Аппараты такого типа, как правило, отличаются большой длительностью полета, большой максимальной высотой полета и высокой скоростью.

Существует большое разнообразие подтипов БПЛА самолетного типа, различающихся по форме крыла и фюзеляжа. Практически все схемы компоновки самолета и типы фюзеляжей, которые встречаются в пилотируемой авиации, применимы и в беспилотной.

Экспериментальный многоцелевой самолет Proteus разработки американской компании Scaled Composites. Разработаны как пилотируемый, так и беспилотный варианты этого самолета. Особенностью конструкции является тандемная схема расположения крыльев. Его длина составляет 17,1 м, размах задних крыльев 28 м, потолок высоты 16 км (при нагрузке 3,2 т), взлетная масса 5,6 т, максимальная скорость 520 км/ч (на высоте 10 км), длительность полета до 18 ч. Силовая установка – два турбореактивных двигателя с тягой по 10,2 кН.

Разведывательный БПЛА RQ-4 Global Hawk, разработанный американской фирмой Teledyne Ryan Aeronautical, дочерним предприятием компании Northrop Grumman. Он отличается необычной формой фюзеляжа, в носовой части которого размещено радиолокационное, оптическое и связное оборудование. Аппарат изготовлен из композитных материалов на основе углеволокна и аллюминиевых сплавов, имеет длину 13,5 м, размах крыльев 35 м, взлетную массу около 15 тонн, способен нести полезную нагрузку массой до 900 кг. RQ-4 Global Hawk может находиться в воздухе до 30 часов на высоте до 18 км. Максимальная скорость 640 км/ч. Силовая установка – турбореактивный двигатель с тяговым усилием 34,5 кН.

Перспективный боевой палубный БПЛА Х-47В, разрабатываемый компанией Northrop Grumman (США). Он имеет форму широко выгнутой буквы «V» без хвостовой части. Крылья могут складываться, что немаловажно для ограниченной площади палубы авианосца. Для управления полетом БПЛА оснащен 6-ю рабочими плоскостями. Турбореактивный двигатель канадской фирмы Pratt amp; Whitney обеспечивает высокую скорость полета беспилотного аппарата и расположен в задней части аппарата. Беспилотник состоит из четырех частей, собранных из композитных материалов и соединяющихся примерно в середине корпуса. Самолет имеет длину 11,6 м, размах крыльев 18,9 м (в сложенном состоянии 9,4 м), собственную массу 6,3 т, максимальную взлетную массу 20,2 т. Крейсерская скорость составляет 900 км/ч. Радиус действия 3900 км. Потолок 12,2 км. Предположительно аппарат будет приспособлен для выполнения дозаправки в воздухе. При этом БПЛА будет готов при необходимости беспрерывно выполнять поставленную боевую задачу в течение 80 часов, что на порядок больше длительности полёта боевых самолетов с пилотами.

Ударный БПЛА MQ-9 Reaper, разработанный американской компанией General Atomics и стоящий на вооружении ВВС США и других стран с 2007 г. Как и многие другие БПЛА, аппарат имеет V-образное оперение, состоящее из двух наклонных поверхностей, выполняющих функции и горизонтального, и вертикального оперения. Синхронное отклонение управляющих поверхностей играет роль руля высоты и управляет тангажом, а асинхронное руля направления и управляет рысканьем. Для беспилотников V-образное оперение представляется более экономичным решением, чем классическое. MQ-9 Reaper оснащен турбовинтовым двигателем, позволяющим развивать скорость более 400 км/ч. Практический потолок составляет 13 км. Максимальная продолжительность полёта равна 24 ч.

БПЛА тактического назначения Viking 300 разработки американской компании L-3 Unmanned Systems. Он построен полностью из композитных материалов. Оснащен двухтактным двухцилиндровым двигателем внутреннего сгорания мощностью 25 л.с. с толкающим винтом. Причем винт расположен между основным крылом и хвостовым оперением, а не позади него, как в предыдущем примере. Модульная конструкция позволяет легко собирать и разбирать аппарат. Длительность полета составляет 8-10 ч при крейсерской скорости 100 км/ч. Максимальная взлетная масса 144 кг, а масса полезной нагрузки 13,5 кг. Радиус действия составляет 50-75 км. Особенностью аппарата является возможность осуществлять полностью автономные взлет и посадку, которые могут выполняться не только на бетонной полосе, но и на плохо подготовленных поверхностях.

Любительская разработка летающей радиоуправляемой модели с дисковым крылом. Аппарат отличается хорошей маневренностью и способность сохранять стабильность полета на малых скоростях.

В качестве движителей аппаратов самолетного типа обычно используются тянущие или толкающие винты, а также импеллеры (лопаточные машины, заключенные в цилиндрический кожух – англ.: impeller, ducted fan, shrouded propeller) или реактивные двигатели. Для аппаратов самолетного типа обычно необходима взлетно-посадочная полоса (ВПП). Для некоторых типов при взлете используют стартовые катапульты. Есть также самолетные БПЛА легкого класса, запускаемые «с руки». При посадке может применяться ВПП, парашют или специальные уловители (тросы, сетки, растяжки).

Взлеты и посадки традиционных БПЛА самолетного типа – процесс достаточно трудоемкий и затратный, требующий наличия специальных вспомогательных средств (ВПП, устройств запуска и посадки), поэтому разработчики новой техники все чаще обращаются к нетрадиционным схемам самолетных БПЛА, позволяющим создать безаэродромные БАС. Речь идет прежде всего о самолетах вертикального взлета и посадки (СВВП). На сегодняшний день существует много разновидностей аппаратов ВВП. Многие из них являются гибридами самолетов и вертолетов, поэтому рассмотрены в следующих подразделах (см. далее – «Винтокрылы», «Конвертопланы»). Те же СВВП, которым в большей степени присущи свойства самолета, чем вертолета, обычно имеют в качестве движителя реактивный двигатель, импеллер или небольшие по размеру пропеллеры. Их условно можно разделить по положению фюзеляжа при взлете и посадке на аппараты с вертикальным положением фюзеляжа (тэйлситтеры, от англ. – tailsitter) и аппараты с горизонтальным положением фюзеляжа.

Тэйлситтер ы в стартовом положении обычно опираются хвостовой частью на грунт. Если в качестве движителя используются тянущие винты, то они располагаются в носовой части. Посадка, как и взлет, у таких аппаратов обычно производится вертикально. Самое сложное для СВВП – это переход с вертикальной фазы полета на горизонтальную и обратно. У показанного БПЛА SkyTote, например, для управления полетом в этих фазах используется даже специальный нейросетевой контроллер.

В последнее время в тэйлситтерах все чаще в качестве движителей используют импеллеры, особенно если движитель является толкающим и находится в хвостовой части аппарата, – это энергетически выгоднее обычного пропеллера. Примером может служить разработка группы исследователей южнокорейского института KAIST (Korea Advanced Institute of Science and Technology). У представленного беспилотного тэйлситтера предусмотрена возможность взлета и посадки как вертикально, так и горизонтально (т.е. по-самолетному – на ВПП).

Особой разновидностью тэйлситтеров можно считать т.н. кольцепланы (или колеоптеры) – летательные аппараты с крылом, имеющим при виде спереди правильную кольцевую форму. Внутренняя полость кольцевого крыла обдувается воздушной струёй, отбрасываемой двумя соосными винтами противоположного вращения, расположенными на входе в крыло. Хвостовое оперение в конце короткого фюзеляжа и управляющие элероны, установленные на двух профилированных пилонах, крепящих кольцевое крыло к фюзеляжу, находятся в зоне интенсивного обдува струёй от винтов, что повышает их эффективность. В 1959 во Франции фирмой SNECMA был построен экспериментальный пилотируемый кольцеплан с турбореактивным двигателем и проведены его испытания в вертикально подвешенном состоянии. При попытке перейти к горизонтальному полету произошло крушение и после этого проект был закрыт.

Однако в наши дни кольцепланы получили новое развитие, но уже в виде беспилотных аппаратов. Примеры многофункциональных БПЛА, выполненных по схеме кольцеплана. Кольцевое замкнутое крыло имеет свои преимущества (нет срыва потока по краям, допускаются очень большие углы атаки, большая маневренность, большая прочность и меньшая масса крыла, хорошее соотношение массы полезной нагрузки к общей массе аппарата).

БПЛА с гибким крылом. Это дешевые и экономичные летательные аппараты аэродинамического типа, в которых в качестве несущего крыла используется не жесткая, а гибкая (мягкая) конструкция, выполненная из ткани, эластичного полимерного материала или упругого композитного материала, обладающего свойством обратимой деформации.

В этом классе БПЛА можно выделить беспилотные моторизованные парапланы, дельтапланы и БПЛА с упруго деформируемым крылом.

Беспилотный моторизованный параплан – аппарат на основе управляемого парашюта-крыла, снабжённый мототележкой с воздушным винтом для автономного разбега и самостоятельного полёта. Крыло обычно имеет форму прямоугольника или эллипса. Крыло может быть мягким, иметь жесткий или надувной каркас. Пример – разработки американской фирмы Atair Aerospace, которая предложила серию беспилотных парапланов под общим названием LEAPP (Long Endurance Autonomous Powered Paraglider). Их основное достоинство – экономичность. Они снабжены двигателями внутреннего сгорания и способны длительное время медленно барражировать над объектом, производя, например, видеосъемку. Для запуска требуется площадка длиной 2-3 м для короткого разбега. Модель Micro LEAPP является компактной модификацией, которую может обслуживать один человек (предусмотрена переноска аппарата в заплечном ранце). Недостатком беспилотных моторизованных парапланов является трудность управления ими, так как навигационные датчики не имеют жесткой связи с крылом. Ограничение на их применение оказывает также очевидная зависимость от погодных условий.

Беспилотный моторизованный дельтаплан – это аппарат на основе мягкого крыла дельтавидной формы. Такое крыло представляет собой три жесткие направляющие, соединённые между собой в передней точке и образующие в горизонтальной плоскости веер, с углом между трубами 90-140 градусов. Между трубами натянута прочная ткань. Две боковые направляющие и задняя кромка ткани образуют при виде сверху почти треугольник. Крыло крепится на тележку, на которой смонтированы двигатель с винтом (тянущим или толкающим) и аппаратура. Управление полётом осуществляется обычно с помощью дополнительных аэродинамических элементов, небольшой деформации крыла или с помощью перемещаемого центра тяжести.

Скорость современных дельтапланов составляет от 25 км/ч до 100-130 км/ч, высота полётов достигает 6 км и более. По сравнению с беспилотными мотопарапланами мотодельтапланы значительно проще и стабильнее в управлении благодаря наличию жестких связей крыла с остальной конструкцией.

Преимущество мотодельтаплана по отношению к другим БПЛА заключается в простоте и надёжности конструкции, дешевизне и компактности в сложенном виде, минимальной необходимой длине площадки для взлёта и посадки, бесшумности, отсутствию влияния вибраций от ротора несущего винта на аэродинамические элементы конструкции.

БПЛА с упруго деформируемым крылом. Крыло в аппаратах такого типа выполняется из композитного материала с большой степенью упругости. Это позволяет сворачивать крыло без опасения потерять его форму. Оно также хорошо противостоит соударениям с землей и препятствиями. Примером может служить БПЛА Maverick – компактный и очень легкий электрический летательный аппарат, разработанный американской компанией Prioria Robotics. Гибкое упругое крыло позволяет размещать Maverick в небольшом тубусе диаметром 15 см. Кроме того, по заявлению авторов, такое крыло способно частично компенсировать порывы ветра и улучшать стабильность полета. Аппарат оснащен камерой для видео и фото съемки. Запуск БПЛА может производиться как «с руки», так и с помощью специальной пневматической катапульты. После вылета из катапульты аппарат разворачивает крылья. Гибкое крыло не имеет элеронов, поэтому управление осуществляется с помощью небольших аэродинамических рулей в хвостовой части. БПЛА Maverick имеет массу 1,16 кг, радиус действия до 5 км и способен находиться в воздухе от 45 до 90 минут, совершая полет со скоростью от 40 до 100 км/ч.

БПЛА вертолетного типа. Этот тип аппаратов известен также как БПЛА с вращающимся крылом. Часто их называют также VTOL UAV (Vertical Take-off and Landing UAV) – БПЛА с вертикальным взлетом и посадкой. Последнее не совсем корректно, так как в общем случае вертикальный взлет и посадку могут иметь и БПЛА с неподвижным крылом (например, как в СВВП – за счет реактивного сопла, при взлете и посадке направляемого вертикально вниз).

Подъемная сила у аппаратов этого типа также создается аэродинамически, но не за счет крыльев, а за счет вращающихся лопастей несущего винта (винтов). Крылья либо отсутствуют вовсе, либо играют вспомогательную роль. Очевидными преимуществами БПЛА вертолетного типа являются способность зависания в точке и высокая маневренность, поэтому их часто используют в качестве воздушных роботов.

Квадрокоптер – самая распространенная схема построения мультикоптеров. Наличие четырех жестко зафиксированных роторов дает возможность организовать довольно простую схему организации движения. Существуют две таких схемы движения: схема «+» и схема «х». В первом случае один из роторов является передним, противоположный ему – задним, и два ротора являются боковыми. В схеме «х» передними являются одновременно два ротора, два других являются задними, а смещения в боковом направлении также реализуются одновременно парой соответствующих роторов. Алгоритм управления частотами вращения винтов для схемы «+» несколько проще и понятнее, чем для схемы «х», однако последняя используется все же чаще из-за конструктивных преимуществ: при такой схеме проще разместить фюзеляж, который может иметь вытянутую форму, бортовая видеокамера имеет более свободный обзор. То, каким образом квадрокоптер совершает элементарные маневры. Одна пара винтов вращается по часовой стрелке, другая – против. Если частоты вращения пар одинаковы, то аппарат неподвижен относительно вертикальной оси. Если увеличить частоту вращения для одной пары на Af а для другой – уменьшить на ту же величину Af (чтобы сохранить общий вертикальный вектор тяги неизменным), то будет реализован поворот влево или вправо вокруг вертикальной оси. При одновременном одинаковом изменении частот вращения всех винтов будет осуществляться подъем или снижение квадрокоптера. Для движения в каком-либо направлении (вперед, назад, влево, вправо) двигатель, соответствующий направлению желаемого смещения, должен уменьшить частоту вращения на Af противополжный ему – увеличить на Af,а два других – оставить без изменения.

Типичный состав оборудования квадрокоптера это аккумулятор, контроллер частоты вращения, бесколлекторный электродвигатель, полетный контроллер, приемник, модуль GPS, управляемый подвес для камеры и пульт управления. Для аппаратов с другим количеством роторов он аналогичен.

Команды, принятые приемником, поступают в полетный контроллер в виде широтно-импульсного сигнала. Здесь они с учетом текущей навигационной информации (получаемой в самом полетном контроллере от встроенных микросистемных гироскопов и акселерометров), а также с учетом сигналов с модуля GPS (опционально) преобразуются в широтно-импульсные сигналы управления двигателями, которые подаются на контроллеры частоты вращения двигателей (т.н. ESC – Engine Speed Control). Назначение модулей ESC – преобразование управляющих широтно-импульсных сигналов в синусоидальные трехфазные напряжения для обмоток бесколлекторных электродвигателей. Типичный источник питания для бортсети мультикоптеров – это батарея литий-полимерных аккумуляторов. Потребляемые токи – от единиц до сотен ампер в зависимости от размеров аппарата.

Основное назначение мультикоптеров – это фото- и видеосъемка различных объектов, поэтому они, как правило, оснащаются управляемыми подвесами для камер. Компоновка оборудования на мультикоптере может быть самой различной. Модуль GPS обычно стараются выносить отдельно как можно дальше от сильноточных цепей. Для защиты пропеллеров часто предусматривают специальные охватывающие ограждения.

Для увеличения подъемной силы и повышения живучести аппарата часто объединяют на одной балке тянущий и толкающий винты с соответствующими двигателями.

---

Страницы:   1   2   3