Главная Образцы документов Законченные атмосферные беспилотные летательные аппараты. Легкие БЛА среднего радиуса действия

Законченные атмосферные беспилотные летательные аппараты. Легкие БЛА среднего радиуса действия

Беспилотные летательные аппараты в наше время позволяют решить множество самых разнообразных задач, как в мирное время, так и на поле боя. После войны в Грузии командование российской армии обратило внимание на недостаточное комплектование войск БПЛА. С тех пор отрасль получила дополнительный толчок.

Типы беспилотных летательных аппаратов

Условно беспилотники обычно разделяют на три большие категории:

ДПЛА - беспилотные дистанционно-пилотируемые аппараты;
Автоматические БПЛА;
Неуправляемые БПЛА.

Тяжелые - имеют потолок до 20 км, могут провести в воздухе без дозаправок более 24 часов;
Средние (иногда их называют «миди») - имеют массу до 1000 кг, способны провести в воздухе 10-12 часов и подняться на высоту до 9-10км;
Мини - 50 кг, несколько часов могут провести в воздухе, потолок ограничен 3-5км;
Микро - до 10 кг, около часа в воздухе и выше километра им не подняться.

Типы беспилотных летательных аппаратов зачастую достаточно относительное понятие. Особенно в наше время высоких технологий. Зачастую на рынке появляются БПЛА, которые не вписываются в привычную классификацию.

Беспилотные аппараты России

В 70-80 годы прошлого столетия СССР был в числе лидеров по производству беспилотников, одних только Ту-134 было выпущено более 900. Но современные реалии таковы, что мы вынуждены в производстве БПЛА полагаться на разработки зарубежных компаний. Но даже с учетом иностранных партнеров беспилотные аппараты России в основном представлены разведывательными БПЛА. Основная ударная мощь российской авиации по-прежнему доверена русским пилотам.

Широкое применение получили в России беспилотные летательные аппараты гражданского назначения. Сложно перечислись все сферы для которых устройство БПЛА не стало бы настоящей панацеей от многих бед. Среди основных преимуществ использования беспилотников можно назвать их низкую стоимость, относительно небольшие затраты на топливо и обслуживание. Патрулирование рыболовных промыслов или лесных массивов средствами пилотируемой авиации обойдется значительно дороже. А в случае возникновения внештатных или чрезвычайных ситуаций потеря БПЛА не несет угрозы для жизни людей. Беспилотники используют для разведки распространения лесных пожаров, в охране и патрулировании.

Ударные БПЛА впервые появились в далеком 1950, в США. Беспилотные вертолеты могли по команде выйти в район предполагаемого нахождения подводной лодки и сбросить противолодочную торпеду с системой самонаведения. Опыт был признан удачным и беспилотник стоял на вооружении ВМС США до 1970 года. Наиболее популярные БПЛА сейчас стоят на вооружении американской армии и активно применяются в вооруженных конфликтах. Это модели беспилотные летательные аппараты вертолетного типа MQ-1 Predator и MQ-9 Reaper.

Беспилотные аппараты в России сейчас активно разрабатываются в ОКБ Сухого.

Беспилотные летательные аппараты вертолетного типа

В данный момент беспилотные аппараты России в основном представлены БПЛА самолетного типа. Однако из-за очевидных проблем с использованием самолетов при отсутствии подготовленных площадок давно назрела необходимость создать устройство БПЛА вертолетного типа.

Вертолеты способны вертикально взлетать и садиться, зависать над заданной точкой. Это важно для многих сфер применения БПЛА. В данный момент беспилотные летательные аппараты вертолетного типа разрабатывают считанные компании в мире.

Мы в числе первых по достоинству оценили преимущества БПЛА вертолетного типа и у нас Вы можете приобрести следующие модели беспилотных вертолетов:

Устройство БПЛА

Беспилотники самолетного и вертолетного типа крайне полезны в гражданской жизни и при ведении военных действий. За счет отсутствия необходимости переносить пилота БПЛА могут освободить существенные объемы для перевозки грузов, боеприпасов или же просто сократить свой размер и массу. Это делает их просто незаменимыми в разведке.

Есть у них и слабое место. В отличие от пилотируемых самолетов и вертолетов БПЛА полностью зависит от каналов связи. Теоретически возможно дать вражескому беспилотнику неправильные данные, а еще проще просто забить канал связи помехами. Именно поэтому многие военные эксперты весьма скептически относятся к использованию ударных БПЛА в борьбе с великолепно оснащенными технически противниками. Для гражданских целей беспилотники зачастую являются просто идеальным решением.

Компания «Техноком Групп» реализует оборудование для беспилотных летательных аппаратов и непосредственно сами БПЛА. У нас большой опыт работы в России и вся продукция соответствующим образом сертифицирована и испытана.

Самолёты (беспилотники с фиксированным крылом)

Достоинства

Высокая скорость полета

Высокая дальность полета

Недостатки

Старт с катапульты

Посадка на парашюте или с ВПП

Требуются навыки пилотирования

Мультикоптеры

Коптеры различаются между собой числом пропеллеров - их может быть 2, 3, 4, 6, 8 и более. Наиболее массовыми являются на 2015-2017 годы квадракоптеры с 4 пропеллерами, но также встречаются, как правило более грузоподъемные, гекса- и октакоптеры.

Другое возможное опциональное конструктивное отличие мультикоптеров - складываемость конструкции. Выпускается несколько различных моделей коптеров, которые легко складываются для удобства переноски и так же легко готовятся к использованию. Примеры таких устройств: AheadX Transdrone A4, Китай; Ascent AeroSystems Sprite; Snap, Vantage Robotics и PowerEgg, PowerVision Robot, Китай.

Распространяется направление гоночных мультикоптеров. Рекорд на 2017.07 - 262,3 км/ч

Достоинства

Не требует для взлета катапульты или ВПП

Энергоэффективность - лучше, чем у коптера за счет использования винта большего диаметра

Способность зависать в заданной точке

Не требует для посадки парашюта или ВПП

Недостатки

Малое время полета

Низкая скорость полета

Сравнительно сложное пилотирование

Беспилотник, который взлетает "по-вертолетному" за счет двигателей с пропеллерами, установленными в горизонтальной плоскости, а затем перемещается "по-самолетному", за счет толкающего или тянущего винта, установленного в вертикальной плоскости.

Этой схемой интересуются компании, ведущие разработки так называемых логистических беспилотников, например, Airbus и Local Motors.

До недавнего времени, когда требовался беспилотник со сравнительно высокой грузоподъемностью, выбирать можно было между БЛА вертолетного типа и некоторыми самолетными моделями. В "десятые" годы XXI века стали появляться мультироторные модели со сравнимыми характеристиками. Часть машин - это военные аппараты, зачастую - это конвертопланы. Есть и гражданские модели.

Беспилотник, который садится и взлетает "по вертолетному", за счет поворота его двигателей, а в полете движется как самолет с опорой на фиксированное крыло. Корпус беспилотника остается в горизонтальном положении. Как вариант, двигатели могут также оставаться в фиксированном положении, а направление тяги задает отклоние жалюзи.

Достоинства

способность взлета как у коптера (не требует катапульты или ВПП)

способность полета по-самолетному

простота в использовании

Особенности конструкции

двигатели БЛА поворачиваются в вертикальной плоскости либо жалюзи, отклоняющие воздушный поток в нужном направлении. Встречается использование кэнардов - объединенных в блоки канальных электровентиляторов. Поворачивая такие кэнарды, беспилотник может совершать вертикальный взлет, а затем двигаться "по-самолетному". Хвостовые кэнарды играют также роль рулей.

Разрабатываемый DARPA ударный беспилотник LightingStrike, Aurora Flight Sciences. Планируется газотурбинный двигатель мощностью 3 МВт (4 тыс. л.с.), 24 канальных вентилятора - по 9 в каждом поворотном крыле и по 3 в поворотных носовых кэнардах. 4.5 тонны. Планируемые скорости - 740 км/ч, полезная нагрузка - около 1.8 тонн. Ожидаемое время постройки - 2018 год. 2016.04.22 . 1:5.

FireFLY6 PRO, BirdsEyeView Aerobotics, США. Радиус действия до 36 км. Платформа может нести различную полезную нагрузку. Вес беспилотника - порядка 4 кг. Непрерывный полет - до 40 минут от одного заряда батареи. Скорость - порядка 15-18 м/с. Анонсирован в сентябре 2016 года.

Это БЛА без двигателя или с двигателем, мощность которого недостаточна для обеспечения постоянного удержания машины в воздухе, но достаточна для корректировок курса БЛА с тем, чтобы обеспечить его приземление в точке с заданными координатами или, например, продолжительное нахождение машины в воздухе с использованием восходящих потоков. Могут не иметь двигателя, но использовать, например, рули курса и высоты, управляемые бортовым процессором, для достижения описанных выше целей.

Как правило, предназначены для ведения разведки. Собранная информация передается по радио в пункт управления через самолет или дрон сопровождения или через спутник.

Примеры: Cicada, TACAD, Pouncer

Беспилотник вертикального взлёта, который, оказавшись в воздухе, поворачивается горизонтально и летит, как дрон самолетного типа. Для посадки такой беспилотник вновь возвращается в вертикальное положение и приземляется на специальные "рёбра", отходящие от крыльев и хвоста, которые служат ему опорой. От конвертопланов такую конструкцию отличает отсутствие поворотных элементов.

Достоинства

способность вертикального взлета как у коптера (не требует катапульты или ВПП)

способность полета по-самолетному с опорой на фиксированное крыло

способность к зависанию в заданной точке

энергоэффективность выше, чем у коптера

простота в использовании

Особенности конструкции

для смены режима со "взлет-посадка" на "полёт" БЛА поворачивается в вертикальной плоскости

Беспилотники нетипичной конструкции, не являющиеся массовыми, необычные концепты беспилотников. Это, например: беспилотники с посадкой на воду; беспилотники с возможностью погружаться под воду и взлетать из под воды; беспилотники с возможностью приземления на вертикальную поверхность, способные на ней закрепляться и карабкаться по ней; и т.п. К ним можно отнести также монокоптеры - коптеры с единственным пропеллером. А также БЛА с искуственными перьями, позволяющими им маневрировать схожим с птицами образом.

Идея этой конструкции - убрать с беспилотника самую тяжелую его часть - батарею питания. При этом дрон подключается к наземному источнику питания - блоку питания, соединенному с сетью промышленного тока или к мощному аккумулятору. После чего такой показатель, как время непрерывного полета становится очень большим - часы, сутки, недели? Конечно, такой дрон, как правило, не летает взад-вперед, а остается на месте, над точкой, куда ведет его провод питания. Использовать подобные системы можно в двух основных целях - обеспечение наблюдения с помощью бортовой видеокамеры (камер) с возможностью обзора до 360 градусов. Или дрон может выполнять функции антенны, которая позволит вести сеанс связи даже в ситуациях, когда с земли этого бы сделать не получилось из-за кривизны поверхности нашей планеты.
Примеры: PARC, CyPhy, США; Tether Eye, AeroVironment, США; Z18 UF, Drone Volt, Франция - список далек от полноты.

Конструкция целого ряда существующих беспилотников позволяет их складывать для удобства переноски. Перед применением такие устройства раскладывают, подготавливая их запуску. Как правило, это не требует использования специальных навыков или применения инструментов.

Примеры: Agras, DJI, Китай; AheadX Transdrone A4, Китай; Ascent AeroSystems Sprite; Mavic PRO, DJI, Китай; Pocket Drone, Odyssey Toys, США; PowerEgg, PowerVision Robot, Китай; Rotem, IAI, Израиль; Snap, Vantage Robotics; S6, Wingsland, Китай; Yuneec Typhoon H и другие.

Примеры: Pocket Drone, Odyssey Toys; RoboBee, Гарвардский университет, США; Skeye Nano Drone, Skeeter.

Модульные беспилотники

Беспилотники, которые могут собираться в различной конфигурации в зависимости от задачи из унифицированных модулей.

2017.01.07 . Оригинальность идеи в том, что БЛА формируется из унифицированных модулей-квадрокоптеров, их число в БЛА определяется грузом, который нужно перевезти. После доставки БЛА может быть переконфигурирован, вновь разобран на отдельные модули-квадрокоптеры.

Ведение работ по разработке беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) считается одним из самых многообещающих курсов в развитии нынешней боевой авиации. Применение беспилотников или дронов уже привело к немаловажным переменам в тактике и стратегии военных конфликтов. Более того, считается, что в самое ближайшее время их значимость существенно приумножится. Некоторые военные эксперты считают, что положительный сдвиг в развитии беспилотников является самым важным достижением авиастроения последнего десятилетия.

Однако беспилотники применяются не только в военных целях. На сегодняшний день их активно задействуют и в «народном хозяйстве». С их помощью производится аэрофотосъемка, патрулирование, геодезические изыскания, мониторинг самых разнообразных объектов, а кое-кто даже доставляет покупки домой. Тем не менее, самые перспективные разработки новых беспилотников сегодня проводятся для военных нужд.

С помощью БПЛА решаются многие задачи. Главным образом, это разведдеятельность. Большая часть современных беспилотников создавались собственно для этого. В последние годы появляется все больше ударных беспилотных аппаратов. Отдельной категорией можно выделить дроны-камикадзе. Беспилотники могут вести радиоэлектронную борьбу, они могут быть ретрансляторами радиосигналов, корректировщиками для артиллерии, воздушными мишенями.

Впервые попытки создать летательные аппараты, неуправляемые человеком, предпринимались сразу же с появлением первых аэропланов. Однако практическое их осуществление произошло лишь в 70-х годах минувшего века. После чего начался подлинный «бум беспилотников». Дистанционно управляемую авиационную технику довольно-таки долго не получалось реализовать, но на сегодняшний день она производится в изобилии.

Как часто это бывает, лидирующее положение в сотворении дронов занимают американские компании. И это не удивительно, ведь финансирование за счет американского бюджета создания беспилотников было по нашим меркам просто астрономическим. Так в течение 90-х годов на аналогичные проекты затратили три млрд. долларов, тогда как в одном лишь 2003 году на них потратили больше одного млрд.

В наши дни ведутся работы по созданию новейших беспилотников с большей длительностью полета. Сами аппараты должны быть тяжелее и решать задачи в нелегкой обстановке. Разрабатываются дроны, предназначенные для борьбы с баллистическими ракетами, беспилотными истребителями, микродронами, способными действовать в составе больших групп (роев).

Работы над разработкой беспилотников ведутся во множестве стран мира. В этой индустрии задействована не одна тысяча компаний, но самые перспективные разработки идут прямиком к военным.

Беспилотники: достоинства и недостатки

Преимуществами беспилотных летательных аппаратов являются:

Существенное уменьшение габаритов в сравнении с обычными летательными аппаратами (ЛА), ведущее к уменьшению стоимости, повышению их живучести;
Потенциал по созданию малых БПЛА, которые могли бы выполнять самые разнообразные задачи в местах ведения боевых действий;
Способность проведения разведки и передачи информации в реальном времени;
Отсутствие ограничений по использованию в крайне тяжелой боевой обстановке, связанной с риском их утраты. При проведении важнейших операций легко можно принести в жертву несколько беспилотников;
Снижение (не на один порядок) летного эксплуатирования в мирное время, которое потребовалось бы традиционным ЛА, подготавливая летный состав;
Наличие высокой боеготовности и мобильности;
Потенциал по созданию малых, несложных мобильных комплексов беспилотников для формирований неавиационного характера.

К недостаткам БПЛА можно отнести:

Недостаточную гибкость использования в сравнении с традиционными ЛА;
Сложности решения вопросов со связью, посадкой, спасением аппаратов;
По надежности дроны все еще уступают обычным ЛА;
Ограничение полетов беспилотников в мирный час.

Немного из истории беспилотных летательных аппаратов (БПЛА)

Первым дистанционно управляемым самолетом стал Fairy Queen, построенный в 1933 году в Великобритании. Он был самолетом-мишенью для истребительной авиации и зениток.

А первым серийным беспилотником, участвовавшим в реальной войне, была ракета Фау-1. Это немецкое «чудо-оружие» обстреливало Великобританию. Всего изготовили до 25 000 единиц такой техники. Фау-1 обладала импульсным реактивным двигателем и автопилотом с данными о маршруте.

После войны над беспилотными разведсистемами работали в СССР и США. Советские беспилотники были самолетами-разведчиками. С их помощью проводилась аэрофотосъемка, радиоэлектронная разведка, а также ретрансляция.

Немало для развития беспилотников сделал Израиль. С 1978 года у них появился первый беспилотник IAI Scout. В ливанскую войну 1982 года израильская армия при помощи дронов целиком разбила сирийскую систему ПВО. В итоге Сирия потеряла почти 20 батарей ПВО и почти 90 самолетов. Это отразилось на отношении военной науки к БПЛА.

Американцы пользовались БПЛА в «Буре в пустыне» и в югославской кампании. В 90-х годах лидерами в разработке беспилотников они же и стали. Так с 2012 года у них было почти 8 тыс. единиц БПЛА самых разнообразных модификаций. В основном это были малые армейские разведдроны, но были и ударные БПЛА.

Первый из них в 2002 году ракетным ударом по автомашине ликвидировал одного из глав Аль-Каиды. С той поры применение БПЛА для ликвидации ОВО неприятеля или его подразделений стало обычным делом.

Разновидности беспилотников

В настоящее время имеется масса беспилотников, отличающихся своими размерами, внешним видом, дальностью полетов, а также функционалом. БПЛА отличаются способами управления и своей автономностью.

Они могут быть:

Неуправляемыми;
Дистанционно управляемыми;
Автоматическими.

По своим размерам беспилотники бывают:

Микродронами (до 10 кг);
Минидронами (до 50 кг);
Мидидронами (до 1 тонны);
Тяжелыми дронами (массой более тонны).

Микродроны, могут пребывать в воздушном пространстве до одного часа, минидроны – от трех до пяти часов, а мидидроны – до пятнадцати часов. Тяжелые дроны, могут пребывать в воздухе более двадцати четырех часов с совершением межконтинентальных перелетов.

Обзор зарубежных беспилотных летательных аппаратов

Основной тенденцией в развитии современных беспилотников является уменьшение их размеров. Таким примером может быть один из норвежских дронов компании Prox Dynamics. Вертолетный беспилотник обладает длиной 100 мм и массой 120 гр., дальностью до одного км, а длительностью полета до 25 мин. Он имеет три видеокамеры.

Серийно эти беспилотники начали выпускаться с 2012 года. Так, британскими военными было закуплено 160 комплектов PD-100 Black Hornet на сумму 31 млн. долларов, для проведения спецопераций на территории Афганистана.

Разрабатывают микродроны и в Соединенных Штатах. Они работают над специальной программой Soldier Borne Sensors, направленной на разработку и внедрение разведдронов с потенциалом добывать информацию для взводов или рот. Имеются сведения о планировании американским армейским руководством обеспечить индивидуальными дронами всех бойцов.

На сегодняшний день самым тяжелым дроном в армии США считается RQ-11 Raven. Он располагает массой 1,7 кг, размахом крыльев 1,5 м и полетом до 5 км. С электродвигателем беспилотник развивает скорость до 95 км/ч, а пребывает в полете до одного часа.

Он обладает цифровой видеокамерой с ночным видением. Запуск производится с рук, а для посадки не нужна спецплощадка. Аппараты могут летать по заданным маршрутам в автоматическом режиме, ориентирами для них могут служить GPS-сигналы, либо управляться операторами. Эти беспилотники пребывают на вооружении более десятка государств.

Тяжелым американским армейским БПЛА является RQ-7 Shadow, ведущий разведку на бригадном уровне. Серийно стал производиться с 2004 года и обладает двухкилевым оперением с толкающим винтом и несколькими модификациями. Эти беспилотники оснащаются обычными или инфракрасными видеокамерами, радиолокаторами, подсветкой целей, лазерными дальномерами, а также мультиспектральными камерами. К аппаратам подвешиваются управляемые пятикилограммовые бомбы.

RQ-5 Hunter является среднеразмерным полутонным дроном, совместной американо-израильской разработки. В его арсенале имеется телевизионная камера, тепловизор третьего поколения, лазерный дальномер и прочее оборудование. Его запускают со спецплатформы ракетным ускорителем. Зона его полетов находится в радиусе действия до 270 км, в течение 12 часов. Некоторые модификации Хантеров обладают подвесками для небольших бомб.

MQ-1 Predator — самый известный американский БПЛА. Это «перевоплощение» разведывательного дрона в ударный, располагающий несколькими модификациями. «Хищник» ведет разведку и наносит высокоточные наземные удары. Обладает предельной взлетной массой более тонны, станцией РЛС, несколькими видеокамерами (в т. ч. и ИК-системой), прочим оборудованием и несколькими модификациями.

В 2001 году для него создали высокоточную ракету с лазерным наведением Hellfire-C, которую в следующем году применяли на территории Афганистана. В комплексе есть четыре беспилотника, станция управления и терминал спутниковой связи, а стоит он более четырех млн. долларов. Самая продвинутая модификация — MQ-1C Grey Eagle с большим размахом крыльев и более совершенным двигателем.

MQ-9 Reaper — следующий американский ударный БПЛА, имеющий несколько модификаций, известный с 2007 года. Он обладает большей длительностью полета, управляемыми авиабомбами, более совершенной радиоэлектроникой. MQ-9 Reaper превосходно зарекомендовал себя в иракской и афганской кампании. Его преимущество перед F-16 — меньшая закупочная и эксплуатационная цена, большая длительность полета без риска для жизни пилота.

1998 год — первый полет американского стратегического беспилотного разведчика RQ-4 Global Hawk. В настоящее время это самый большой БПЛА с взлетной массой более 14 т, с полезной нагрузкой в 1,3 т. Может пребывать в воздушном пространстве 36 часов, преодолевая при этом 22 тыс. км. Предполагается, что эти дроны заменят самолеты-разведчики U-2S.

Обзор российских БПЛА

Что же в наши дни находится в распоряжении российской армии, и какие имеют перспективы российские БПЛА в ближайшее время?

«Пчела-1Т» — советский дрон, впервые взлетел в 1990 году. Он был корректировщиком огня для систем залпового огня. Обладал массой 138 кг, радиусом действия до 60 км. Стартовал со спецустановки ракетным ускорителем, садился на парашюте. Использовался в Чечне, но устарел.

«Дозор-85» -разведдрон для погранслужбы с массой 85 кг, время полета до 8 часов. Разведывательно-ударный БПЛА «Скат» являлся перспективной машиной, но пока работы приостановлены.

БПЛА «Форпост» является лицензионной копией израильского Searcher 2. Он разрабатывался еще 90-х. «Форпост» обладает взлетной массой до 400 кг, дальностью полета до 250 км, спутниковой навигацией и телекамерами.

В 2007 году на вооружение приняли разведдрон «Типчак» , со стартовой массой 50 кг и длительностью полета до двух часов. Имеет обычную и инфракрасную камеру. «Дозор-600» является многоцелевым аппаратом, разработанный «Транзасом», был представлен на выставке МАКС-2009. Его считают аналогом американского «Хищника».

БПЛА «Орлан-3М» и «Орлан-10» . Их разрабатывали для проведения разведки, поисково-спасательных работ, целеуказаний. Беспилотники чрезвычайно похожи по своему внешнему виду. Однако незначительно отличаются своей взлетной массой и дальностью полета. Стартуют они при помощи катапульты, а совершают посадку на парашюте.

Беспилотники в последнее время получают все большее распространение. Их начинают применять повсеместно: в воздухе, на воде и на суше. Ученые всего мира возлагать большие надежды на беспилотные устройства и рассчитывают, что в будущем не будет ни одной сферы, где они не будут применяться. Сегодня эти аппараты являются одним из наиболее перспективных направлений в развитии военных технологий. Их применение уже привело к существенному изменению тактики ведения боя.

Планируется, что и в гражданском секторе произойдут существенные изменения. К 2025 году глобальный рынок технологий использования беспилотников вырастет в несколько сотен раз, что приведет к вытеснению многих существующих операционных процессов. Стоимость аппаратов постепенно снижается, а с внедрением их в крупносерийное производство они станут стоить совсем немного, что приведет к их повсеместному использованию.

Виды

В оздушные . БПЛА находят все большее применение, так как воздушным дроном управлять на порядок проще, ведь в воздухе практически отсутствуют какие-либо препятствия. Это многообразные летающие военные роботы, дроны для фото и видеосъемки, развлекательные аппараты, дирижабли, в том числе агрегаты доставляющие товары и посылки.

БПЛА по предназначению:

Коммерческие или гражданские . Они предназначены для перевозки грузов, строительства, удобрения полей, научных исследованиях и тому подобное.

Потребительские . В большинстве случаев они используются для развлечения, к примеру, для гонок, снятие высотных видео и так далее.

Боевые . Они имеют сложную конструкцию, их используют для военных целей.

По конструкции воздушные беспилотники могут быть следующих видов:

Беспилотники с фиксированным крылом . К их преимуществам можно отнести большую дальность и скорость полета.
Мультикоптеры . Они могут иметь разное число пропеллеров: от 2-х до 8-ми. Пропеллеры у некоторых моделей могут складываться.
Беспилотники вертолетного типа.
Конвертопланы . Особенность таких моделей в том, что они взлетают «по вертолетному», а в полете передвигаются подобно самолету, опираясь на крылья.
Глайдеры или планеры . Эти устройства могут быть с двигателем или без двигателя. В большинстве случаев их используют для разведывательных операций.
Тейлситтеры . БПЛА для смены режима полета поворачивает свою конструкцию в вертикальной плоскости.
Экзотические . Эти устройства имеют нетипичную конструкцию, к примеру, аппараты, способные садиться на воду, взлетать с нее и погружаться в нее. Также это могут быть устройства, которые приземляются на вертикальную поверхность и могут карабкаться по ней.
Привязные беспилотники . Их особенность в том, что энергия поступает к такому дрону по проводу.
Миниатюрные .
Модульные .

Наземные беспилотники . Их конструкция создается с учетом наличия многочисленных препятствий и объектов, которые могут оказаться под колесами. Также здесь необходимо учитывать тип грунта. В данном случае большой перспективой обладают военные разработки.

На ровных покрытиях ситуация обстоит несколько по-другому. В этом направлении работает множество компаний, развивающих гражданский автомобильный сектор. Ограничивают внедрение подобных устройств действующие законы. Но сегодня уже имеются определенные подвижки, которые позволят в ближайшие годы внедрить эти автомобили.

Водные беспилотники . Это танкеры, подлодки, робо-рыбки и так далее. Изобретатели постоянно совершенствуют устройства, создавая роботехнические водомерки, медузы, рыбки.

Космические беспилотники . Их особенность в том, что это невероятно сложные и точные устройства, которые не терпят ошибок. На их производство выделяются огромные деньги, но в основном создаются единичные экземпляры.

Устройство

Беспилотныелетающие устройства в большинстве случаев состоят из следующих основных элементов:

Устройство регуляции оборотов винта.
Пропеллер.
Двигатель.
Полетный контроллер.
Рама.

Основой летающего аппарата является рама. Именно на нее устанавливаются все элементы. В большинстве случаев ее делают из полимеров и разных сплавов металлов. Полетный контроллер управляет дроном. На него приходят сигналы от пульта управления. В контроллер входят процессор, барометр, который, определяет высоту, акселерометр, гироскоп, GPS-навигатор, оперативное запоминающее устройство, устройство приема сигнала.

Двигатели, регуляторы и пропеллеры отвечают за полет беспилотника. При помощи регулятора задается скорость летающего аппарата. Аккумулятор является источником энергии для двигателя, а также других элементов дрона. Коммерческие и потребительские беспилотники управляются при помощи пульта управления. Военные агрегаты управляются как с помощью пульта, так и спутниковых систем.

Устройство наземных беспилотников несколько отличается от летающих. Большая часть разработчиков применяет уже существующие транспортные средства, в которые встраивает средства управления, камеры, сенсоры и датчики. По степени автоматизации это могут быть полностью автономные устройства или агрегаты, которые управляются частично или полностью человеком, но на расстоянии. Военные наземные беспилотники могут быть миниатюрными в виде червей и змей и огромными в виде танков, разминирующих, десантных и пехотных машин.

Устройство гражданских машин выполнена с учетом следующих элементов:

Лазерные, звуковые, инфракрасные и другие датчики.
Навигация, которая объединяет электронные карты и GPS систему.
Сервер с аккумуляторами и ПО.
Автоматизированные органы управления, куда входят система управления движком, управление рулем, система тормозов.
Трансмиссия.
Беспроводная сеть, через которую может происходить управление, загружаться программы, карты и другие данные.

Принцип действия

Коммерческие и потребительские беспилотныеустройства в большей части случаев управляются при помощи пульта управления. Однако могут быть и полностью автоматические аппараты. Пульт дистанционного управления отправляет сигналы в контроллер.

Контроллер производит обработку полученных сигналов, и далее отправляет команды на различные элементы беспилотника. К примеру, сигнал об увеличении скорости заставляет пропеллер крутиться быстрее, что приводит к повышению скорости и перемещения беспилотника.

В полностью автоматизированных наземных аппаратах отсутствуют типичные органы управления, свойственные стандартным автомобилям. Здесь нет педалей, рулевого колеса. Пассажиру необходимо только активировать, то есть указать пункт назначения, куда ему нужно ехать, или деактивировать систему.

Беспилотныеавтомобили обычно имеют разнообразные датчики и сенсоры, которые помогают им ориентироваться в пространстве. Основой их, к примеру, может быть 64-лучевой светодальномер, который устанавливается на крыше машины. При помощи этого прибора генерируется детальная карта пространства, которая находится вокруг машины. Далее автомобиль комбинирует полученные сведения с высокоточными картами и обрабатывает их.

В результате он может передвигаться, избегая любых возникающих препятствий. Также на автомобиле находятся и другие сенсоры и приборы, в том числе радары на бамперах, камеры переднего и заднего вида, инерциальные измерители, колесные датчики, позволяющие определять положение и отслеживать движение автомобиля.

Применение

Военные создают и более миниатюрные устройства в виде насекомых, червей и змей. Они смогут незаметно использоваться для разведки и даже для уничтожения целей. К примеру, дрон в виде осы может напасть на врага, кольнув его жалом и выпустив смертельный яд.

Беспилотные аппараты могут использоваться для доставки грузов, пиццы, почты или медикаментов.
БПЛА помогают бороться с браконьерами, выявлять пожары и свалки, сажать леса, инспектировать вырубки, вести учет животных в стаде.

В последние годы появилось большое количество публикаций по использованию для решения топографических задач беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), или беспилотных авиационных систем (БАС). Такой интерес в немалой степени вызван простотой их эксплуатации, экономичностью, относительно невысокой стоимостью, оперативностью и т.д. Перечисленные качества и наличие эффективных программных средств автоматической обработки материалов аэрофотосъемки (включая выбор необходимых точек) открывают возможности широкого использования программно-технических средств беспилотной авиации в практике инженерно-геодезических изысканий.

В этом номере обзором технических средств беспилотной авиации мы открываем серию публикаций о возможностях БПЛА и опыте их использования при полевых и камеральных работах.

Д.П. ИНОЗЕМЦЕВ,руководитель проекта ООО«ПЛАЗ»,г. Санкт-Петербург

БЕСПИЛОТНЫЕ ЛЕТАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ: ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА

Часть 1. Обзор технических средств

ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА

Беспилотные летательные аппараты появились в связи с необходимостью эффективного решения военных задач - тактической разведки, доставки к месту назначения боевого оружия (бомб, торпед и др.), управления боевыми действиями и пр. И не случайно первым их применением считается доставка австрийскими войсками бомб к осажденной Венеции с помощью воздушных шаров в 1849 году . Мощным импульсом к развитию БПЛА послужило появление радиотелеграфа и авиации, что позволило существенно улучшить их автономность и управляемость.

Так, в 1898 году Никола Тесла разработал и продемонстрировал миниатюрное радиоуправляемое судно, а уже в 1910 году американский военный инженер Чарльз Кеттеринг предложил, построил и испытал несколько моделей беспилотных летательных аппаратов . В 1933 году в Великобритании разработан первый БПЛА

многократного использования, а созданная на его основе радиоуправляемая мишень использовалась в королевском флоте Великобритании до 1943 года.

На несколько десятков лет опередили свое время исследования немецких ученых, давших миру в 1940-х годах реактивный двигатель и крылатую ракету «Фау-1» как первый применявшийся в реальных боевых действиях беспилотный летательный аппарат.

В СССР в 1930–1940 годы авиаконструктором Никитиным был разработан торпедоносец-планер типа «летающее крыло», а к началу 40-х был подготовлен проект беспилотной летающей торпеды с дальностью полета от 100 километров и выше, однако в реальные конструкции эти разработки не превратились.

После окончания Великой Отечественной войны интерес к БПЛА существенно возрос, а начиная с 1960-х годов отмечается их широкое внедрение для решения задач невоенного характера.

В целом историю БПЛА можно условно разделить на четыре временных этапа :

1.1849 год–начало ХХ века - попытки и экспериментальные опыты по созданию БПЛА, формирование теоретических основ аэродинамики, теории полета и расчета самолета в работах ученых.

2.Начало ХХ века - 1945 год - разработка БПЛА военного назначения (самолетов-снарядов с небольшой дальностью и продолжительностью полета).

3.1945–1960 годы - период расширения классификации БПЛА по назначению и создание их преимущественно для разведывательных операций.

4.1960 годы - наши дни - расширение классификации и усовершенствование БПЛА, начало массового использования для решения задач невоенного характера.

КЛАССИФИКАЦИЯ БПЛА

Общеизвестно, что аэрофотосъемка, как вид дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), - это наиболее производительный метод сбора пространственной информации, основа для создания топографических планов и карт, создания трехмерных моделей рельефа и местности. Аэрофотосъемка выполняется как с пилотируемых летательных аппаратов - самолетов, дирижаблей мотодельтапланов и аэростатов, так и с беспилотных летательных аппаратов (БПЛА).

Беспилотные летательные аппараты, как и пилотируемые, бывают самолетного, а также вертолетного типа (вертолеты и мультикоптеры - летательные аппараты с четырьмя и более роторами с несущими винтами). В настоящее время в России не существует общепринятой классификации БПЛА самолетного типа. Missiles.

Ru совместно с порталом UAV.RU предлагает современную классификацию БПЛА самолетного типа , разработанную на основе подходов организации UAV International, но с учетом специфики и ситуации именно отечественного рынка (классы) (табл. 1):

Микро- и мини-БПЛА ближнего радиуса действия. Класс миниатюрных сверхлегких и легких аппаратов и комплексов на их основе с взлетной массой до 5 килограммов начал появляться в России относительно недавно, но уже довольно

широко представлен. Такие БПЛА предназначены для индивидуального оперативного использования на коротких дальностях на удалении до 25–40 километров. Они просты в эксплуатации и транспортировке, вы полняются складными и позиционируются как «носимые», запуск осуществляется, с помощью катапульты или с руки. Сюда относятся: Geoscan 101 , Geoscan 201 , 101ZALA 421-11, ZALA 421-08, ZALA 421-12, Т23 «Элерон», Т25, «Элерон-3», «Гамаюн-3», «Иркут-2М», «Истра-10»,

«БРАТ», «Локон», «Инспектор 101», «Инспектор 201», «Инспектор 301» и др.

Легкие БПЛА малого радиусадействия. К этому классу относятся несколько более крупные аппараты - взлетной массой от 5 до 50 килограммов. Дальность их действия - в пределах 10–120 километров.

Среди них: Geoscan 300, «ГрАНТ», ZALA 421-04, Орлан-10, ПтероСМ , ПтероЕ5 , Т10, «Эле рон-10», «Гамаюн-10», «Иркут-10»,

Т92 «Лотос», Т90 (Т90-11), Т21, Т24, «Типчак» БПЛА-05, БПЛА-07, БПЛА-08.

Легкие БПЛА среднего радиуса действия. Ряд отечественных образцов можно отнести к этому классу БПЛА. Их масса варьируется в пределах 50–100 килограммов. К ним относится: Т92М «Чибис», ZALA 421-09,

«Дозор-2», «Дозор-4», «Пчела-1Т».

Средние БПЛА. Взлетная масса средних БПЛА лежит в диапазоне от 100 до 300 килограммов. Они предназначены для применения на дальностях 150–1000 километров. В этом классе: М850 «Астра», «Бином», Ла-225 «Комар», Т04, Е22М «Берта», «Беркут», «Иркут-200».

Среднетяжелые БПЛА. Этот класс имеют схожую с БПЛА предыдущего класса дальность применения, но обладают несколько большей взлетной массой - от 300 до 500 килограммов.

К этому классу следует отнести: «Колибри», «Данэм», «Дань-Барук», «Аист» («Юлия»), «Дозор-3».

Тяжелые БПЛА среднего радиуса действия. Данный класс включает БПЛА полетной массой от 500 и более килограммов, предназначены для применения на средних дальностях 70–300 километров. В классе тяжлых следующие: Ту-243 «Рейс-Д», Ту-300, «Иркут-850», «Нарт» (А-03).

Тяжелые БПЛА большой продолжительности полета. Достаточно востребованная за рубежом категория беспилотных аппаратов, к которой относятся американские БПЛА Predator, Reaper, GlobalHawk, израильские Heron, Heron TP. В России образцы практически отсутствуют: «Зонд-3M», «Зонд-2», «Зонд-1», беспилотные авиационные системы Сухого («БасС»), в рамках которой создается роботизированный авиационный комплекс (РАК).

Беспилотные боевые самолеты (ББС). В настоящее время в мире активно ведутся работы по созданию перспективных БПЛА, имеющих возможность нести на борту оружие и предназначенных для ударов по наземным и надводным стационарным и подвижным целям в условиях сильного противодействия сил ПВО противника. Они характеризуются дальностью действия около 1500 километров и массой от 1500 килограммов.

На сегодняшний день в России в классе ББС представлено два проекта: «Прорыв-У», «Скат» .

На практике для аэрофотосъемки, как правило, применяются БПЛА весом до 10–15 килограммов (микро-, мини-БПЛА и легкие БПЛА). Это связано с тем, что при увеличении взлетного веса БПЛА растет сложность его разработки и, cоответственно, стоимость, но снижается надежность и безопасность эксплуатации. Дело в том, что при посадке БПЛА выделяется энергия E = mv2 / 2, а чем больше масса аппарата m, тем больше его посадочная скорость v, то есть выделяемая при посадке энергия очень быстро растет с ростом массы. А эта энергия может повредить как сам БПЛА, так и находящееся на земле имущество.

Беспилотный вертолет и мультикоптер лишены этого недостатка. Теоретически, такой аппарат можно посадить со сколь угодно малой скоростью сближения с Землей. Однако беспилотные вертолеты слишком дороги, а коптеры пока не способны летать на большие расстояния, и применяются только для съемки локальных объектов (отдельных зданий и сооружений).

Рис. 1. БПЛА Mavinci SIRIUS Рис. 2. БПЛА Geoscan 101

ПРЕИМУЩЕСТВА БПЛА

Превосходством БПЛА перед пилотируемыми воздушными судами является, прежде всего, стоимость производства работ, а также значительное уменьшение количества регламентных операций. Само отсутствие человека на борту самолета значительно упрощает подготовительные мероприятия для проведения аэрофотосъемочных работ.

Во-первых, не нужен аэродром, даже самый примитивный. Беспилотные летательные аппараты запускаются или с руки, или с помощью специального взлетного устройства - катапульты.

Во-вторых, особенно при использовании электрической двигательной схемы, отсутствует необходимость в квалифицированной технической помощи для обслуживания летательного аппарата, не так сложны мероприятия по обеспечению безопасности на объекте работ.

В-третьих, отсутствует или намного увеличен межрегламентный период эксплуатации БПЛА по сравнению с пилотируемым воздушным судном.

Данное обстоятельство имеет большое значение при эксплуатации аэрофотосъемочного комплекса в удаленных районах нашей страны. Как правило, полевой сезон аэрофотосъемочных работ короток, каждый погожий день необходимо использовать для производства съемки.

УСТРОЙСТВО БПЛА

две основные схемы компоновки БПЛА: классическая (по схеме «фюзеляж+крылья+хвост»), к которой относится, например БПЛА «Орлан-10», Mavinci SIRIUS (рис. 1) и др., и «летающее крыло», к которой относятся Geoscan101 (рис. 2), Gatewing X100 , Trimble UX5 и др.

Основными частями беспилотного аэрофотосъемочного комплекса являются: корпус, двигатель, бортовая система управления (автопилот), наземная система управления (НСУ) и аэрофотосъемочное оборудование.

Корпус БПЛА изготавливают излегкого пластика (например, углепластика или кевлара), чтобы защитить дорогостоящую фотоаппаратуру и средства управления и навигации, а его крылья - из пластика или экструдированного пенополистирола (EPP). Этот материал легок, достаточно прочен и не ломается при ударе. Деформированную деталь из ЕРР зачастую можно восстановить подручными средствами.

Легкий БПЛА с посадкой на парашюте может выдержать несколько сотен полетов без ремонта, который, как правило, включает замену крыльев, элементов фюзеляжа и др. Производители стараются удешевить части корпуса, подверженные износу, чтобы расходы пользователя на поддержа-БПЛА в рабочем состоянии были минимальными.

Надо отметить, что наиболее дорогостоящие элементы аэрофотосъемочного комплекса, наземная система управления, авионика, программное обеспечение, - вообще не подвержены износу.

Силовая установка БПЛА можетбыть бензиновой или электрической. Причем, бензиновый двигатель обеспечит намного более продолжительный полет, так как в бензине, в расчете на килограмм, запасено в 10–15 раз больше энергии, чем мож-но сохранить в самом лучшем аккумуляторе. Однако такая силовая установка сложна, менее надежна и требует значительного времени для подготовки БПЛА к старту. Кроме того, беспилотный летательный аппарат с бензиновым двигателем крайне сложно перевозить к месту работ на самолете. Наконец, он требует от оператора высокой квалификации. Поэтому бензиновый БПЛА имеет смысл применять только в тех случаях, когда необходима очень большая продолжительность полета - для непрерывного мониторинга, для обследования особо удаленных объектов.

Электрическая двигательная установка, напротив, очень нетребовательна к уровню квалификации обслу-живающего персонала. Современные аккумуляторные батареи могут обеспечить длительность непрерывного полета свыше четырех часов. Обслуживание электрического двигателя совсем несложно. Преимущественно это только защита от влаги и грязи, а также проверка напряжения бортовой сети, что осуществляется с наземной системы управления. Зарядка аккумуляторов производится от бортовой сети сопровождающего автомобиля или от автономного электрогенератора. Бесколлекторный электрический двигатель БПЛА практически не изнашивается.

Автопилот -с инерциальной системой (рис. 3) - наиболее важный элемент управления БПЛА.

Автопилот весит всего 20–30 граммов. Но это очень сложное изделие. В автопилоте, кроме мощного процессора, установлено множество датчиков - трехосевые гироскоп и акселерометр (а иногда и магнитометр), ГЛО-НАСС/GPS-приемник, датчик давления, датчик воздушной скорости. С этими приборами беспилотный летательный аппарат сможет летать строго по заданному курсу.

Рис. 3. АвтопилотMicropilot

В БПЛА имеется радиомодем, необходимый для загрузки полетного задания, передачи в наземную систему управления телеметрических данных о полете и текущем местоположении на участке работ.

Наземная система управления

(НСУ) -это планшетный компьютерили ноутбук, оснащенный модемом для связи с БПЛА. Важная часть НСУ - программное обеспечение для планирования полетного задания и отображения хода его выполнения.

Как правило, полетное задание составляется автоматически, по заданному контуру площадного объекта или узловым точкам линейного объекта. Кроме того, существует возможность проектирования полетных маршрутов, исходя из необходимой высоты полета и требуемого разрешения фотоснимков на местности. Для автоматического выдерживания заданной высоты полета есть возможность учесть в полетном задании цифровую модель местности в распространенных форматах.

Во время полета на картографической подложке монитора НСУ отображается положение БПЛА и контуры снимаемых фотографий. Оператор имеет возможность во время выполнения полета оперативно перенацелить БПЛА на другой район посадки и даже оперативно посадить беспилотник с «красной» кнопки наземной системы управления. По команде с НСУ могут быть запланированы и другие вспомогательные операции, например - выброс парашюта.

Кроме обеспечения навигации и обеспечения полета автопилот должен управлять фотоаппаратом, чтобы получать снимки с заданным межкадровым интервалом (как только БПЛА пролетит нужное расстояние от предыдущего центра фотографирования). Если заранее рассчитанный межкадровый интервал не выдерживается стабильно, приходится настраивать время срабатывания затвора с таким расчетом, чтобы даже при попутном ветре продольное перекрытие было достаточным.

Автопилот должен регистрировать координаты центров фотографирования геодезического спутникового приемника ГЛОНАСС/GPS, чтобы программа автоматической обработки снимков смогла построить модель быстро и привязать ее к местности. Требуемая точность определения координат центров фотографирования зависит от технического задания к выполнению аэрофотосъемочных работ.

Аэрофотосъемочное оборудование на БПЛА устанавливается в зависимости от его класса и цели использования.

На микро- и мини-БПЛА устанавливаются компактные цифровые фотокамеры, комплектуемые сменными объективами с постоянным фокусным расстоянием (без трансфокатора или zoom-устройства) весом 300–500 граммов. В качестве таких камер в настоящее время используются фотоаппараты SONY NEX-7

с матрицей 24,3 МП, CANON600D матрицей 18,5 МП и подобные им. Управление срабатыванием затвора и передача сигнала от затвора в спутниковый приемник производится с помощью штатных или незначительно доработанных электрических разъемов фотоаппарата.

На легкие БПЛА малого радиуса действия устанавливаются зеркальные фотокамеры с большим размером светочувствительного элемента, например CanonEOS5D(размер сенсора 36×24 мм) , NikonD800 (матрица 36,8 МП (размер сенсора 35,9×24 мм)), Pentax645D(CCD-сенсор 44×33 мм, матрица 40 МП) и им подобные, весом 1,0–1,5 килограмма.

Рис. 4. Схема размещения аэроснимков (голубые прямоугольники с подписями номеров)

ВОЗМОЖНОСТИ БПЛА

Согласно требованиям документа «Основные положения по аэрофотосъемке, выполняемой для создания и обновления топографических карт и планов» ГКИНП-09-32-80 носитель аэрофотосъемочной аппаратуры должен предельно точно следовать проектному положению маршрутов аэрофотосъемки, выдерживать заданный эшелон (высоту фотографирования), обеспечивать требования по соблюдению предельных отклонений по углам ориентирования фотокамеры - наклон, крен, тангаж. Кроме того, навигационная аппаратура должна обеспечивать точное время срабатывания фотозатвора и определять координаты центров фотографирования.

Выше указывалась аппаратура, интегрированная в автопилот: это микробарометр, датчик воздушной скорости, инерциальная система, навигационная спутниковая аппаратура. По проведен-ным испытаниям (в частности, БПЛА Geoscan101) были установлены следующие отклонения реальных параметров съемки от заданных:

Уклонения БПЛА от оси маршрута - в диапазоне 5–10 метров;

Уклонения высот фотографирования - в диапазоне 5–10 метров;

Колебание высот фотографирования смежных снимков - не более

Возникающие в полете «елочки» (развороты снимков в горизонтальной плоскости) обрабатываются автоматизированной системой фотограмметрической обработки без заметных негативных последствий.

Фотоаппаратура, устанавливаемая на БПЛА, позволяет получить цифровые изображения местности с разрешением лучше 3 сантиметров на один пиксель. Применение коротко-, средне-, и длиннофокусных фотообъективов определяется ха-рактером получаемых готовых мате-риалов: будь это модель рельефа или ортофотоплан. Все расчеты производятся так же, как и в «большой» аэрофотосъемке.

Применение двухчастотной ГЛО-НАСС/GPSспутниковой геодезической системы для определения координат центров снимков позволяет в процессе постобработки получить координаты центров фотографирования с точностью лучше 5 сантиметров, а применение метода PPP(PrecisePointPositioning) - позволяет определять координаты центров снимков без использования базовых станций или на значительном удалении от них.

Конечная обработка материалов аэрофотосъемки может служить объективным критерием оценки качества выполненной работы. Для иллюстрации можно рассмотреть данные об оценке точности фотограмметрической обработки материалов аэрофотосъемки с БПЛА, выполненной в ПО «PhotoScan» (производства фирмы Agisoﬅ, г. СанктПетербург) по контрольным точкам (табл. 2).

Номера точек	Ошибки по осям координат, м	Абс, пикс	Проекции
Номера точек			Проекции





(ΔD)2= ΔХ2+ ΔY2+ ΔZ2

ПРИМЕНЕНИЕ БПЛА

В мире, а в последнее время и в России, беспилотные летательные аппараты применяются в геодезических изысканиях при строительстве , для составления кадастровых планов промышленных объектов, транспортной инфраструктуры, поселков, дачных массивов, в маркшейдерском деле для определения объемов горных выработок и отвалов, при учете движения сыпучих грузов в карьерах, портах, горнообогатительных комбинатах, для создания карт, планов и 3D-моделей городов и предприятий.

3. Цепляева Т.П., Морозова О.В. Этапы развития беспилотных летательных аппаратов. М., «Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии», № 42, 2009.