Беспилотный конвертоплан – уникальная разработка КНИТУ-КАИ

В августе 2018 года в рамках IX Международной специализированной выставки «Авиакосмические технологии, современные материалы и оборудование» (АКТО) прошел конкурс инновационных разработок. Гран-при престижного конкурса получила разработка, над которой с 2015 года работала команда из более чем 20 сотрудников и студентов кафедры конструкций и проектирования летательных аппаратов (КиПЛА) КНИТУ-КАИ – беспилотный летательный аппарат вертикального взлета и посадки (конвертоплан).

Все начиналось с летательных аппаратов с поворотными крыльями, затем работа перешла «вглубь»: производилось улучшение схем, увеличение полезной нагрузки.

«Беспилотный летательный аппарат вертикального взлета и посадки представляет с собой аппарат, летающий в двух режимах: вертикальный (подъем на подушных винтах) и горизонтальный (с использованием маршевого двигателя), – поясняет доцент кафедры КиПЛА Никита Левшонков. – Когда аппарат поднимается, управление полностью лежит на двигателе. Далее включается маршевый двигатель, и беспилотный аппарат летит горизонтально. Он управляется автоматически бортовым компьютером. Но для отладки режимов возможно использование пульта управления (радиус действия до двух километров)».

О конвертоплане

Конвертоплан способен разгоняться до 140 км/ч, подниматься на высоту до 1 км и имеет дальность полета до 100 км. Двигатель работает на топливе АИ-95, а максимальная продолжительность полета – один час (расходуется 1 литр топлива). Себестоимость беспилотного аппарата с полезной нагрузкой 1 кг – до 800 тысяч рублей в зависимости от комплектации.

Основная составная часть конвертоплана – это фюзеляж, в котором находятся основные элементы (двигатель, бензобак). Также здесь расположена важнейшая составляющая – программа, управляющая аппаратом, полностью созданная программистами КНИТУ-КАИ. Вторая часть – подъемная система, представленная четырьмя двигательными системами, соосные винты прикрепляются как сверху, так и снизу. Основное преимущество соосных винтов – прирост тяги при ограничениях на диаметр винтов.

Об этапах испытаниях разработки

Первый шаг. Сначала производится настройка угловой стабилизации, когда конвертоплан поднимается с помощью подъемных двигателей. Аппарат ставят на «коромысло», вращающееся под любым углом. Программа подбирает коэффициент тяги каждого двигателя так, чтобы удержать конвертоплан в равновесном положении.

Затем беспилотный аппарат подвешивают на тросовом подвесе, в этом состоянии он может перемещаться вперед-назад и влево-вправо. На данном этапе также проводится стабилизация: программа изменяет динамические коэффициенты.

На следующем этапе аппарат испытывают на установке для моделирования условий полета. Разработку подвешивают на карданном креплении, а установка создает горизонтальную скорость до 60 км/ч. Создатели должны отрегулировать управление рулями, чтобы в полете аппарат держался горизонтально.

Конвертоплан ставится на землю, производится определение стартовой ориентации, затем поднимается вертикально (по программе или с пульта управления). После подъема на заданную высоту включается маршевый двигатель, аппарат разгоняется и переходит в самолетный режим полета. Подъемные двигатели выключаются.

Когда конвертоплан из одной точки попадает в другую, команда отслеживает его перемещения с помощью GPS. Данные заносятся в регистратор, а уже потом анализируются.

О преимуществах разработки КНИТУ-КАИ и областях применения конвертоплана

Взлет осуществляется по вертолетному принципу. Конвертоплан может подолгу зависать в одной точке, выполняя, например, видео- или фотосъемку. Кроме того, ему не требуется взлетно-посадочная полоса. Аппарат может взлетать с любой площадки с помощью автоматического управления без дополнительных устройств. Модульная конструкция не только облегчает, но и удешевляет обслуживание, поскольку имеется возможность замены определенного блока или модуля.

Именно поэтому охват применения разработки КНИТУ-КАИ весьма широк: это энергетика и связь (картографирование, мониторинг линий электропередач, линий связи, других объектов), дорожное хозяйство (оценка состояния дорог, аэрофотосъемка автомобильных и железных дорог, придорожной обстановки), сельское хозяйство (аэрофотосъемка и картографирование сельскохозяйственных угодий, наблюдение и мониторинг за с/х культурами), нефте- и газодобывающие отрасли и, конечно, оборонный сектор.

Правовой базы для управления конвертопланом пока не существует, чтобы иметь возможность его использовать необходимо только разрешение на полеты.

О заказчиках

Два аппарата, различные по взлетной массе и полезной нагрузке, уже были переданы заказчикам. В будущем разработчики планируют перейти к созданию крупногабаритных летательных аппаратов с полезной нагрузкой в несколько десятков килограммов. По словам создателей, в России есть потребность в конвертопланах большой размерности до 6 тонн, с полезной нагрузкой от 500 до 1000 кг. Соответственно, для данного аппарата необходимы создание новых технологий и новые вложения.

Источник: https://kai.ru/news/new?id=10345680