Критерии выбора устройства посадки бпла как подсистемы входящей в комплекс дпла

Обновлено: 05.10.2024

Для БПЛА гражданского применения одна из серьезных проблем это метод посадки. "Полезная" нагрузка больно дорогая.
Какие у кого есть идеи как посадить БПЛА. Посадочная около 60 км\ч, вес 20 кг размах 4м . Подготовленной площадки не имеется
Парашютная и с помощью оператора ненадежны.
Принимаются любые идеи, даже самые дурацкие , но не противоречащие законам физики

Гость

Хboct

Старейший участник

Парашют+надувная подушка. При ГРАМОТНОМ исполнении обоих компонентов все надежно и четко работат. Ну на столько, на сколько может быть надежна беспилотная техника

Гость

Obormot

С мечтой о небе.

1. баллончик с гелием(водородом) и шар. по идее при правильном расчете можно сесть очень мягко

2. посадка "врассыпную".

перед землей самолет просто расстыковывается - отдельно контейнер, отдельно крыло, отдельно мотор и т.д. смысл: каждая отдельная часть имеет малую массу, и соотв при падении она не повреждается. когда самолет падает целиком, то вся его масса действует на всего одну точку касания - и получается, что морда всмятку, а хвост целый. а если каждый модуль упадет сам по себе, то и парашют не нужен.

на уровне моделей я проверял - самому было интересно - эффект есть. скидывал с высоты на плотный утоптаный грунт некую модель из бумаги с грузом состоящую из 4 частей - когда они вместе, модель летит отвесно вниз, если расстыковать (1 точка крепления и мелкая петарда) то каждая часть сначала отходит в сторону, потом падает "как попало", как правило кувырком и соотв заметно медленнее, чем при прямолинейном падении.

так вот, при отвесном падении морда всмятку, а при падении "врассыпную" - всё целое.

как вариант - контейнер с грузом (мотором и батареей) сбрасывается на апаршюте (это гораздо надежнее, чем весь самолет), а самолет за счет сильно изменившейся центровки вводится в плоский штопор и падает со сравнительно небольшимим вертикальной и горизонтальной скоростями, и недалеко от точки сброса. сам самолет без контейнера имеет небольшую массу, а значит уцелеет.

чем дальше в лес тем толще партизаны..

все мероприятия с баллонами , контейнерами и прочими чудесами будут снижать вес полезной нагрузки. мало кто задумывается - что настоящий БПЛА (который летает далеко и долго) - это хрупкий баланс между: прочностью конструкции\мощностью двигателя\качеством самолета\запасом топлива.. и тд.. посему нахлобучивая на самолет чего либо мы полюбому теряем время которое БПЛА могло бы провести в воздухе выполняя боевую задачу.
а посадку - по самолетному.или на парашюте.с надувным воротником на ПН. это уже придумали давно.

DiStar

Senior Member

если надо экономить массу посадочной системы в пользу полезной нагрузки то можно установить небольшой парашют в хвосте (типа противоштопорного) и ба-а-альшой острый тонкий штырь в носу. Самолет просто воткнется в грунт. О посадке на бетон и асфальт придется конечно забыть.
можно и совсем без парашюта но тогда придется активно управлять при посадке дабы погасить скорость, можно допустить ошибку.
а с маленьким парашютом 100% гарантия что он с расчетной скоростью воткнется в грунт.
если боитесь что перегрузка будет очень большой сделайте сначала модель - парашют, штырь, балласт и простейший механический датчик перегрузки. поэкспериментируйте с размером парашюта, толщиной и длинной штыря. думаю можно добиться приемлемых значений перегрузки и доп.массы

Точку старта БПЛА следует выбирать максимально высокой относительно предполагаемого маршрута с минимальным удалением от исследуемых объектов для увеличения полезного времени работы и достижения максимальных результатов.

Площадку для старта БПЛА предпочтительно выбирать с травяным покрытием.
Размер площадки должен быть не менее 100х100 м с условием, чтобы на прилегающей местности не находилось объектов препятствующих штатному режиму взлета, посадки и поиску БПЛА (реки, озера, овраги, строения, мачты, вышки и т.п.) в радиусе до 400 м.

Порядок выбора точки старта БПЛА:
• изучить местность в предполагаемой точке старта;
• определить положение сторон света;
• определить направление и скорость ветра (направление и скорость ветра у поверхности земли и на рабочей высоте могут отличаться);
• определить направление маршрута относительно НСУ и убедиться в отсутствии препятствий в этом направлении для обеспечения прямой радиовидимости;
• определить направление запуска и убедится в отсутствии препятствий в этом направлении;
• убедиться в отсутствии препятствий в зоне посадочной глиссады. Следует учесть, что на посадку аппарат заходит против ветра, точка захвата координат является точкой открытия парашюта в режиме автоматической посадки и аварийной посадки в случае потери связи.

Для безопасного запуска и посадки БПЛА необходимо отсутствие препятствий: строений, мачт, вышек, заводских труб высотой более 100 м.

Выбор площадки посадки:
- площадка посадки выбирается вблизи точки старта из учета возможности визуального контроля членом внешнего экипажа захода на посадку и посадки БПЛА;
- для посадки БПЛА выбирается ровный участок местности размером 100х100 м. На площадке не должно быть предметов, при приземлении на которые возможно повреждение БПЛА, а именно: кустов и деревьев, пней и камней, столбов и линий электропередач, зданий и сооружений, водоемов и тому подобное.

При посадке в ручном режиме точка выпуска парашюта определяется внешним пилотом исходя из текущих метеоусловий, размера, места и особенностей посадочной площадки.

Посадка в автоматическом (полуавтоматическом) режиме выполняется только при визуальном контроле БПЛА членом внешнего экипажа (внешним пилотом, наблюдателем..).

В статье описаны все важные технические характеристики моделей беспилотных летательных аппаратов их влияние на получаемый результат, приведены расчеты производительности и нормативные документы, описаны критерии выбора БПЛА для решения определенных картографических задач.

Классификация БПЛА

При выборе беспилотных систем для решения задач картографирования важным является понимание различий в конструкторских и технических решениях разных как типов так и моделей БПЛА. В обзоре будут рассмотрены характеристики БПЛА самолетного типа (модели только с возможностью свободного старта и приземления, без необходимости аэродромного базирования); мультироторов и вертолетов. Вне зависимости от типов и моделей, основными характеристиками аппаратов являются размер, вес и форма. Именно эти параметры определяют способ старта, посадки, грузоподъемность и, самое главное, поведение борта в процессе полета и съемки.

Вес аппаратов

Масса пустого борта и максимальная взлетная масса показывают, какую аппаратную часть можно использовать для выполнения аэрофотосъемки. Чем больше взлетная масса, тем более точное оборудование можно использовать для получения качественного результата. От веса аппарата зависит сила колебаний БПЛА потоками воздуха, поэтому чем тяжелее борт, тем стабильнее траектория движения и тем стабильнее геометрия изображения.

Размеры и форма аппаратов

От длины и размаха крыла зависят аэродинамические свойства БПЛА. По форме БПЛА самолетного типа делятся на летающее крыло и фюзеляжные. Преимущества фюзеляжного типа - возможность нести больше полезной нагрузки и более стабильно выполнять съемку, т.к. вес именно таких бортов, как правило, больше. Минусом такого типа БПЛА является сложность конструкции, что повышает требования к правилам эксплуатации и стоимость ремонта. Плюсы типа летающего крыла в простоте конструкции и эксплуатации. Минусы - небольшие размеры и вес, не позволяющие нести дополнительную полезную нагрузку.

Двигатели

Большинство моделей БПЛА используют электродвигатели. Характеристики двигателя отвечают за максимальную дальность и время полета. Электродвигатели питаются от аккумуляторных батарей различного типа и зависят от размеров БПЛА. Компактные модели могут провести в воздухе 40 минут, большие модели- до 4 часов, преодолевая расстояние до 300 км. Некоторые модели используют двигатель внутреннего сгорания. Как правило, это тяжелые модели (от 20 килограмм), длительность полета которых достигает 10 часов, что позволяет им преодолевать до 1000 км. Для бензиновых двигателей используется смесь бензина Аи-92,95 с синтетическим маслом для двухтактных двигателей. Расход топлива составляет примерно 0,5 л/ч в режиме горизонтального полета. Объем штатного топливного бака - 5 л. Для съемки крупных площадных объектов рентабельно использовать именно модели с двигателями внутреннего сгорания.

Пример результата: ортофотоплан, ЦФС PHOTOMOD, Заокский геополигон МИИГАиК, 36,5 кв.км., БПЛА Птеро-Е4 2011г., камера Canon EOS 5D Mark 2, 653 снимка,13 см/пиксель

Высота полёта

Скорость

Максимальная и крейсерская скорость влияют на возможность использования БПЛА в ветреную погоду и на производительность съемки. Средняя крейсерская скорость небольших моделей (летающих крыльев) составляет около 50 - 60 км/ч, скорость более крупных моделей составляет около 100 км/ч. Ограничения использования БПЛА по скорости ветра при старте и посадке в среднем составляют около 10 м/с. Предугадать скорость и порывы ветра на высоте полета, как правило, сложно. Они влияют на геометрию съемки и выдерживание перекрытий, а так же на качество изображений, например, смаз.

Взлёт и посадка

БПЛА классифицируются по способу старта и посадки. Основные способы старта: с рук и с катапульты. Основные способы посадки: с парашютом и на корпус.

В отличие от пилотируемых самолетов и вертолетов, беспилотные системы не требуют аэродромного базирования, выполнение летного задания осуществляется в автоматическом режиме, они безопасны для экипажа.

В последнее время практически все модели БПЛА имеют автоматический режим работы, начиная от старта до полного завершения задания и посадки. Для некоторых моделей существует возможность ручного управления через наземную станцию и полуавтоматического управления (возможность корректировать маршрут, высоту и точку посадки во время выполнения задания).

Автопилот

Пример результатов: тепловизионная съемка, ЦФС PHOTOMOD, БПЛА Птеро-Е5 2013г., тепловизор, 88 снимков, 20 см/пиксель

Съёмочное оборудование

Некоторые модели БПЛА оборудуют профессиональными аэрокамерами, созданными специально для использования на БПЛА, такой как Phase One. Данная камера обеспечивает нужное качество изображений, но имеет высокую стоимость (35-45 000 Евро) и весит 2,9 кг. Размер матрицы и производительность камеры влияют на количество снимков и, следовательно, на время, необходимое на постобработку. Пример производительности некоторых камер представлен в таблице:

Производительность бытовых камер при аэросъемке БПЛА

Параметры	Nikon D800	Ricoh GR	Canon IXUS	Sony RX1	Sony NEX5	Canon_EOS 5D mark2	Phase One IXU 150
Площадь (кв. км.)	30
Ширина кадра (пикс.)	4912	2736	3000	4000	3264	3744	6208
Длина кадра (пикс.)	7360	3168	4000	6000	4912	5616	8280
МПикс.	36	9	12	24	16	21	51
Физ. размер пикселя (мкм)	5,0	2,0	1,5	6,0	4,9	6,5	5,3
GSD, cм	5
Площадь кадра (кв. км.)	0,09	0,02	0,03	0,06	0,04	0,05	0,13
Продольное перекрытие (%)	80
Поперечное перекрытие (%)	60
Фокусное расстояние (мм)	50	6	4	35	16	50	55
Интервал фотографирования (с)	0,6	0,6	0,6	1	1	0,8	0,8
Количество фотографий	4149	17306	12500	6250	9356	7134	2918
Время съемки (час)	0,7	2,9	2,1	1,7	2,6	1,6	0,6
Высота съемки (м)	500	150	133	292	163	385	519

Навигационное оборудование

Для навигации БПЛА используются дешевые одночастотные приборы GPS/IMU (Global Positioning System/Inertial Measurement Unit). Так же их используют для элементов внешнего ориентирования снимков. В последнее время некоторые разработчики используют двухчастотные GPS приемники и уравнивают их измерения с данными от базовых GNSS станций. Т.к. большинство моделей БПЛА не имеют возможности использовать стабилизирующие платформы для камер из-за недостаточной грузоподъемности, рекомендовано использовать точные инерциальные системы INS, которые позволят определять элементы ориентирования съемки с удовлетворительной точностью. Для связи с БПЛА во время полета используются радиоканалы. Частоты таких каналов варьируют от 433 МГц до 2,4 ГГц. Связь необходима для контроля оператором выполнения задания в режиме реального времени и корректировки задания. Иногда с помощью радиоканала передают видео и фотоматериалы, полученные во время съемки.

Эксплуатационные ограничения

Использование БПЛА имеет широкую географию. Температурный диапазон эксплуатации (от -30°C до +50°C), позволяет использовать БПЛА в различных климатических зонах. Единственным эксплуатационным ограничением у производителей, призванный обеспечить бережную эксплуатацию, является скорость ветра на старте и посадке. В среднем, она варьирует от 4 до 15 м/с в зависимости от типа и веса аппарата.

Пример результатов: цифровая модель рельефа, ЦФС PHOTOMOD, Казань, карьер, БПЛА ZALA 421F 2013г., камера Canon EOS 550D, 71 снимок, 5 см/пиксель

Дополнительная нагрузка

Помимо фотокамер на борт БПЛА могут быть установлены различные иные приборы, такие например как тепловизор, лазерный сканер, видеокамера. Используя эти приборы можно решать производственные задачи, связанные с мониторингом и технической диагностикой объектов.

Гарантия и страхование

Как правило, гарантия на все модели БПЛА составляет 12 месяцев. При этом в последнее время появилась возможность страховать БПЛА как полноценный геодезический инструмент.

Лицензирование и сертификация

В данный момент вопрос государственной сертификации БПЛА как инструмента для проведения инженерно-геодезических и картографических работ не решен. Помимо сертификации самого аппарата, необходима сертификация эксплуатирующих организаций. Для габаритных БПЛА бригада обслуживания должна состоять как минимум из оператора и техника. Для маленьких моделей достаточно одного человека. Сертификацию на данный момент проводят непосредственно фирмы разработчики. Без получения сертификата, эксплуатация БПЛА для выполнения инженерно-геодезических и картографических работ производителями не рекомендована.

Пример результатов: цифровая модель местности, ЦФС PHOTOMOD, Кемерово, карьер, БПЛА Птеро-Е5 2013г., камера Nikon D 800, 413 снимков, 8 см/пиксель

Основные критерии выбора БПЛА

Основные критерии выбора можно определить исходя из вида работ. Т.к. рассматриваются модели для высокоточных измерений, то материал должен соответствовать действующей нормативной документации для фотограмметрических, геодезических и землеустроительных работ. Согласно ГКИНП (ГНТА)-02-036-02 инструкции по фотограмметрическим работам при создании цифровых топографических карт и планов, картографическим материалом считается плановая съемка до 3˚ от надира, удовлетворяющая установленным признакам дешифрирования в зависимости от масштаба. В данный момент специальной документации по контролю качества материалов, получаемых с БПЛА, не создано, таким образом необходимо учитывать действующие инструкции по фотограмметрическим работам. Подобным требованиям к съемке отвечают модели с достаточным весом или стабилизирующей платформой. В следующей таблице приведены требования к точности и методам определения характерных точек границ земельного участка, а также характерных точек контура здания, сооружения или объекта незавершенного строительства на земельном участке, используемых в землеустройстве.

Приказ Министерства экономического развития Российской Федерации от 17 августа 2012г. N 518 г. Москва

п/п	Категория земель	Средняя квадратическая ошибка местоположения характерных точек, не более, м
1	Земли населенных пунктов	0,10
2	Земельные участки, предоставленные для ведения личного подсобного хозяйства, садоводства, огородничества, индивидуального гаражного или индивидуального жилищного строительства на землях населенных пунктов и землях сельскохозяйственного назначения	0,20
3	Земли сельскохозяйственного назначения	2,50
4	Земли промышленности, энергетики, транспорта, связи, радиовещания, телевидения, информатики, земли обеспечения космической деятельности, земли обороны, безопасности и иного специального назначения	0,50
5	Земли особо охраняемых природных территорий и объектов	2,50
6	Земли лесного фонда, земли водного фонда, земли запаса	5,00

Для получения необходимого качества и геометрии съемки населенных пунктов и промышленных объектов необходимы модели БПЛА с размером и весом, позволяющим использовать высокоточные приборы (GPS/INS) и камеры с большой матрицей и центральным затвором. Очень важно, чтобы алгоритмы автопилота моделей были адаптированы под съемку со строго заданными параметрами. Для решения таксационных или мониторинговых задач сельскохозяйственных земель или земель лесного, водного фонда можно использовать модели меньшего веса и размера и пренебречь более точными приборами, однако возникает вопрос производительности, т.к. подобные категории земель занимают большие территории. Здесь важно, чтобы модели БПЛА имели высокую устойчивость к погодным условиям.

Внимание. Сводные таблицы характеристик БПЛА разных типов можно получить по ссылкам ниже. (Информация получена лично от разработчиков каждой модели)

Запустить в полет небольшой БПЛА – довольно просто. Это можно сделать с небольшой катапульты, или специальной рогатки, или даже сильным броском с руки. Но вот посадить его в целости и сохранности – штука сложная.

Puma AE запускается просто с руки, а садится в ходе контролируемой катастрофы, разваливаясь от удара на части

Если летательный аппарат обладает неподвижными крыльями, ему по определению требуется достаточно высокая скорость, чтобы не рухнуть вниз камнем. А на большой скорости задача точной навигации и контроля при посадке становится крайне непростой. Особенно для малых беспилотников, у которых нередко просто не хватает места и подъемной силы для размещения достаточного оборудования — особенно такого, которое совершенно бесполезно в 99% рабочего времени аппарата. Как и стоит ожидать, для решения этой задачи предложен целый ряд решений, и некоторые из них демонстрировались на салоне, который проводила на прошлой неделе Международная ассоциация БПЛА (Association for Unmanned Vehicle Systems International, AUVSI).

Но если вы, все-таки, хотите, чтобы ваш беспилотник не разваливался на куски, возможно, стоит присмотреться к обычной парашютной системе. Именно этот подход реализован в БПЛА Orbiter компании Aeronautics Defense Systems. Точно так же, ориентируясь по GPS, аппарат находит место посадки и подлетает к нему. Здесь он делает несколько кругов — не для того, чтобы его приветствовали встречающие, а чтобы собрать и уточнить данные о направлении и скорости ветра, других условиях посадки. Обработав эту информацию и учтя ее в своем алгоритме снижения, он выходит на окончательную точку на высоте около 30 м над землей, выключает двигатель и выбрасывает небольшой парашют, спокойно и с достоинством опускаясь вниз.

Но как быть с теми условиями, когда лишнего пространства на посадочной точке нет, когда ошибка даже в пару метров может стать критической, когда даже парашют не является достойным решением — скажем, на раскачивающейся палубе корабля? Разумеется, проще всего пойти старым и испытанным на обычных палубных самолетах путем: использовать тормозной трос. Так действовали разработчики беспилотника ScanEagle, совместного детища Boeing и Insitu.

Интересно, что точность выхода ScanEagle на место зацепления с тросом очень высока — отклонение не превышает пары сантиметров. Трос при этом расположен не горизонтально, как на современных авианесущих кораблях, а вертикально: аппарат, приближаясь к нему, ложится набок, чтобы зацепится за него хотя бы один из прочных титановых крюков, расположенных ближе к концам крыльев. Если вы посмотрели ролик, то заметили, что выглядит это довольно пугающе (для владельца такого беспилотника), но на деле перегрузка при резком торможении о трос не превышает 12 g, что для робота — сущие пустяки. Скажем, при старте с катапульты этот же ScanEagle испытывает перегрузки в 15 g. Такая система достаточно надежна и подходит для посадки в стесненных условиях.

Читайте также: