Читать онлайн Что должен знать и уметь оператор коптера. Пособие. Часть 1. Типы БЛА, конструкция квадрокоптера

Составитель Л. В. Спаткай

© Л. В. Спаткай, составитель, 2025

ISBN 978-5-0068-2048-7 (т. 1)

ISBN 978-5-0068-2049-4

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

Современный этап развития БЛА характеризуется увеличением сфер применения БЛА и увеличением их номенклатуры, что обусловлено их достоинствами и преимуществами, в первую очередь по показателю эффективность/стоимость.

В военной сфере наиболее активно применяются в качестве БЛА поля боя и барражирующих боеприпасов БЛА мультироторного типа – коптеры, с помощью которых выполняется около 80% всех боевых задач. Особенно эффективны высокоманевренные коптеры-камикадзе (FPV-квадрокоптеры). Это, как правило, квадрокоптеры, оснащенные видеокамерой, передающей видеопоток в режиме реального времени на устройство оператора (очки или монитор), что создает иллюзию нахождения оператора в кабине БЛА. Еще одна особенность FPV-квадрокоптеров – управление в ручном режиме, без использования систем стабилизации полета. Поэтому для успешного выполнения полетного задания оператор должен хорошо знать устройство, аэродинамику, порядок эксплуатации, тактику применения БЛА, а также обладать уверенными навыками пилотирования, полученными в результате тренажной подготовки на симуляторах и в ходе практических полетов в помещениях и на открытых площадках. Вот почему подготовка оператора FPV-квадрокоптера включает в себя теоретическую, тренажерную и летную составляющие.

Данное пособие, состоящее из нескольких частей, составлено на основе изучения опыта подготовки операторов БЛА различных типов, в том числе и FPV-квадрокоптеров в различных учебных центрах, а также на основе собственного опыта обучения операторов, позволяет за 60 учебных часов получить необходимые знания по устройству, аэродинамике и динамике полета квадрокоптеров, подготовке и способах их применения, а также отработать начальные навыки управления FPV-квадрокоптерами на симуляторах, в помещениях и на открытой местности.

Предназначено для операторов, осваивающих квадрокоптеры различных типов, а также преподавателей и инструкторов.

1. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Беспилотное мобильное средство (БМС) – искусственный мобильный объект многоразового или условно-многоразового использования, не имеющий на борту экипажа (пилота) и способный самостоятельно целенаправленно перемещаться в пространстве для выполнения различных функций в автономном режиме (с помощью собственной управляющей программы) или посредством дистанционного управления оператором или диспетчерским центром.

БМС не являются объекты, которые не имеют собственных энергетической подсистемы и движителя (буксируемый исследовательский зонд или метеозонд, свободно дрейфующий в атмосфере).

Беспилотный летательный аппарат (БЛА) – летательный аппарат, предназначенный для выполнения полетов без экипажа на борту под управлением оператора БЛА с пункта (пульта) управления, в том числе без его визуального контакта с этим летательным аппаратом, или в заданном автономном режиме либо путем сочетания указанных способов.

Также БЛА именуются дронами или UAV (англ. unmanned aerial vehicle).

К БЛА не относятся ракеты, снаряды, бомбы (независимо от того, управляемые они или нет), аэростаты без двигателей и другие безмоторные летательные аппараты: планеры, дельтапланы, парапланы. Но относятся беспилотные дирижабли и планеры, моторные дельтапланы и парапланы.

БЛА классифицируются по конструкции, тактико-техническим характеристикам (размер и масса БЛА, дальность, высота, скорость и продолжительность полета БЛА) и по способу их применения.

2. КЛАССИФИКАЦИЯ БЛА ПО КОНСТРУКЦИИ

Конструкция ЛА зависит от принципа создания подъемной силы, который заложен в основу его полета. В настоящее время известны четыре принципа полета:

Баллистический принцип полета – полет свободно брошенного тела под действием силы тяжести. Для полета по баллистическому принципу тело должно обладать начальным запасом высоты или скорости, поэтому баллистический полет называется пассивным.

Аэродинамический принцип полета основан на третьем законе Ньютона, согласно которому пластина, помещенная под каким-то углом в воздушный поток, надавливает на него и испытывает ответное давление со стороны потока.

Реактивный принцип полета также основан на третьем законе Ньютона, но взаимодействие летательного аппарата с окружающим его воздухом не является обязательным для него условием. Сущность реактивного принципа заключается в том, что необходимая для полета подъемная сила создается в результате сгорания топлива, при котором образуются газы, обладающие большой энергией. Эти газы, вытекая с большой скоростью из сопла двигателя наружу, создают реактивную силу противоположного направления.

Аэростатический принцип полета основан на законе Архимеда, по которому на тело, находящееся в газовой среде, действует подъемная сила, равная весу вытесненного им газа. По такому принципу летают дирижабли, аэростаты, воздушные шары.

В настоящее время наиболее распространены конструкции БЛА использующие аэродинамический и аэростатический принципы создания подъемной силы.

БЛА аэростатического типа – БЛА, подъемная сила которых создается преимущественно за счет архимедовой силы, действующей на баллон, заполненный легким газом (как правило, гелием). Это, в основном, беспилотные дирижабли – ЛА легче воздуха, являющиеся комбинацией аэростата с движителем (винт (пропеллер, импеллер) с электродвигателем или ДВС) и системы управления ориентацией.

Основной недостаток таких БЛА – низкая маневренность, поэтому они как правило применяются в привязном варианте.

БЛА самолетного типа – БЛА, подъемная сила которых создается аэродинамическим способом: воздушным потоком, набегающим на неподвижное крыло.

Преимущества – большие продолжительность, потолок и скорость полета. Благодаря большой продолжительности полета и топливной экономичности БЛА с неподвижным крылом идеально подходят для дальних операций (картографирование, наблюдение).

Недостатки – невозможность зависания в воздухе, более высокие затраты на обучение персонала их управлению, необходимость использования для взлета взлетно-посадочной полосы (ВПП) или пусковой установки (катапульты), а для посадки – ВПП, парашюта или сети.

Существует большое разнообразие подтипов БЛА 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.

По способу старта и приземления БЛА самолетного типа подразделяют на аэродромный и безаэродромный (с руки, рампы, платформы, пускового устройства носителя).

Старт с руки в основном применяется для БЛА, чья масса не превышает 5 кг. Основное достоинство заключается в отсутствии каких-либо механизмов, что приводит к повышению надежности и простоте запуска, но, при этом, существенный недостаток заключается в низком уровне безопасности, так как при запуске двигатель работает на максимальных оборотах, и удержать такой аппарат может быть сложной задачей, не говоря о рисках для здоровья.

Старт и посадка с ВПП осуществляют БЛА, обладающих внушительными, масса-габаритными характеристиками. Например, российский «Орион», китайский «CH-4», американский «MQ-1 Predator».

Для взлета мало- и среднеразмерных БЛА используются пусковые устройства типа катапульты, позволяющие обеспечить быстрый и эффективный взлет с силовой установки сравнительно небольшой мощности.

Взлет с катапульты – самая популярная система запуска БЛА в связи с тем, что его работа происходит, в основном, в местах необорудованных ВПП.

Для запуска БЛА используются катапульты различных систем и методов получения пусковой энергии. Выбор типа катапульты зависит от массы БЛА, требований к взлетной площадке и времени подготовки к взлету.

Основные виды катапульт: пневматические, механические и эластичные.

Пневматические катапульты обладают относительно небольшими габаритными размерами и весом. Такой тип катапульт разгоняет БЛА с помощью сжатого воздуха. Механические катапульты могут использовать энергию падающего груза, лебедочный привод либо другие устройства.

Пневматические или механические катапульты используются чаще всего для запуска БЛА массой от 15 кг до 50 кг.

Самыми распространенными системами запуска БЛА являются эластичные катапульты, принцип работы которых заключается в силе, полученной в результате амортизации эластичного, чаще всего резинового, шнура.

Продолжить чтение