Инженеры Казанского национального исследовательского технического университета имени А.Н. Туполева создали и запатентовали беспилотник вертикального взлета и посадки. Аппарат способен зависать, как вертолет, затем переходить в самолетный режим и возвращаться обратно без изменения геометрии и ориентации подъемных двигателей.
Ключевым узлом разработки стал программно-аппаратный комплекс, который распределяет тягу между силовыми установками. Он получает информацию от датчиков и спутниковой навигации, стабилизирует дрон, регулирует частоту вращения каждого двигателя и наклон корпуса. Патент на устройство уже выдала Федеральная служба по интеллектуальной собственности.
Конструкция беспилотника и заявленные характеристики
Российский дрон выполнен по X-образной схеме. На концах конструкции расположены винтомоторные группы. Аппарат имеет корпус с крылом и как минимум четырьмя стационарно закрепленными подъемными электрическими двигателями. Механизмы для поворота моторов разработчики не применили.
Такое решение отличает аппарат от беспилотников, где для смены режима полета механически меняют ориентацию подъемных двигателей. В КНИТУ-КАИ заявляют, что стационарная установка двигателей помогла снизить массу и конструкционную сложность, а отсутствие механических приводов повысило надежность.
| Параметр | Сведения о разработке КНИТУ-КАИ |
|---|---|
| Тип | Беспилотник вертикального взлета и посадки |
| Компоновка | X-образная схема, крыло и минимум четыре подъемных электрических двигателя |
| Управление переходом | Программно-аппаратный комплекс в полетном контроллере |
| Размах крыла | 1 метр |
| Крейсерская скорость | Около 150 км/ч |
| Максимальная скорость | 200 км/ч |
| Стоимость штучного аппарата | Порядка 100–150 тыс. рублей |
Как дрон переходит от зависания к горизонтальному полету
В режиме вертикального взлета беспилотник работает по принципу мультикоптера. После разгона программа последовательно меняет нагрузку на двигатели, а аппарат начинает опираться на аэродинамическую подъемную силу крыла. Подъемные двигатели в крейсерском самолетном полете отключаются, что снижает энергопотребление и увеличивает дальность при аналогичных силовых установках и аккумуляторах.
- Датчики и спутниковая навигация передают полетные данные в бортовой контроллер.
- Оператор переключает режим тумблером на управляющем устройстве.
- Комплекс регулирует обороты каждого двигателя и перераспределяет тягу.
- Во время разгона система создает требуемый наклон корпуса.
- Крыло начинает формировать подъемную силу, после чего подъемные двигатели отключаются.
- Для возврата к вертикальному режиму комплекс выполняет обратную последовательность действий.
«Снижение массы и конструкционной сложности достигается тем, что подъемные двигатели закреплены стационарно, а управление направлением тяги осуществляется исключительно изменением частоты вращения двигателей, без применения механических приводов изменения ориентации моторов», сообщил ведущий инженер КНИТУ-КАИ Никита Семин.
Разработчики указывают, что конкурирующие схемы сталкиваются с высоким энергопотреблением, слабой устойчивостью к боковому ветру в зависании, а также снижением эффективности крейсерского полета. Решает ли одна программная система все эти задачи? Нет, конструкция все равно требует точного расчета тяги каждого двигателя, поскольку винты и крыло взаимно влияют друг на друга.
Где может работать беспилотник нового типа
Аппарат рассчитан на задачи, в которых нужно быстро пройти протяженный маршрут, а после обнаружения объекта остановиться в воздухе для наблюдения. Среди возможных сфер применения разработчики и эксперты называют авиационный мониторинг, картографию, поисково-спасательные операции и логистику в удаленных районах.
- осмотр береговой линии, лесного массива, линии электропередачи или трассы трубопровода;
- наблюдение за обнаруженным объектом;
- поиск и спасение людей в горах и на воде;
- мониторинг лесных пожаров и разливов нефти;
- облет железных дорог и трубопроводов;
- картография труднодоступных территорий.
Эксперты отмечают компактность, простую механику, управляемость и маневренность X-образной архитектуры. Одновременно такая схема может уступать классической самолетной компоновке по аэродинамической эффективности. Окончательно оценить характеристики беспилотника позволят полноценные летные испытания.
Следующие модификации и отдельный проект С-76
При штучном производстве один аппарат КНИТУ-КАИ оценивают в 100–150 тыс. рублей. При серийном производстве цена, по оценке разработчиков, станет ниже. В ближайшей перспективе инженеры намерены создавать двух- и четырехметровые модификации.
В отрасли параллельно представляют и другие российские аппараты, которые сочетают вертикальный и горизонтальный полет. 6 февраля в Министерстве науки и высшего образования показали беспилотную транспортную систему С-76. О ней рассказал генеральный конструктор Объединенной авиастроительной корпорации Сергей Коротков на церемонии гашения почтовой марки, посвященной достижениям отечественной науки и промышленности.
Основой этой системы назван летательный аппарат С-76 производства Центрального института авиационного моторостроения. Он может садиться на неподготовленные площадки, перевозить грузы массой до 300 килограммов, развивать скорость до 180 км/ч, подниматься на высоту 4000 метров и лететь на дальность до 1000 километров. С-76 способен выполнять полет по заданной программе или принимать команды оператора с земли. Этот проект не следует смешивать с запатентованным дроном КНИТУ-КАИ: это отдельная транспортная беспилотная система с другими заявленными характеристиками.
Частые вопросы
Как беспилотник КНИТУ-КАИ меняет режим полета без поворота двигателей?
Программно-аппаратный комплекс изменяет частоту вращения двигателей, поэтапно перераспределяет тягу и задает наклон корпуса. В горизонтальном полете подъемную силу создает крыло.
Какая скорость у нового российского дрона?
Разработчик сообщил о крейсерской скорости около 150 км/ч и максимальной скорости 200 км/ч.
Почему в крейсерском полете снижается расход энергии?
После перехода в самолетный режим аппарат использует аэродинамическую подъемную силу крыла, а подъемные двигатели отключаются.
Получен ли патент на разработку?
Да, на устройство получен патент Федеральной службы по интеллектуальной собственности.
Для каких задач создают такой тип беспилотника?
Его рассматривают для мониторинга протяженных объектов, картографии, поиска и спасения, наблюдения за объектами, а также логистики в удаленных районах.
Какие модификации планируют разработчики?
Инженеры КНИТУ-КАИ намерены приступить к разработке беспилотников с размахом крыла два и четыре метра.
Позиция экспертов Реестр Гарант
Команда «Реестр Гарант» обращает внимание на конструктивный подход КНИТУ-КАИ: переход между режимами обеспечивает не поворотный привод, а управление частотой вращения стационарных двигателей. Публично раскрыты патент, компоновка, принцип работы системы и основные летные характеристики. Полную оценку заявленных параметров смогут дать летные испытания.