В Самаре разработали отечественный двигатель для беспилотников – мощностью 5 л.с., двухтактный, с карбюратором
Инженеры Самарского университета разработали авиационный поршневой двигатель для беспилотников. Разработчики говорят, что альтернатив новому двигателю практически нет.
Пример двухтактного двигателя
«Наша разработка, прежде всего, отвечает требованиям к двигателю для беспилотника. Простой по конструкции и приспособленный к крупносерийному производству. Легкий, обладающий высокой литровой мощностью и недорогой. Надежный в эксплуатации и устойчивый к внешним электромагнитным воздействиям. В то же время мы предусмотрели высокую ремонтопригодность конструкции и возможность значительного увеличения ресурса, что позволит предложить рынку модификации для наземной бензотехники», – рассказал доцент кафедры «Теплотехника и тепловые двигатели» самарского вуза Михаил Орлов.
Мощность двигателя составит 5 л.с. Отмечается, что в диапазоне мощностей от 5 до 50 л.с. двухтактный поршневой мотор эффективнее и компактнее четырехтактного. Что касается карбюраторной системы питания, то она предпочтительнее инжекторной так как более устойчива к электромагнитным воздействиям. По словам Михаила Орлова, российских аналогов в своей нише у нового двигателя практически нет, а зарубежные аналоги недоступны из-за высоких цен, логистики или санкций.
Создатели рассматривают новый мотор как базовый, на основе которого можно сделать целую линейку двигателей и применять их не только в БПЛА, но и в мототехнике – мотоблоках, газонокосилках и т.д. Сейчас инженерам предстоит собрать прототип и испытать его, а потом в планах запуск серийного производства.
какие двигатели устанавливаются на беспилотных летательных аппаратах
Беспилотные летательные аппараты — будущие короли неба
Беспилотник практически бесперебойно работает, в условиях высоких перегрузок, и там, где человеческий организм попросту не в состоянии выдержать перегрузки в 9G, дрон можно продолжать работу. Ну а в-третьих, это отсутствие человеческого фактора и выполнение задания согласно заложенной в компьютерный комплекс программы. Ошибиться может разве что только оператор, который вводит информацию на выполнение миссии — роботы не ошибаются.
История развития БПЛА
Человека достаточно давно посетила мысль о создании такой машины, которой можно было бы, без вреда для себя, управлять на расстоянии. Спустя 30 лет после первого полета братьев Райт эта идея воплотилась в реальность, и в 1933 году в Великобритании был построен специальный самолет на дистанционном управлении.
Фэйри Куин может по праву считаться первым БПЛА современной истории, и англичане использовали этот аппарат в качестве учебной мишени, для тренировки своих зенитчиков.
Первым дроном, принявшим участие в боях был немецкий ФАУ-1. Это была радиоуправляемая ракета с реактивным двигателем. Она была оснащена автопилотом, в который немецкие операторы вводили информацию о предстоящем полете. За годы Второй мировой войны эта ракета успешно выполнила около 20 тыс. боевых вылетов, нанося авиаудары по важным стратегическим и гражданским объектам Великобритании.
После окончания Второй мировой, США и Советский Союз по ходу растущих взаимных претензий друг к другу, ставшими плацдармом для начала холодной войны, начали выделять огромные деньги из бюджета на развитие беспилотных летательных аппаратов.
Так, во время ведения боевых действий во Вьетнаме, обе стороны активно применяли БПЛА, для решения различных боевых задач. Радиоуправляемые аппараты делали аэрофотоснимки, вели радиолокационную разведку и их применяли в роли ретрансляторов.
В 1978 году случился настоящий прорыв в истории развития беспилотников. ИАИ Скаут был представлен военпредами Израиля и стал первым в истории боевым БПЛА.
А в 1982 году, во время войны в Ливии этот дрон практически полностью уничтожили сирийскую систему ПВО. Во время ведения тех боевых действий армия Сирии потеряла 19 зенитных батарей и было уничтожено 85 самолетов.
После этих событий американцы стали уделять максимум внимания к разработке дронов, и в 90-х годах стали мировыми лидерами в области применения беспилотных летательных аппаратов.
Дроны активно использовались в 1991 году во время «Бури в пустыне», а также в ходе военных операции на территории Югославии в 1999 году. Сейчас на вооружении армии США стоит около 8,5 тыс. радиоуправляемых дронов и это в основном малогабаритные БПЛА для выполнения разведывательных задач в интересах сухопутных войск.
Конструктивные особенности
Со времен изобретения британцами дрона-мишени, наука сделала огромный шаг вперед в развитии летающих роботов на дистанционном управлении. Современные беспилотники имеют большую дальность и скорость полета.
Это происходит в основном за счет жесткой фиксации крыла, мощности встроенного в робот двигателя и применяемого топлива, конечно. Имеются беспилотники и на аккумуляторах, но они не в состоянии конкурировать по дальности полета с топливными, во всяком случае, пока.
Обширное применение при проведении разведывательных действий получили глайдеры и конвертопланы. Первые довольно просты в производстве и не требуют больших финансовых вложений, и в некоторых образцах по конструкции не предусмотрен двигатель.
Отличительной особенностью вторых, является то, что его взлет основан на вертолетной тяге, в то время как при маневрировании в воздухе, эти дроны используют самолетные крылья.
Тейлсиггеры — роботы, которых разработчики наделили способностью менять профили полета находясь непосредственно в воздухе. Происходит это за счет поворота либо всей, либо части конструкции в вертикальной плоскости. Также бывают проводные беспилотники и пилотирование дрона осуществляется посредством передачи на его борт команд управления через подсоединенный кабель.
Есть беспилотники, отличающиеся от остальных набором своих нестандартных функций или выполненные функций в необычном стиле. Это экзотические БПЛА, и некоторые из них могут без труда приземлиться на воду или закрепиться на вертикальной поверхности как рыба-прилипала.
БПЛА, в основе которых лежит вертолетная конструкция, также отличаются друг от друга своими функциями и задачами. Существуют аппараты как с одним винтом, так и несколькими — такие дроны именуют квадрокоптерами, и используют их преимущественно в «гражданских» целях.
У них бывают по 2, 4, 6 или 8 винтов, парно и симметрично расположенных от продольной оси робота, и чем их больше, тем лучше БПЛА устойчив в воздухе, и он намного лучше управляем.
Какие бывают беспилотники
| По способу управления | По весовой категории |
|---|---|
| неуправляемые | микро |
| дистанционно управляемые | малые |
| автоматические | средние |
| тяжелые |
В неуправляемых БПЛА человек принимает участие только при запуске и введении параметров полета перед взлетом дрона. Как правило, это бюджетные беспилотники, не требующие для их эксплуатации особой подготовки оператора и специальных площадок приземления.
В дистанционно управляемых дронах предусмотрена их корректировка траектории полета, а автоматические роботы выполняют задачу полностью автономно. Успех выполнения миссии здесь зависит от точности и правильности введения предполетных параметров оператором в стационарный компьютерный комплекс, находящийся на земле.
Вес аппаратов микро не более 10 кг., и они могут находиться в воздухе не более часа, дроны группы мини весят до 50 кг., и способны выполнять задачу 3…5 часов без перерыва, у средних вес некоторых образцов достигает 1 тонны и их время работы составляет 15 часов. Что касается тяжелых БПЛА, которые весят больше тонны — эти дроны могут беспрерывно летать больше 24 часов, а некоторым из них под силу межконтинентальные перелеты.
Зарубежные беспилотники
Одним из направлений в развитии БПЛА является уменьшение их габаритов без существенного ущерба для технических характеристик. Норвежская компания «Прокс Динамикс» разработала микро дрон ПД-100 Блэк Хорнет вертолетного типа.
Данный беспилотник может работать около четверти часа на расстоянии до 1 км. Этот робот применяется в качестве индивидуального разведывательного средства солдата и оснащен тремя видеокамерами. Используется некоторыми регулярными подразделениями США в Афганистане с 2012 года.
| ТТХ Блэк Хорнет | |
|---|---|
| Длина | 100 мм. |
| Вес | 120 гр. |
| Дальность полета | 1000 м. |
| Время работы | 25 мин. |
| Оснащение | 3 оптические видеокамеры с разрешением в 3 МП |
Самый распространенный беспилотник армии США — РКью-11 Рэйвен. Его запуск производится с руки солдата и для его приземления не требуется специальной площадки, он может летать как в автоматическом режиме, так и находясь под управлением оператора.
Этот легкий беспилотник солдаты США применяют при решении задач ближней разведки на уровне роты.
| ТТХ РКью-11 Рэйвен | |
|---|---|
| Длина, мм | 790 |
| Вес, гр. | 1800 |
| Размах крыла, м | 1.5 |
| Дальность полета, км | до 5 |
| Силовая установка | Электродвигатель |
| Время работы, мин | 45…60 |
| Оснащение | цифровая видеокамера дневного обзора, камера ночного видения |
Более тяжелые БПЛА американской армии представляют РКью-7 Шэдоу и РКью-5 Хантер. Оба образца предназначены для производства разведки местности на уровне бригады.
МКью-1 Предатор — это самый известный американский дрон. Изначально его основной задачей, как и у многих других образцов, была разведка местности. Но вскоре, в 2000 году, производители внесли в его конструкцию ряд модификаций, позволяющих ему выполнять боевые задачи, связанные с непосредственным уничтожением целей.
Помимо подвешиваемых ракет (Хеллфайр-С, созданные специально для этого беспилотника в 2001 году), на борту робота установлены три видеокамеры, инфракрасная система и своя бортовая радиолокационная станция. Сейчас существуют несколько модификаций МКью-1 Предатора для выполнения задач самого различного характера.
В 2007 году появился еще один ударный БПЛА—американский МКью-9 Рипер. По сравнению МКью-1 Предатор его показатель продолжительности полета был намного выше, а также помимо ракет мог нести на борту управляемые авиабомбы и имел более современную радиоэлектронику.
| Вид БПЛА | МКью-1 Предатор | МКью-9 Рипер |
|---|---|---|
| Длина, м | 8.5 | 11 |
| Скорость, км/ч | до 215 | до 400 |
| Вес, кг | 1030 | 4800 |
| Размах крыла, м | 15 | 20 |
| Дальность полета, км | 750 | 5900 |
| Силовая установка, двигатель | поршневой | турбовинтовой |
| Время работы, ч | до 40 | 16-28 |
| Ракетная/бомбовая нагрузка | до 4-х ракет Хеллфайр-С | бомбы до 1700 кг |
| Практический потолок, км | 7.9 | 15 |
Самым большим БПЛА в мире по праву считается РКью-4 Глобал Хоук. В 1998 году он впервые поднялся в воздух и по сей день выполняет задачи разведывательного характера.
Этот дрон — первый в истории робот, который может использовать воздушное пространство и воздушные коридоры США без разрешения органа управления воздушным движением.
| ТТХ РКью-4 Глобал Хоук | |
|---|---|
| Длина, м | 13.3 |
| Размах крыла, м | 35 |
| Дальность полета, км | 22 000 |
| Вес, т | 15 |
| Силовая установка | Турбовентиляторный двигатель |
| Оснащение | ИК-система, комплекс для веденияразведки, РЛК-комплекс |
| Время работы, ч | 36 |
| Практический потолок, км | 18 |
Отечественные БПЛА
Российские беспилотники условно подразделяют на следующие категории
| Ближнего радиуса действия | До 25 км |
|---|---|
| Малой дальности | От 50 до 100 км |
| Средней дальности | От 100 до 500 км |
| Большой дальности | Свыше 500 км |
БПЛА «Элеон-ЗСВ» относится к аппаратам ближнего радиуса действия, он довольно прост в эксплуатации и его легко переносить в заплечном ранце. Запускается дрон вручную со жгута или сжатым воздухом от насоса.
Способен вести разведку и передавать информацию по цифровому видеоканалу на расстоянии до 25 км. Элеон-10В схож по конструкции и правилам эксплуатации с предыдущим аппаратом. Главное их отличие — увеличение дальности полета до 50 км.
Процесс приземления этих БПЛА осуществляется при помощи специальных парашютов, выбрасываемых при выработке дроном своего заряда батареи.
| Вид БПЛА | Элеон-3СВ | Элеон-10В |
|---|---|---|
| Длина, мм | 740 | 1150 |
| Вес, кг | 4.3 | 5.9 |
| Скорость, км/ч | 70…100 | 75…135 |
| Дальность полета, км | 25 | 50 |
| Время работы, ч | 1.5…2 | 2.5 |
| Практический потолок, км | 5 | 5 |
Рейс-Д (Ту-243) — разведывательно-ударный дрон, способный нести на себе авиавооружение массой до 1 т. Аппарат, выпущенный конструкторским бюро имени Туполева, свой первый полет совершил в 1987 году.
С тех пор беспилотник претерпел множественные улучшения, были установлены: усовершенствованный пилотажно-навигационный комплекс, новые приборы ведения радиолокационной разведки, а также конкурентоспособная оптическая система.
Иркут-200 — больше ударный беспилотник. И в нем в первую очередь ценится высокая автономность аппарата и маленькая масса, благодаря которой могут осуществляться перелеты продолжительностью до 12 часов. Приземляется БПЛА на специально оборудованную площадку длиной около 250 м.
| Вид БПЛА | Рейс-Д (Ту-243) | Иркут-200 |
|---|---|---|
| Длина, м | 8.3 | 4.5 |
| Вес, кг | 1400 | 200 |
| Силовая установка | турбореактивный двигатель | ДВС мощностью 60 л. с. |
| Скорость, км/ч | 940 | 210 |
| Дальность полета, км | 360 | 200 |
| Время работы, ч | 8 | 12 |
| Практический потолок, км | 5 | 5 |
Скат — тяжелый БПЛА большой дальности нового поколения разрабатываемый КБ МиГ. Этот дрон будет малозаметен для вражеских радаров, благодаря схеме сборки корпуса, исключающей хвостовое оперение.
Задачей этого дрона нанесение точных ракетно-бомбовых ударов по наземным целям, таким как зенитные батареи войск ПВО или стационарные командные пункты. По задумке разработчиков БПЛА Скат сможет выполнять задачи как автономно, так и в составе звена самолетов.
| Длина, м | 10,25 |
|---|---|
| Скорость, км/ч | 900 |
| Вес, т | 10 |
| Размах крыла, м | 11,5 |
| Дальность полета, км | 4000 |
| Силовая установка | Двухконтурный турбореактивный двигатель |
| Время работы, ч | 36 |
| Ракетная/бомбовая нагрузка | Корректируемые авиабомбы 250 и 500 кг. |
| Практический потолок, км | 12 |
Недостатки беспилотных летательных аппаратов
Одним из недостатков БПЛА является сложность при его пилотировании. Так, к пульту управления не может подойти обычный рядовой не прошедший курс специальной подготовки и не знающий определенных тонкостей при использовании компьютерного комплекса оператора.
Еще одним существенным недостатком является сложность поисков беспилотников, после их приземления при помощи парашютов. Потому как некоторые модели, когда заряд батареи близок к критическому могут выдавать некорректные данные о своем местонахождении.
К этому можно еще прибавить чувствительность некоторых моделей к ветру, ввиду легкости конструкции.
Некоторые беспилотники могут подниматься на большую высоту и это в некоторых случаях занятие высоты того или иного дрона требует разрешения у органа управления воздушным движением, что может существенно осложнить выполнение задания к определенному сроку, потому как приоритет в воздушном пространстве отдается судам под управлением пилота, а не оператора.
Использование БПЛА в гражданских целях
Беспилотники нашли свое призвание не только на полях сражений или в ходе выполнений войсковых операций. Сейчас дроны активно используются для вполне мирных целей граждан в городских условиях и даже в некоторых отраслях сельского хозяйства им нашлось применение.
Так некоторые курьерские службы используют роботов на вертолетной тяге для доставки самых разнообразных товаров своим клиентам. При помощи дронов ведется аэрофотосъемка многими фотографами при организации торжественных мероприятий.
А также их приняли к себе на вооружение некоторые детективные агентства.
Заключение
Беспилотные летательные аппараты — существенно новое слово в век стремительно развивающихся технологий. Роботы идут в ногу со временем, охватывают не только одно направление, а развиваются сразу в нескольких.
Но все же, несмотря на еще далекие от идеала, по меркам человека, модели в области погрешностей или дальностей полета, БПЛА имеют один огромный и неоспоримый плюс. Дроны, за время их использования сохранили сотни человеческих жизней, а это дорогого стоит.
Видео
ДВИГАТЕЛИ ДЛЯ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
Уразбахтин Р.Р.
Уфимский Государственный Авиационный Технический Университет
ДВИГАТЕЛИ ДЛЯ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
Аннотация
В данной статье объясняется преимущество использования электродвигателей на беспилотных летательных аппаратах перед использованием двигателей внутреннего сгорания. Также в статье указываются особенности конструирования силовой установки, состоящей из электродвигателей, для беспилотных летательных аппаратов, функционирующих на высотах около восемнадцати тысяч метров, и рассматриваются преимущества и недостатки бесколлекторных электродвигателей, которые на сегодняшний день чаще всего применяются на беспилотных летательных аппаратах.
Ключевые слова: беспилотные летательные аппараты, электродвигатели, силовая установка, бесколлекторные электродвигатели.
Urazbakhtin R.R.
Ufa State Aviation Technical University
ENGINES FOR UNMANNED AERIAL VEHICLES
Abstract
This article explains the advantage of using electric motors for unmanned aerial vehicles before the use of internal combustion engines. The article also identifies the features of construction of the propulsion system consisting of electric motors for unmanned aerial vehicles, operating at altitudes of about eighteen thousand meters, and discusses the advantages and disadvantages of brushless motors, which today are most often used on unmanned aerial vehicles.
Keywords: unmanned aerial vehicles, electric motors, propulsion system, brushless motors.
На данный момент остается актуальной проблема создания беспилотного летательного аппарата (БПЛА) без двигателя внутреннего сгорания, который обладал бы аналогичными техническими характеристиками, при этом превосходя свой аналог по некоторым параметрам. Такой аппарат должен соответствовать высоким требованиям маневренности, скорости полета и надежности.
Существующие образцы такого рода БПЛА несовершенны. Их основными недостатками являются:
В настоящее время приведенные выше проблемы можно решить, если для БПЛА правильно подобрать электродвигатели и систему управления электродвигателями.
Применение электродвигателей на БПЛА обусловлено рядом причин. Во-первых, у современных электродвигателей высокий коэффициент полезного действия (в случае применения бесколлекторного двигателя фактически может достигать 95%). Во-вторых, электродвигатели весят значительно меньше, чем аналогичные по характеристикам двигатели внутреннего сгорания. Более того, к электродвигателю не требуется подводить топливо для обеспечения его функционирования. Это расширяет возможности конструирования БПЛА, ведь не требуется предусматривать размещение в корпусе БПЛА топливопроводов. Стоит отметить, что электродвигатель и система его питания (аккумуляторная батарея) менее взрывоопасна, чем аналогичная система с двигателем внутреннего сгорания. В-третьих, электродвигатели практически не испускают теплового излучения, поэтому БПЛА с электродвигателями трудно обнаружить тепловым радаром. Это расширяет возможности его применения в разведывательных целях.
В большинстве случаев предполагается, что БПЛА будет функционировать на высоте около 18000 тысяч метров, для того чтобы исключить возможность взаимодействия БПЛА с судами гражданской авиации. В результате испытаний одного из современных БПЛА были выявлены некоторые особенности полета данного аппарата на рассматриваемых высотах.
Изначально компания ARCA предполагала оснащать свои БПЛА AirStrato двумя электрическими двигателями. В ходе испытаний были сделаны выводы о недостаточной мощности применяемой силовой установки. В дальнейшем прототип получил четыре электродвигателя, что также оказалось недостаточным для функционирования на высоте 18 тысяч метров. Последний опытный образец БПЛА, а после него и другие модификации родственных БПЛА, получили силовую установку с шестью электродвигателями. В настоящее время БПЛА этой фирмы Explorer и Pioneer, практически готовые к серийному производству, планируется оснащать шестью электродвигателями Robbe 8085/10, которые предусмотрено расположить у задней кромки крыла. На этих двигателях устанавливаются толкающие винты.
По данным, полученным в результате испытаний прототипов БПЛА AirStrato, причиной для доработок силовой установки стала специфика работы воздушных винтов на больших высотах. Мощность электрических двигателей, установленных на опытных образцах, не зависит от высоты полета БПЛА. При полете на высоте до 9 тысяч метров воздушные винты сохраняют свою эффективность. То есть, фактические характеристики БПЛА на высотах до 9 тысяч метров совпадают с расчетными характеристиками. При дальнейшем увеличении высоты эффективность винтов заметно падает. Таким образом, для обеспечения требуемых характеристик при полете на высоте, близкой к максимально возможной, БПЛА должен оснащаться большим количеством электродвигателей с толкающими винтами.
БПЛА, в которых в качестве силовой установки используются электродвигатели, питающиеся от аккумуляторов, являются перспективной разработкой с точки зрения экологии. Объясняется это тем, что при функционировании таких БПЛА не происходит вредных выбросов в атмосферу, обусловленных сгоранием топлива.
Преимущество использования электродвигателей на БПЛА заключается также в том, что существует возможность обеспечить питание электродвигателей за счет энергии, накапливаемой солнечными батареями. На данный момент в пример такого БПЛА можно привести БПЛА «Сова», разработанный компанией «Тайбер». Построенные по подобной схеме БПЛА в дальнейшем смогут совершать полеты, длительность которых будет ограничена лишь техническим состоянием БПЛА.
Стоит обратить внимание на то, что если у БПЛА электродвигатели располагаются на крыльях возможно применение технологии «гибкое крыло». Особенностью такой технологии является то, что на крыле отсутствую привычные механизмы, отвечающие за изменение направления полета БПЛА и контроль скорости полета БПЛА. Маневрирование и изменение скорости БПЛА (например, при посадке) осуществляется за счет изменения геометрии крыла. Преимущество данной технологии заключается в том, что при маневрировании или изменении скорости крыло сохраняет обтекаемую форму. Применение технологии «гибкое крыло» трудноосуществимо при использовании двигателей внутреннего сгорания, ведь при установке двигателей внутреннего сгорания на крыле необходимо обеспечить к ним подвод топлива. При использовании «гибкого крыла» подвести топливо к двигателю, расположенному на крыле, практически не осуществимая задача. Если в таком случае использовать электродвигатель, работающий за счет того, что на него по проводам подается электрический ток от аккумулятора, трудностей для использования «гибкого крыла» не будет.
Стоит остановиться на том, какие конкретно электродвигатели применяются на современных БПЛА.
В применении на БПЛА широкое распространение получили бесколлекторные электродвигатели. Бесколлекторные электродвигатели также называют вентильными.
Конструктивно бесколлекторный двигатель состоит из ротора с постоянными магнитами и статора с обмотками. Стоит отметить, что в коллекторном двигателе обмотки находятся на роторе. Поэтому, далее в тексте ротор – элемент электродвигателя с постоянными магнитами, статор –элемент двигателя, на котором располагаются обмотки. Управление бесколлекторным электродвигателем на БПЛА осуществляется за счет электронного регулятора.
Использование бесколлекторного электродвигателя на БПЛА обусловлено рядом причин. В конструкции бесколлекторного электродвигателя отсутствует коллектор, за счет чего конструкция электродвигателя существенно упрощается. В связи с этим бесколлекторный электродвигатель также обладает меньшими весом и размером, чем аналогичный электродвигатель с коллектором. У бесколлекторного электродвигателя выше коэффициент полезного действия и показатель мощности на килограмм собственного веса, чем у электродвигателя с коллектором. Более того у бесколлекторного электродвигателя шире диапазон скорости вращения винтов, что обеспечивает более широкие возможности для пилотирования БПЛА и соответственно обуславливает расширение характеристик БПЛА. Немаловажно для БПЛА то, что фактически бесколлекторные электродвигатели греются меньше, чем электродвигатели с коллекторами. Бесколлекторные электродвигатели практически не создают радиопомех и соответственно практически не влияют на функционирование бортового оборудования.
Преимуществом бесколлекторного электродвигателя также является то, что он может быть намного меньших размеров, чем электродвигатель с коллектором, потому что возможно применение мощных и небольших неодимовых магнитов на роторе.
Единственным недостатком бесколлекторного электродвигателя считают сложный дорогостоящий электронный блок управления (электронный регулятор), за счет которого происходит управление количеством оборотов двигателя.
За счет того, что у бесколлекторного электродвигателя высокий коэффициент полезного действия, достигается большая продолжительность полёта БПЛА. Высокие значения крутящего момента бесколлекторного электродвигателя позволяют отказаться от использования редуктора и обеспечивают возможность использования непосредственного соединения двигателя и пропеллера, что способствует уменьшению веса БПЛА и соответственно позволяет устанавливать на БПЛА больше дополнительного оборудования.
Как было сказано ранее, бесколлекторные электродвигатели не имеют коллектора, точнее щеточно-коллекторного узла, в котором щетки и пластины коллектора непрерывно размыкаются, что вызывает искрение, приводящее к потерям и создающее радиопомехи. Коэффициент полезного действия бесколлекторных электродвигателей выше, чем у электродвигателей с коллектором потому, что в электродвигателе с коллектором щётки постоянно трутся о коллектор, изнашиваются и подгорают, ухудшая токопропускную способность щеточно-коллекторного узла, что влечёт за собой уменьшение мощности двигателя. Стоит отметить, что часть мощности электродвигателя с коллектором тратится на преодоление трения между щётками и коллектором. Отсутствие щеточно-коллекторного узла у бесколлекторного двигателя позволяет на практике достичь значения коэффициента полезного действия 95%. Отсутствие щёток и коллектора упрощают обслуживание двигателя, в связи с тем что отсутствует необходимость периодически менять щётки и чистить коллектор используемого электродвигателя. Ресурс бесколлекторного двигателя в основном зависит от подшипников ротора. За счет этого достигается высокая надёжность двигателя.
На сегодняшний день существует большое количество бесколлекторных электродвигателей, поэтому существует возможность подобрать электродвигатель для данного БПЛА, соответствующий желаемым характеристикам БПЛА. То есть бесколлекторный электродвигатель для БПЛА подбирается исходя из предполагаемых массы БПЛА, скорости полета, длительности полета, энергопотребления бесколлекторного электродвигателя и размеров бесколлекторного электродвигателя (обуславливаются конструкцией БПЛА).
Итак, в настоящее время ведется разработка БПЛА, которые смогут выполнять определенные задачи, не представляя при этом опасности для жизни человека. На этих БПЛА разумна установка бесколлекторных электродвигателей, потому что они во многом превосходят существующие двигатели внутреннего сгорания с аналогичными характеристиками. Более того, бесколлекторные электродвигатели расширяют возможности для дальнейшего проектирования БПЛА и позволяют создавать БПЛА, способные функционировать на желаемых высотах желаемое количество времени.
Список литературы / References
Список литературы на английском языке / References in English
Удар с небес: как выглядят самые мощные беспилотники в мире
Самая главная задача военных беспилотников — разведка и наблюдение с воздуха. Они патрулируют территорию, охраняют маршруты, могут работать наводчиками и корректировщиками огня. Размер одного из самых миниатюрных разведчиков, американского Wasp, составляет всего 33 см в длину, а вес — 200 г. Он принят на вооружение еще в 2008 году. Тогда он стоил $ 50 тыс.
Как минимум в 100 раз дороже обходятся куда более мощные аппараты: те, которые умеют воевать. Они сбрасывают бомбы (китайский гиперзвуковой WU-14 способен доставить ядерное оружие через континент), стреляют ракетами и могут выполнять роль камикадзе — пикируют на цель, подрывая себя и противника.
Одними их первых использовать беспилотники для самоподрыва придумал Израиль. Их Harop (барражирующие снаряды) применял Азербайджан в Нагорном Карабахе осенью 2020 года.
Беспилотники или истребители?
В кабине БПЛА никого нет, оператор управляет машиной из наземного центра, находясь в десятках, сотнях и даже тысячах километров от самого беспилотника. В этом основное преимущество БПЛА перед самолетом с летчиком.
Основные преимущества беспилотников
- Пилот не рискует жизнью, он не погибнет и не попадет в плен. Государство не будет вызволять своего гражданина из неволи, что по политическим причинам может быть сложно и не всегда реально;
- Терять беспилотники не так жалко, как истребители. Они дешевле реального истребителя почти в 20 раз: $5-6 млн против $100 млн за навороченный американский F-35. Сюда же нужно добавить стоимость подготовки высококлассного летчика. В России подготовка пилота военного самолета обходится в $3,4-7,8 млн и занимает 7-12 лет. Тогда как за навыки оператора беспилотника государство платит $200 тыс. и учится он год;
- Экономия сил и топлива. Находиться в воздухе средневысотный БПЛА может очень долго — больше суток. Беспилотники с турбореактивным двигателем при скорости меньше 200 км/ч потребляют относительно мало топлива. Они добираются до нужного места дольше, чем истребитель, но разведывают все более обстоятельно, чем он.
Однако некоторые военные эксперты уверены, что час беспилотников еще не пробил и БПЛА эффективны лишь против стран, у которых практически отсутствует ВВС и ПВО, либо существующие системы обнаружения давно устарели.
Основные недостатки беспилотников
- БПЛА не могут самостоятельно принимать решения, они полностью зависят от человека. Причем оператор может просто не увидеть грозящую дрону опасность. Он получает картинку с камеры на носу устройства или под фюзеляжем, что ограничивает радиус обзора. Живой пилот же судит об опасности лично и моментально среагирует;
- БПЛА не такие прочные и маневренные, как истребители. Часто вместо металлов используются композитные материалы, которые умеют поглощать лучи РЛС, чтобы беспилотник был максимально незаметным для систем ПВО;
- Не всякий беспилотник может поднять тяжелый груз. На большинство моделей не повесить, к примеру, мощные авиабомбы;
- К минусам беспилотников относят также слабую автоматизацию, неавтономность и низкую скорость. Попасть в медленную мишень куда проще, чем в скоростную. Препятствием к полету может стать даже плохая погода.
Характеристики многих БПЛА — военная тайна
Достоверно известно только о тех БПЛА, испытания которых проводились официально. Информация о других засекречена. Как на самом деле показывают себя в воздухе секретные машины, пока никто, кроме самих разработчиков, не знает.
К примеру, Китай не ведет сейчас никаких вялотекущих или гибридных войн и не демонстрирует свои возможности в этой сфере, однако в будущем он способен серьезно изменить характер боевых действий. Пока же об истинных успехах большинства китайских БПЛА можно судить только по данным разведки или на примере тех немногих моделей, которые поставляются на экспорт. По опубликованным параметрам, китайские дроны — идеальные машины. Правда, как и многое в Китае, они созданы «по мотивам» западных разработок.
В частности, на экспорт поставляются дешевые аналоги американских MQ-1 Predator MQ-9 Reaper — разведывательно-ударные CH-4. При цене вдвое ниже американских прототипов покупателями CH-4A/B стали Алжир, Иордания, Ирак, Пакистан, Туркменистан, Мьянма, ОАЭ и Саудовская Аравия.
Сильнейшие боевые беспилотники планеты
США лидируют в сфере производства боевых дронов. По прогнозам, в 2028 году американская армия будет иметь больше беспилотных летательных аппаратов-разведчиков, чем весь остальной мир вместе взятый. Армии других стран таким количеством дронов «в погонах» похвастаться не могут, зато на боевое дежурство способны выставить самые мощные боевые дроны на планете.
GAAS Avenger
Это беспилотник для авианосцев, модификация Predator, снятого с вооружения ВВС США в 2020. Крылья складываются, чтобы аппарат занимал меньше места и поместился на корабле.
Хотя опасен он, конечно, не этим. Грузовой отсек GAAS Avenger способен нести в себе две бомбы с лазерным прицелом, общим весом 440 кг. Кроме них, беспилотник легко перевезет еще полтонны оружия и снаряжения. «Мститель» необыкновенно быстр — разгоняется до 740 км/ч. Потолок составляет 18 км.
Heron TP
Израильский Heron, вероятно, один из самых продаваемых военных беспилотников в мире. Heron TP — средневысотный многоцелевой беспилотник большой продолжительности полета. Размах крыльев — 26 м. Потолок — 13,7 км. Длительность полета — 36 ч. Может нести на себе средства управления огнем и ударные комплексы. Heron TP видит в оптическом и инфракрасном диапазонах. Крейсерская скорость 296 км/ч, способен разогнаться до 460 км/ч.
MQ-9 Reaper
И снова американец. Один из самых мощных и известных в мире БПЛА. Это основной разведывательно-ударный беспилотный летательный аппарат армии США. Он может взлетать на высоту 14 км и находиться в воздухе до 30 часов. Крейсерская скорость — 280-310 км/ч, максимальная — до 480 км/ч. Беспилотник способен поднять в небо груз весом до 4,7 т. Оптоволоконная система AN/AAS-52 распознает и отследит цель, телекамеры прочитают номерной знак, даже находясь в 3 км от автомобиля. Время реакции на полученную от оператора команду — 1,5 с.
Вооружен Reaper противотанковой ракетой AGM-114 Hellfire, а также управляемыми бомбами GBU-12 и GBU-38. Может нести до 14 ракет Hellfire класса «воздух-земля».
Reaper ликвидировал, в частности, третьего человека в руководстве «Аль-Каиды» Мустафу Абу Язида, известного как шейх аль-Масри, Мохаммеда Эмвази (он же «Джихадист Джон»), генерала Касема Сулеймани, заместителя командующего мобилизационными силами Ирана.
Bayraktar TB2
Турецкий аппарат относится к классу тактических средневысотных БЛА с большой продолжительностью полета. Его программное обеспечение несколько превосходит подобный компонент у некоторых конкурентов, в том числе и у израильского дрона Heron.
Крейсерская скорость — 130 км/ч, максимальная — 250 км/ч. Практический потолок — 7,3 км. Длина — 6,5 м, размах крыла — 12 м. Беспилотник весит 630 кг, способен поднять до 55 кг боеприпасов. Максимальное время нахождения в воздухе — сутки.
Может нести на себе две противотанковые управляемые ракеты и корректируемые бомбы MAM-C (8 кг) и MAM-L (23 кг) с наведением по лазерному лучу, опасные для автомашин и легкой бронетехники.
СH-5 (Rainbow-5)
Новый средневысотный разведывательно-ударный беспилотник из Китая. Rainbow-5 может нести до 16 ракет класса «воздух-земля» или других высокоточных боеприпасов общей массой до 900 кг. Размах крыльев — 21 м, максимальная скорость — 400 км/ч. Без дозаправки будет держаться в воздухе 60 часов.
Taranis
Британский разведчик-штурмовик пятого поколения назван в честь кельтского бога грома. До недавнего времени детали его разработки держались в тайне. Доподлинно известны лишь масса — 3 т, длина — 11 м, размах крыльев — 10 м и то, что беспилотник оснащается технологией «Стелс», которая делает аппарат практически невидимым для ПВО противника. Максимальная скорость — сверхзвуковая, рассчитан на выполнение межконтинентальных полетов.
Yabhon United 40
Средневысотный разведывательно-ударный БПЛА разработанный в ОАЭ, может находиться в воздухе до пяти суток (120 часов). Способен нести 1 030 кг боеприпасов. Потолок — 7 км.
С-70 «Охотник»
Пока детальные характеристики российского «Охотника» засекречены. Однако известно, что его вес — около 22 т. Разработчики уверяют, что несколько «Охотников», укомплектованных ракетами «земля-воздух» Х-58, Х-35, Х-74М2 и корректируемыми авиабомбами КАБ-25, могут нанести страшный урон инфраструктуре противника.
Максимальная скорость аппарата — 920 км/ч. Боевая нагрузка — 6 т, максимальная высота полета — 18 км.
Приблизительная стоимость «Охотника» — около ₽1 млрд. Однако военные эксперты полагают, что цена сократится на 40-50% после запуска БПЛА в серию. Глава ОАК (Объединенной авиастроительной корпорации) Юрий Слюсарь заявил, что в армию серийные БПЛА начнут поступать с 2024 года.
Что еще может предложить Россия?
По последним данным, с 2012 года в российскую армию на вооружение принято 900 беспилотников. В основном это разведчики, корректировщики огня, перехватчики различных сигналов противника. В 2021 году российские военные получат сразу семь первых отечественных беспилотных авиационных комплексов «Орион» (он же «Иноходец») разведывательно-ударного назначения.
«Орион» — средневысотный беспилотник большой продолжительности полета. Размах крыльев — 16 м, длина — 8 м, взлетная масса — 1 т. Крейсерская скорость заявлена на уровне 120 км/ч, максимальная же скорость неизвестна. Аппарат способен работать на высотах до 7,5 км. Максимальное время полета — 24 часа.
Беспилотник может нести управляемые ракеты и авиабомбы нескольких типов. Специально для него изготовлены боеприпасы малых калибров, чтобы «Орион» мог поднять груз в воздух.
В апреле 2021 года на авиабазе ВВС США впервые провели запуск беспилотника Kratos UTAP-22 с помощью искусственного интеллекта. Система Skyborg подняла аппарат, управляла им и посадила. До сих пор, когда речь шла о боевых дронах, имелось в виду противостояние людей. Весной 2021 года, возможно, началась другая история — о противостоянии машин.
В России разработают двигатель мирового уровня для беспилотников в 2024 году
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ, 25 июля. /ТАСС/. Ученые Санкт-Петербургского политехнического университета (СПбПУ) Петра Великого разрабатывают двигатель для беспилотников, который сможет заменить иностранные двигатели. Об этом сообщила ТАСС пресс-служба СПбПУ, отметив, что разработку планируется завершить в 2024 году.
"Специалисты Научного центра мирового уровня "Передовые цифровые технологии" Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (НЦМУ СПбПУ) разрабатывают малоразмерный турбовинтовой двигатель CML-180/240, который сможет заменить широко используемые сегодня в беспилотниках и легких самолетах иностранные поршневые двигатели Lycoming и Continental. Завершение разработки двигателя CML-180/240 планируется в 2024 году", — говорится в сообщении.
В пресс-службе также отметили, что в настоящее время в России не производят серийные турбовинтовые авиационные двигатели мощностью до 500 кВт, что делает разработку еще более востребованной. Работа ведется при помощи технологии цифрового двойника на базе отечественной цифровой платформы CML-Bench. Новый двигатель будет отвечать техническим требованиям мирового уровня: иметь взлетную мощность не менее 300 кВт и максимальную высоту полета в 9 км.
"Одновременное удовлетворение всех требований к двигателю мирового уровня обеспечивается за счет проведения многочисленных виртуальных испытаний на цифровой платформе, которые позволяют сократить время проектирования и уменьшить количество натурных испытаний. Валидация цифровой модели проводится по результатам натурных испытаний узлов двигателя на стендах СПбПУ. Кроме того, в разработке активное участие принимают как специалисты Инжинирингового центра СПбПУ, так и магистранты Передовой инженерной школы СПбПУ, которые в будущем сформируют кадровую основу двигателестроения России", — объяснил ТАСС руководитель группы разработчиков, начальник отдела перспективных разработок в двигателестроении Передовой инженерной школы СПбПУ "Цифровой инжиниринг" Александр Себелев.
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого имеет статус национального исследовательского университета. Ежегодно там проводятся международные симпозиумы и конференции, участие в которых принимают выдающиеся ученые со всего мира.