НИЛ «Малые беспилотные аппараты»
Научно-исследовательская лаборатория
«Малые беспилотные аппараты»
Научный руководитель – Погарский П.М.
Рынок МБА (БПЛА) не велик в денежном выражении, потому что сами аппараты находятся в стадии доработки, наблюдаются резкое увеличение спроса на аппараты данного класса.
Лаборатория создается для разработки и изготовления прототипов МБА (БПЛА) проведение экспериментальных работ по темам:
- Планер БПЛА (Аэродинамическая схема, компоновка, технология изготовления и др.)
- Винтомоторная установка (электродвигатели, электронные регуляторы, аккумуляторы, подбор и адаптация воздушных винтов, др.)
- Система радиоуправления БПЛА (полет по видеомонитору с отображением телеметрии)
- Автопилот БПЛА (с возможностью передачи видеоизображения в реальном времени)
- ГЛОНАСС навигация БПЛА (с высокой точностью позиционирования и фиксации углов)
- Аэрофотосъемочная фото-платформа (высокого разрешения)
- Видео-платформа (двухосевая – высокого разрешения)
- Наземная станция управления БПЛА (с автоматическим наведением антенны)
- Система спасения БПЛА
Для ведения работ по данным темам выделены площади, производится ремонт и адаптация для работ с композиционными материалами, т.е. клеевая, покрасочная, сушильные участки (с вытяжкой). Станочное оборудование для мелких и экспериментальных изделий - настольного типа: токарный, фрезерный, сверлильный, заточной и др. станки. Участок для ведения сборки БПЛА, участок монтажа и отладки электронных компонентов БПЛА, конструкторско-технологический участок для ведения чертежных и проектных работ. Осуществляется приобретение материалов и комплектующих для изготовления узлов и частей прототипов БПЛА.
В июле 2011 года в г. Омске пройдет выставка ВТТВ-2011, где лаборатория продемонстрирует свои наработки в категории - БПЛА на стенде ОмГТУ. Планируется привлекать для работ по данным темам студенческий и преподавательский состав ОмГТУ, сотрудничать со смежными организациями и научными коллективами ведущих работы в этом направлении.
БПЛА ПП-45 (БЕСПИЛОТНЫЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ)
Современные требования заставляют совершенствовать не только методику аэросъемки, но и конструкцию летательного аппарата, а также съемочной техники. Использование БПЛА стало намного разнообразнее. Появилась объективная потребность установки на борту не только фотоаппаратуры, но и высококачественной видеоаппаратуры, комплексного навигационного оборудования, тепловизоров и других средств дистанционного зондирования территорий. Актуальной является задача повышения производительности аэрофотосъемки. С точки зрения топографии всё чаще возникает потребность в изготовлении наряду с ортофотопланами 3D моделей местности. С учетом всех этих современных требований начата разработка аэросъемочного комплекса нового типа, который получил наименование ПП-45.
`
Для эффективного применения технологии аэрофотосъемки с БПЛА было разработано несколько направлений решения поставленных задач. Одним из таких решений является создание на базе БПЛА фотоплатформы состоящей из трех фотоаппаратов.
Предлагается создать платформу таким образом, чтобы фотоаппарат расположенный по центру был направлен в надир, а два других фотоаппарата располагались под небольшим наклоном слева и справа от центрального аппарата по направлению полета так, чтобы обеспечивалось перекрытие между боковыми снимками. Благодаря такому расположению фотокамер при одновременном фотографировании значительно возрастает площадь покрытия поверхности снимками, следовательно вероятность пропусков между маршрутами уменьшается. Снимки с камер расположенных под углом могут быть использованы для построения фотоизображений фасадов зданий при 3D моделировании. Максимальный угол захвата местности трехкамерной фотоплатформой от 75Ъ до 95Ъ, в зависимости от характеристик устанавливаемых фотокамер.
Технология обработки аэрофотосъёмки выполненной трехкамерной платформой подразумевает сшивку снимков с трех фотокамер в единое изображение аффинно-проективными преобразованиями. Преобразование заключается в вычислении координат левого и правого снимков в системе координат центрального снимка. При создании электронного накидного монтажа используются сшитые изображения, что значительно сокращает объем выполняемых работ.
Для оценки погрешностей пересчета координат левого и правого снимков в систему координат центрального снимка аффинно-проективным преобразованием была создана аналитическая модель трехкамерной платформы. Параметры аналитической модели съемки и трехкамерной платформы:
- фокусное расстояние камер 0,038 м;
- расстояние между центрами фотографирования 0,070 м;
- угол наклона боковых камер от вертикали 14Ъ;
- размер кадра 0,036м х 0,024м;
- высота фотографирования 300м;
| Перепад рельефа
местности | Высота
фотографируемых зданий | СКП
трансформирования, м |
| 8 | 5 | 0,001 |
| 16 | 5 | 0,001 |
| 32 | 5 | 0,001 |
| 32 | 30 | 0,003 |
Таблица 1. – Оценка точности трансформирования боковых снимков в систему координат центрального снимка.
Для обеспечения возможности установки трехкамерной платформы на БПЛА изготавливается новый летательный аппарат ПП-45. При выборе аэродинамической схемы планера за основу был выбран двухмоторный высокоплан с крылом типа чайка и с V-образным хвостовым оперением.
Двухмоторная схема позволяет повысить устойчивое прохождение маршрута при выполнении аэрофотосъёмки. На двигателях установлены воздушные винты левого и правого вращения, что полностью исключает кренящий реактивный момент возникающий при полёте на одном моторе. Повышается надёжность полёта, возможен полёт на одном моторе. Высокоплан с крылом типа чайка позволяет переместить центр тяжести летательного аппарата вниз, что повышает устойчивость летательного аппарата по крену и при полёте в сильный боковой ветер на маршруте аэрофотосъёмки. V-образное хвостовое оперение способствует дополнительной устойчивости и имеет меньший вес по сравнению с другими типами оперений, оно удобней в эксплуатации и ремонте. Сопряжение чайко-образного центроплана и носовой части фюзеляжа позволило компактно и удобно разместить бортовое оборудование, уменьшить вес планера и повысить его прочность.
Новый летательный аппарат изготовлен с применением современной технологии 3D конструирования, новейших композиционных материалов на основе кевларовых сот и углепластиков, обладает повышенным ресурсом и высокими эксплуатационными характеристиками, разборный с удобным размещением различного оборудования, экономичная электрическая силовая установка обеспечивает продолжительный полет. -----Комплекс предназначен для выполнения цифровой аэрофотосъемки локальных участков местности, видеонаблюдения, осуществление видеосъемки высокого разрешения «Full HD». По сравнению с предыдущей разработкой («Эльф ПП-40»), новый комплекс обладает большей универсальностью, увеличена в два раза продолжительность полета, возможно применение широкого спектра фото и видео оборудования, фотоплатформ, тепловизоров и другого оборудования общим весом до 1,5 кг, возможность установки фото и видео оборудования 3D формата.
Основные тактико-технические характеристики комплекса:
- размах крыла – 2,17 м
- длина фюзеляжа – 1,40 м
- взлетный вес – 3,5 кг (5 кг- опция)
- вес полезной нагрузки – до 1 кг (1,5кг – опция)
- силовая установка – Электродвигатели 2 шт., по 0,5 квт.
- аккумуляторная батарея- Li-po, Li-Fe, Топливные электроэлементы
- максимальная скорость полета – 150 км/ч
- крейсерская скорость полета – 50-70 км/ч
- максимальная длина маршрута – 100 км
- радиус полета – до 5 км (25км – опция)
- рабочая высота полета – 300 – 600 метров
- практический потолок – 4000 метров
- продолжительность полета- до 2 часов (3 часа – опция)
- время развертывания комплекса – 10 минут
Условия эксплуатации:
- ветер на старте – до 12 м/с
- ветер максимальный – 20 м/с
- температура окружающего воздуха – 10°С до + 35°С
- умеренный дождь, умеренные снежные осадки
- взлет с руки (с площадки 30×30 м)
- посадка стандартная – планирование, на фюзеляж
- посадка на парашюте – опция
- БПЛА разбирается и переносится в контейнере 850Ч620Ч250 мм
Создание нового летательного аппарата позволяющего устанавливать различное фото и видео оборудование сделало возможным применение БПЛА в следующих видах работ:
- аэрофотосъемка;
- рекламная фото-, видеосъемка;
- видео наблюдение в реальном времени с передачей видеоизображения на наземный сегмент комплекса;
- землеустройство и мониторинг;
- лесоохрана;
- мониторинг наводнений, пожаров и других стихийных бедствий.
Рекордная радиоуправляемая модель электролёта F-5-S (ПП-48) , разработана и изготовлена в Лаборатории « Малые беспилотные аппараты» при ОмГТУ с целью: проведения рекордных полётов на продолжительность и дальность , экспериментальных полётов для лётных испытаний различных силовых электрических установок, источников электропитания и другого радиоэлектронного оборудования применяемого в разработках малых беспилотных аппаратах.
Основные характеристики F-5-S (ПП-48)
- Размах крыла – 3980 мм.
- Длинна фюзеляжа – 1770 мм.
- Взлётный вес – 3335 грамм
- Несущая площадь – 114,5 кв.дм.
- Аэродинамическое качество модели - 30
- Силовая установка – электродвигатель Kora-15 mod.
- Аккумулятор силовой – Li-pol 10 000 mah. 3S1P (2 шт.)
Рекордная радиоуправляемая модель электролёта F-5-S (ПП-48), изготовлена из современных композиционных материалов на основе стекло-углепластиков и кевлара.За основу взята радиоуправляемая авиамодель - Mega Pulsar . Крыло состоит из центроплана и двух отъёмных консолей, Конструкция крыла наборная, состоит из угле-кевларового кессона крыла (носовая часть крыла), углепластикового лонжерона, бальзовых нервюр усилиных полосками углепластика и углепластиковой задней кромки крыла. Крыло обтянуто лёгкой синтетической плёнкой ORAKOVER. Хвостовое оперение изготовлено по аналогичной технологии. Стабилизатор цельноповоротный (съёмный) , киль с рулём направления (съёмный). Хвостовая балка изготовлена из углепластика, носовая часть фюзеляжа выклеена в негативной форме из стеклоткани и усилена внутри углепластиком и кевларом. Съёмный цилиндрический контейнер также выклеен в негативной форме из стеклоткани. Контейнер предназначен для размещения силовых аккумуляторов и другого оборудования (в частности для полётов по видеокамере – FPV модели, возможна установ-ка видеокамеры в носовой части контейнера) Правилами установления рекордов в классе радиоуправляемых моделей электролётов , запрещено пилоту использовать обратную связь с моделью находящуюся в полёте (т.е запрещена передача на землю телеметрической, видео , звуковой и др. информации) Пилот в течении всего полёта управляет моделью – в пределах видимости судей. Для радиоуправляемых моделей с поршневым или электрическим двигателем, двигатель должен вращать воздушный винт полностью раскрытый, если установлен складывающийся воздушный винт не менее 98% времени, заявленного в качестве рекордного (выдержка из правил регистрации рекордов).Авиамодель управляется дистанционно с помощью многоканального пульта управления - Futaba FX-30 с частотой 40 MHz. Задействованы шесть каналов управления: пять каналов – работа сервомеханизмов, для управления рулевыми поверхностями и один для управления электронным регулятором оборотов – силовым электрическим двигателем. Крыло снабжено двумя элеронами и закрылком, с помощью специальных микшеров с пульта управления – возможно изменение кривизны профиля крыла(в зоне элеронов и закрылка),для создания лучших характеристик профиля крыла, в зависимости от режимов полёта модели электролёта. Также модель настроена на деференциальное отклонение элеронов и отклонение закрылка крыла на взлётно- посадочные режимы.
Описание полёта рекордной модели электролёта F-5-S (ПП-48). Радиоуправляемая модель электролёта была запущена в 14 часов 15 минут 02 секунды 31 августа 2012 года на автодроме РОСТО в г.Омске. С момента взлёта и до окончания полёта модель пилотировал спортсмен авиамоделист Павел Погарский.
Цель полёта – превышение действующего рекорда России на дальность полёта по замкнутому маршруту а также на продолжительность полёта радиоуправляемой модели электролёта. Полёт проходил при ветре от 4 до 6 метров в секунду. Время полёта измерялось секундомерами ,судейской бригадой. База для полёта по замкнутому маршруту была равна 200 метров и представляла из себя линию на краях которой располагались вертикальные вешки. Точность пролётов замерялась судьями на вешках, располагавшимися на краях линии базы. Судьи имели возможность точно определять момент пересечения моделью вешок, летящей на любой высоте в пределах видимости. Пилот находился рядом с судьями-хронометристами в начале базы и получал звуковые сигналы о прохождении моделью контрольных вешок от судей с помощью громкоговорителя. Модель находилась в пределах видимости в течение всего полёта. В 18 часов 38 минут 05 секунд модель приземлилась в 15 метрах от точки взлёта. Время полёта, зафиксировано судьями-хронометристами – 4 часа 23 минуты 03 сек.(при оформлении рекордного дела , секунды округлили – в меньшую сторону). Расстояние – 98,2 км.
Итог рекордного полёта радиоуправляемой модели электролёта F-5-S (ПП-48): Предыдущий рекорд России в категории – продолжительность полёта – 3 ч.21мин.30с
Новый рекорд России в категории – продолжительность полёта – 4 ч. 23 мин. 00 с
Предыдущий рекорд России в категории – дальность по замкнутому мар-ту – 80 км. 400м. Новый рекорд России в категории – дальность по замкнутому маршруту – 98 км. 200 м.
Радиоуправляемая модель электролёта показала отличные лётные характеристики и большой резерв для совершенствования. Запас весовой нагрузки составляет-1665грамм. (по правилам, взлётный вес рекордной модели не должен превышать – 5000 грамм).
1 декабря 2012 года . в городе Москва , на общем заседании Федерации Авиамодельного спорта России, награждён двумя дипломами и медалями пилот авиамоделист , Заведующий научно-исследовательской лабораторией « Малые беспилотные аппараты» ОмГТУ г.Омска – Погарский Павел.
Особо хочется отметить кто участвовал в этом проекте:
- Финансирование проекта – ОмГТУ , в лице ректора ОмГТУ Шалая В.В.
- Первого проректора-проректора по НР – Косых А.В.
- Официального представителя ФАС России – Костюка А.Е.
- Судейскую бригаду: Главного судью – Дедушкевича С.Д.
- Судей-хронометристов: Стадникова Ю., Костюка А.
- Спортсмена авиамоделиста – Селёдкина С.Н.
В 2013 году, планируется проведение новых рекордных попыток с целью улучшения достигнутых результатов. Уже ведутся работы по установке на рекордную авиамодель отечественного электродвигателя для малых беспилотных аппаратов, разработанного и изготовленного на предприятии ООО «Микроприбор» г.Омск.
Опытно – производственные работы лаборатории в течении 2012 года.
В первой половине 2012 года, совместно с ООО «ОКБ МБА», была изготовлена серия БПЛА ПП-45, для использования их в опытных и экспериментальных полётах.
Весной 2012 года, прошла встреча с руководством и специалистами ООО «ЛАГ» (Лаборатория геодезических и фотографических работ), обсуждалась возможность установки на один из изготовленных БПЛА ПП-45, специально разработанной фотоплатформой на базе цифровых фотоаппаратов «Canon»-IXUS 105, для проведения АФС работ.
Фотоплатформа состоит из трёх цифровых фотоаппаратов, центральный фотоаппарат производит съёмку в надир и служит для связки фотокадров, два крайных расположены под определённым углом, в сумме получается три кадра в ряд используемых в дальнейшей обработке для получения 3D фотоизображения снимаемого объекта. Специальный блок фотоспуска позволяет вести съёмку одновременно тремя фотоаппаратами с необходимыми интервалами. Фотоплатформа откалибрована, её вес около 500 грамм. Монтируется фотоплатформа в специальном отсеке центроплана.
После установки и настройке фотоплатформы в лаборатории, провели её испытания в воздухе. Полёты проводились визуально, в диапазоне высот 200-400 метров, по маршрутам на максимальное удаление до 1000 метров. Управление осуществлялось с помощью ПДУ «Futaba FX-30» PCM 40 Мгц. В общей сложности было произведено 14 экспериментальных полётов, продолжительность полётов была от 20 до 60 минут.
С 31 июля по 15 сентября 2012 года неподалеку от деревни Новооболонь Горьковского района работала международная археологическая экспедиция. В раскопках кургана приняли участие представители ОмГТУ, Омского областного музея изобразительных искусств им. М.А. Врубеля, школьники из села Октябрьское Горьковского района, а также аспиранты и преподаватели мексиканского университета города Толука, штат Мехико.
Археологи и добровольцы продолжили исследовать Новооболонский курганный могильник, относящийся к саргатской культурно-исторической общности. Руководство экспедиции обратилось в лабораторию с просьбой сделать снимки с воздуха, чтобы отследить динамику раскопок, а также с помощью фотоплатформы, разработанной ООО «ЛАГ» получить 3D рельеф раскопок.
В октябре по заказу одной строительной организации, проведена экспериментальная аэрофотосъемка одного прибрежного участка р. Иртыш, совместно с специалистами ООО «ЛАГ».
По итогам проведённых экспериментальных АФС работ, руководство ООО «ЛАГ» решило продолжить сотрудничество с лабораторией, с целью доработки данного БПЛА ПП-45, с возможностью осуществления FPV полётов ( дистанционного управления летательным аппаратом по видеоизображению получаемым по каналу беспроводного видеонаблюдения) В планах у предприятия создать специализированный 3D АФС комплекс .
Управление полётом будет осуществляться с помощью ПДУ «Futaba» T8FG 2.4 ГГц., с бустером на 2Вт. На расстоянии до 10 км.
Контроль управления полётом с помощью модема 1,2 ГГц. 1Вт. , по видеомонитору или видео-очкам, OSD телеметрия, GPS, АП и другое оборудование.
Продолжительность полёта - до 1,5 часов.
Крейсерская скорость полёта – 50-60 км/час.
Максимальная скорость полёта – 120 км/час.
Общий вес оборудования – 800-900 грамм.
Взлётный вес максимальный – 4200 грамм.
Взлёт с руки, посадка по самолётному, с применением закрылков – для уменьшения посадочной скорости. Все доработки должны быть завершены к весне 2013 года.
Ещё один БПЛА ПП-45 к началу лета 2013 года, будет оснащён новыми электрическими силовыми установками для малых беспилотных аппаратов, разработки ООО «Микроприбор» г.Омск. Стендовые испытания данный электродвигатель успешно прошёл в конце 2012 года. Двигатель показал характеристики на 3-5% выше аналогичных зарубежных двигателей. Электродвигатель имеет пыле и влагозащищенное исполнение и способен работать при температуре от -40 до +50 С.
Запланированы испытательные полёты БПЛА ПП-45 с новыми электродвигателями.
ПАТРУЛЬНО-ПОИСКОВЫЙ КОМПЛЕКС "ВЗОР" НА БАЗЕ БПЛА ПП-50
БПЛА ПП 50 «Взор» спроектирован специально для суровых российских условий и предназначен для аэрофотосъемки и видеонаблюдения.
Беспилотный самолет разработан для аэрофотосъемки с максимальной продолжительностью полета, изготовлен с применением современной технологии 3D конструирования, новейших композиционных материалов на основе кевларовых сот и углепластиков, обладает повышенным ресурсом и высокими эксплуатационными характеристиками.
Разборный с удобным размещением различного оборудования, экономичная электрическая силовая установка обеспечивает продолжительный полет
Уникальный по соотношению цена-качество беспилотный самолет позволяет оперативно выполнять картографирование при помощи цифровой фотокамеры. Возможна установка различной полезной нагрузки (видеокамеры, тепловизора) по желанию заказчика.
Запускается c рук, без применения специальных средств, выполняет полет по маршруту и садится на парашюте в автоматическом режиме.
