Revolute Robotics представила своего автономного робота Hybrid Mobility Robot (HMR), вращающуюся сферическую клетку, которая может летать как мультикоптер или катиться в любом направлении с помощью двух гироскопических карданных колец.
Немецкая компания Wingcopter подписала соглашение на поставку 12 000 дронов для доставки грузов в 49 африканских странах к югу от Сахары. Проект будет реализован в течение ближайших 5 лет и обещает стать крупнейшим коммерческим применением беспилотников в мире.
В Африке недостаточная инфраструктура является препятствием для экономического развития в целом, и здравоохранения в частности. Парк дронов будет доставлять товары, а также лекарства, лабораторные образцы и вакцины в отдаленные регионы континента.
Доставка грузов будет осуществляться дроном модели Wingcopter 198, который может взлетать и садиться вертикально, как мультикоптер, но в горизонтальном полете использует традиционную аэродинамическую схему самолета, что позволяет ему летать на большие расстояния.
Приводим технические данные беспилотника, относящегося к интенсивно развиваемому классу eVTOL (electric vertical take-off and landing — электрические летательные аппараты с вертикальным взлетом и посадкой).
Wingcopter 198 — машина с размахом крыльев 198 см, что дало название модели, способна перевозить грузы на расстояние от 75 км до 110 км в зависимости от нагрузки и развивает крейсерскую скорость 100 км/ч (при 144 км/ч — максимальной). Дрон может поднять груз до 6 кг, объемом до 57 литров, либо 5 кг в двух или трех контейнерах, используемых в попутных рейсах. Доставка может осуществляться без приземления аппарата — в точках выгрузки он зависает и опускает контейнеры на землю посредством 3-метрового троса.
Два вида подвесных контейнеров для доставки грузов
Конструкция дрона имеет 8 пропеллеров: 4 винта предназначены только для вертикального взлета и посадки и фиксируются во время основной части полета. Два передних винта отклоняются на 90 градусов для создания горизонтальной тяги. Позади них находятся также два отклоняемых винта, лопасти которых дополнительно складываются, с тем, чтобы не мешать воздушному потоку от передних пропеллеров.
Беспилотник может подниматься на высоту до 5 км и осуществлять полеты при скорости ветра до 15 м/с, с порывами до 20 м/с, в том числе и в дождь (но не грозу) при температуре воздуха от 0 до 45 градусов Цельсия. Телеметрия передается по сотовой связи 3G/4G/5G или по спутниковой системе IRIDIUM. В аппарат встроены несколько видеокамер, лидар и бортовой компьютер, который оценивает риски столкновения с препятствиями и подает команды для маневрирования и уклонения. Два литий-ионных аккумулятора емкостью 814 ватт-часов приспособлены для быстрой замены, осуществляемой в один клик. На одной зарядке дрон может находиться в горизонтальном полете до 90 минут или зависать на 15 минут.
Дроны предназначены для полностью автономной работы, но в качестве альтернативы, оператор может пилотировать и мониторить до 10 аппаратов одновременно. Все жизненно важные системы беспилотника зарезервированы и спроектированы с избыточной архитектурой.
Летательный аппарат получил одобрение федерального управление гражданской авиации США (FAA) по критериям летной годности и после сертификации типа сможет летать по обычным маршрутам через регламентированное воздушное пространство и над населенными пунктами.
Поясняющее видео.
Источники:
Материал подготовлен дата-центром и веб-студией ITSOFT.
Немецкая компания Drone Champions AG провела летные испытания 12-роторного мультикоптера, предназначенного для полета с одним человеком на борту. Во время испытаний дрон с манекеном выполнил несколько маневров, в том числе переворот.
В последние несколько лет многие компании начали разрабатывать небольшие электрические летательные аппараты с вертикальными взлетом и посадкой. Обычно такие проекты позиционируются в качестве дрон-такси, которые могут в автономном или пилотируемом режиме перемещать нескольких людей в пределах города или неподалеку от него. Кроме того, есть и проекты индивидуальных открытых мультироторных аппаратов, таких как российский ховербайк или летательный аппарат от Kitty Hawk. Эти аппараты в основном предназначены для развлечения и обзорных полетов.
Компания Drone Champions AG, проводящая соревнования по дрон-рейсингу, представила одноместный дрон, способный совершать маневры, обычно присущие небольшим беспилотным аппаратам. Он имеет конструкцию гексакоптера с шестью плечами, но на конце каждого из них располагаются два противонаправленных винта. В центре располагается углепластиковый монокок, в котором располагается пассажир. Инженеры отмечают, что аппарат пилотируется дистанционно, а не напрямую человеком, сидящим в аппарате.
Недавно разработчики провели летные испытания аппарата на аэродроме хорватского города Врсар. Основные испытания были беспилотными: во время них в кабине сидел манекен. Полет проходил на высоте нескольких десятков метров. На ролике можно видеть, что дрон успешно провел несколько маневров, в том числе бочку и продольный переворот. Кроме того, инженеры провели пробный полет с человеком на борту, во время которого дрон отрывался от земли примерно на метр.
Точные данные об аппарате неизвестны, как и его перспективы. Один из разработчиков отметил, что команда создала два прототипа, один из которых имел массу около 200 килограммов, а второй, который участвовал в испытаниях, имеет гораздо меньшую массу, поскольку рассчитан на перевозку человека.
Разработкой гоночных пилотируемых дронов также занимается стартап Alauda. В 2017 году он безуспешно пытался собрать финансирование на подобные соревнования, а сейчас разрабатывает и испытывает аппарат для таких гонок, но пока в беспилотном режиме.
Мне кажется таким должно быть авиатакси, если откажет винт, без разницы, тут их десятки
Празднование дня победы от студентов СГУПС.
Дроны, дистанционно управляемые вертолеты, шпионские и военные мультикоптеры — все эти летающие устройства уже давно стали частью повседневности. Сегодня электрической бескрылой «леталкой» уже никого не удивишь. Вот оно, держится в небе на своих маленьких вентиляторах, безо всяких крыльев и только за счет электричества!
Однако, до недавнего времени машины с вертикальным взлетом и на электрической тяге были всего лишь недостижимой мечтой. Как же это стало возможным и почему никто их не делал раньше? Кто первым смог поднять электровертолет в воздух? Давайте посмотрим историю появления в нашем небе многопропеллерных жужжалок.
Предпосылки к появлению электрического вертикального взлета
Еще пятнадцать лет назад в небе среди компактных летающих устройств можно было наблюдать только самолеты и вертолеты с двигателями внутреннего сгорания.
И во всем мире, и в СССР основой авиамоделизма неизменно выступали самолеты. Это были кордовые, неуправляемые и радиоуправляемые модели. Про модели вертолетов ходили только слухи, кто-то хвалился, что смотрел на полет такого, но им не верили, и никто радиоуправляемые вертолеты в глаза толком не видел.
Конкурс радиоуправляемых вертолетов 1982 года в СССР
У моделей самолетов с авиадвигателями, работающими не на топливе, а от электричества, дело обстояло получше, но для вертолетостроения электромоторы на протяжении более ста пятидесяти лет, с самого момента их появления, были абсолютно непригодны. Вертолеты на видео 1982 года тоже имеют ДВС-двигатели.
Однако время не стоит на месте, и постепенно появились две необходимые для подъемной электротяги вещи. Во-первых, появились малогабаритные, а также и бесщеточные, или вентильные, электромоторы (https://ru.wikipedia.org/wiki/Вентильный_двигатель).
Дело в том, что до их появления никакие электродвигатели не давали такой мощности, которая была бы достаточной для подъема нужного веса при приемлемой собственной массе. Поэтому электрические моторы можно было применять в автомобилях, трамваях и метро, с их помощью можно было бриться, перемалывать пищу и качать воду. Можно было даже исхитриться и добавить к ним крылья, поставив их на самолет. Однако, первые электродвигатели в самолетах непременно проигрывали по ДВС по всем параметрам. Правда, не все электромоторы нового поколения изначально предназначались для авиации, сейчас мы об этом поговорим.
Рыбак-вертолетчик, 2010 г. Модель с ДВС
А во-вторых, появились компактные и ёмкие аккумуляторы, чему, скорее всего, значительно поспособствовало развитие мобильной электроники. Например, стали производиться литий-полимерные и литий-ионные аккумуляторы, которые пришли на смену никель-кадмиевым и никель-металлогидридным.
Самые первые аккумуляторы не были легкими и компактными, а поднять такой в воздух не представлялось возможным. Поначалу их пытались применять и в автомобилях, но появился двигатель внутреннего сгорания и на тот момент быстро поставил точку в развитии электромобилей. Современные же литий-полимерные аккумуляторы позволили получить бо́льшую ёмкость на единицу массы.
Перопроходцы
Proxflyer
Первым соединить достижения новых технологий догадался норвежский инженер Peter Muren. Он создал сайт с описанием своего первого изобретения в 2003 году, если Archive.org не врет. Сайт назывался Proxflyer.com (именно с таким написанием, через «Y») и содержал фото и видео полетов невероятного для того времени устройства: вертолета размером всего лишь с пачку сигарет, при этом управлявшегося дистанционно.
Archive.org первые версии сайта показывает как созданные в 2003 году (http://web.archive.org/web/20031001000000*/proxflyer.com).
Чтобы заставить модель подняться в воздух, Питер применил самую стабильную в полете вертолетную схему — соосную (как у КА-50 Черной Акулы). В своей конструкции он не стал использовать несуществующие в то время мини-автоматы перекоса и, тем более, гироскопы, тем самым облегчив модель.
Peter Muren демонстрирует первую в мире модель электрического вертолета, 2004 год
Не забывайте, что Ютуб был открыт только в 2005 году, поэтому ролик был залит позднее.
Приводы от электромоторов были выполнены на шкивах, а в качестве ремней использовалась тонкая резинка типа той, которая использовалась в пассиках для кассетных магнитофонов. Шестерней в данной схеме не было. Один мотор крутил оба винта, другой — поворачивал хвост.
Питер смог добиться нужной массы устройства, использовав в своем вертолете новые литий-полимерные аккумуляторы. Для уменьшения веса лопасти и части корпуса вертолета были сделаны из бальзового дерева. В качестве моторов он применил те, которые тогда только что появились и поначалу применялись в виброзвонках пейджеров (кто не знает, что такое пейджер, спросите у своих родителей) и мобильных телефонов. Такие электромоторы так и называли: Pager motor (моторчик из пейджера). Поэтому первые микромоторы делались совсем не для вертикального взлета.
Позже Питер соорудил другие модели, где смена положения вертолета в пространстве осуществлялось путем изменения скорости вращения одного из двух соосных винтов, а ими управляли отдельные моторы. Всего за подъем их отвечало два.
Движение вперед осуществлялось за счет третьего электромотора, установленного не вертикально, как у классических вертолетов или как у первой модели, а горизонтально и поднимавшего хвост модели кверху.
Инженеру удалось найти такое сочетание миниатюрных и легких моторов с другими снижающими вес деталями, которое, наконец-то, позволило модели воспарить над столом.
Получив патент на свое изобретение, Питер занялся усовершенствованием своих моделей, а чуть позже фирма Interactive Toy Concepts стала производить игрушечные вертолеты по его схеме.
Pixelito
Второй схемой, разрабатываемой параллельно, стала схема с вертикальным влетом моделиста из Бельгии по имени Александр. Он назвал свой вертолет Pixelito. Александр применил в нем схему, отличную от Proxflyer, с одним несущим винтом.
Стабильности ее полёта способствовало специальное устройство на винте: за неимением приемлемых по весу электронных стабилизаторов полета, на винт ставилось массивное навершие, выполнявшее при раскрутке роль гироскопа (сверху на изображении, над винтом, находится балансир (flybar, Bell/Hiller bar)).
Как бы в последствии конструкторы ни пытались, без этой штуки вертолеты с одним винтом летать отказывались. Напомню, что первой вертолетной схеме балансир был не нужен или, может быть, его функцию частично выполняло ограничительное кольцо на лопастях из бальзового дерева.
В этой модели моторчика было тоже два: для основного винта, который позволял лететь вверх-вперед, и для стабилизирующего пропеллера, с помощью которого можно было поворачивать. Модель получилась невероятно маленького размера, о чем можно судить по фото с хомячком, оно 2003 года, так что сорри за качество. Модель весила всего 6,9 грамм.
В 2003 году Александр был уже почти у создания работоспособной модели, и нашел Питера, создателя Proxflyer. Они решили объединить усилия, и таким образом довели свои модели до рабочих прототипов.
В записи от 15 Декабря 2003 года говорится:
«Сегодня мы с Питером с удовольствием представляем результат наших последних совместных разработок. Я создал вертолет Pixelito, а Питер — Proxflyer Micron (на тот момент уже не первую модель норвежца — мое примечание). Pixelito — это вертолет с моей собственной системой контроля ротора, а дизайн Питера уже довольно хорошо известен. Мы называем их роботами, потому что такое название характеризует их лучше всего. Примерно 2 недели назад мы с Питером провели чудесные выходные у меня дома и после этого решили, что было бы неплохо вести совместные исследования, каждый у себя дома, но двигаясь к общей цели. Это вылилось в создание модели весом всего 6,9 грамм вместе с аккумулятором, и мы оба знаем, что это не предел.
Александр и Питер.»
Видео только что созданного мини-вертолета Pixelito, но в ролике им управляет друг его создателя, автор Proxflyer Peter Muren. Можно догадаться, что Александр держит камеру.
Pixelito, 2003 год.
Третьим прототипом могла бы стать нашумевшая в то же самое время разработка японской фирмы Seiko Epson. Модель могла летать только вверх и вниз.
К сожалению, после первой же новости об этом соосном летающем чудо-устройстве информация про него исчезла, осталась только статья с описанием: https://www.ixbt.com/news/hard/index.shtml?02/35/48.
Судя по всему, разработка не удалась и не получила дальнейшего развития, к тому же, не было ни одного видео с демонстрацией его работы. На фото видно, что в ней была использована схема, в которой соосные винты сочетались с балансиром.
Развитие электрического вертолетостроения
С появлением летающих прототипов идею подхватили и другие производители игрушек, и, используя новые двигатели, аккумуляторы и подобрав более современный и легкий пластик, стали производить модели вертолетов одну за другой, сначала по норвежской схеме, ну а потом и по подобию Pixelito, по-моему, первые серийные модели так и назывались — Pixelito.
Вертолет одной из первых моделей по схеме, аналогичной Proxflyer, фирма Syma, 2007 год
Также одна из первых моделей английской фирмы Fastek Computers, 2007 год
Поначалу вертолеты были, в основном, соосные. Одним из самых плодовитых на тот момент производителей игрушечных радиоуправляемых вертолетов была китайская компания Syma. Авиамоделисты из всех стран также вовсю пробовали разные варианты построек моделей с вертикальным взлетом, и некоторые их достижения были довольно-таки выдающимися, но то, что быстрее всего дошло до конечного потребителя — это продукция фирм-производителей игрушек.
В результате как норвежский, так и бельгийский моделисты неплохо заработали на продаже прав на производство вертолетов на дистанционном управлении, сделанных по их схемам.
В последствии разработками Питера заинтересовались DARPA и норвежское Министерство Обороны, инженер создал свою фирму Prox Dynamics и стал разрабатывать вертолет-шпион для военных целей.
Что сейчас там происходит и на какой стадии находится производство, неизвестно.
Улучшения и повышение стабилизации полета
В то время как первые игрушечные вертолеты имели всего 2 канала управления (вперед-вверх и поворот лишь в одну сторону), любители для себя делали и модели на многоканальном радиоуправлении. Чтобы управлять самыми первыми моделями дистанционно управляемых вертолетов, требовалась довольно долгая тренировка, поскольку ровно удержать его в воздухе было довольно трудно, и многое зависело от мастерства пилота.
Для самых простых игрушечных вертолетов вместо радиоуправления применялось управление по инфракрасному излучению. В более продвинутых моделях — по радиоканалу. В дешевых моделях оно было двухканальным, чем дороже — тем каналов управления становилось больше.
В самых дешевых моделях на смену двухканальному управлению добавили третий, и управление стало больше походить на полноценный полет. Вот только держаться в воздухе, несмотря на множество каналов, было все еще непросто.
Обратите внимание, как трудно пилоту совладать с удержанием модели на месте:
Одна из первых моделей вертолетов по схеме Pixelito, 2007 год.
Появление миниатюрных гироскопов значительно улучшило эту ситуацию. После добавления в модель этого устройства полет становился прямо непривычно стабилен, не надо было постоянно держать пальцы на клавишах управления. Однако такие модели стоили гораздо дороже, чем вертолеты без гироскопа. Гироскопы стали применяться и в моделях вертолетов с ДВС.
Видео про модели вертолетов с гироскопами, 2011 год.
Самой популярной из моделей с гироскопом для массового покупателя была модель Syma S107, ну а самыми надежными, выдерживавшими прямые столкновения со стенами, зубы котов и бесконечные тараны мебели, наверное, являлись вертолетики фирмы Himoto.
Электровертолет с гироскопом, 2014 год
В военной области первой испытания выстрелов с радиоуправляемого вертолета стала проводить некая фирма Neural Robotics в 2006 году. Они подвесили дробовик на модель вертолета и стали исследовать поведение модели при выстрелах, а также как стрельба отражается на управлении.
Выстрел из дробовика, 2006 год
Их вертолет обладал ДВС, и этот опыт стал знаковым — он подтолкнул развитие направления ударных дронов. Сейчас военные мультикоптеры во всю сбрасывают бомбы, шпионят и наводят ракеты на цели.
Если сомневаешься — ставь больше пропеллеров!
Почти сразу после появления моделей вертолетов появились попытки создания многопропеллерных, если можно так выразиться, машин.
Чем больше пропеллеров было в модели, тем труднее было согласовывать их работу. Тот же вертолет Chinook с картинки выше, без гироскопа колбасило при полете так, что становилось сомнительным применение двух пар винтов. Для полета же моделей с тремя и более количеством двигателей требовалась электроника, на порядок сложнее вертолетной.
Поначалу стали экспериментировать с количеством электромоторов. Это сейчас почти всегда ставится знак равенства между дроном и квадрокоптером, но на заре их появления было совсем не так.
Изначально многомоторные модели собирали исключительно энтузиасты. Почти сразу же возникла идея ставить на модели компактные камеры, которых в то время было не много, а GoPro появилась уже позже, и удачно вписалась в тренд. Камеры собирали из собственноручно припаянных контроллеров к камерам от мобильных телефонов и так далее. Конструкторы мультикоптеров подбирали материалы для их рам, экспериментировали с разными электродвигателями, стали собирать различные модули для согласованного управления пропеллерами и гироскопы, писать для этого ПО и обмениваться удачными находками друг с другом. Получалось с переменным успехом.
Пока не было надежной электроники для согласования моторов и не появились миниатюрные гироскопы, смотреть на полеты таких устройств жутковато. Здесь были и поломанные рамы, и потерянные видеокамеры, и утонувшие в водоемах дорогостоящие электронные модули. Однако год от года стабильность, дальность полета, простота управления и качество снимаемых видео постоянно возрастали.
Появились коптеры с тремя, четырьмя, пятью, шестью, восемью и более пропеллерами — соответственно, трикоптеры, квадрокоптеры, пента-, гекса- и октакоптеры.
Один из первых трикоптеров, 2010 год
И вот, после долгих экспериментов, модели стали уже летать стабильно. Можно было не бояться, что она завалится на бок при полете или что вибрация при полете будет мешать управлению.
Поначалу все ставили себе столько пропеллеров, сколько хотели, но позже каждой схеме, все же, нашлось свое применение.
Пролет квадрокоптера с камерой GoPro Hero 3 на борту через фейерверк, лучше смотреть в HD, 2014 год
Машины с тремя и четырьмя моторами стали чаще применяться для развлекательных полетов, для съемки видео, а увеличенное число пропеллеров пригодилось в коптерах для перевозки грузов, а также в тех случаях, когда от мультикоптера требуется надежность. Ведь если при отказе одного из моторов в модели вертолета неизбежно происходит его крушение, то в случае моделей с несколькими двигателями нагрузку вышедшего из строя мотора можно распределить на другие и удержать машину в воздухе. Долго не утихали споры между приверженцами трикоптеров и квадрокоптеров по поводу баланса между простотой и стабильностью полета.
Октакоптер, специально предназначенный для перевозки грузов, 2012 год
Дальнейшее развитие и перспективы
Благодаря совершенствованию бортовой электроники и использованию модулей GPS, модели научились удерживать свое положение в пространстве и постоянную высоту. На мультикоптеры стали ставить телеуправление, которое по-английски называется FPV — First Person View, вид от первого лица. С его помощью можно управлять дроном, гладя на мир через камеру, установленную на нем. В Сети почти все видео сейчас снимаются с таких дронов.
Проводятся гонки на мультикоптерах, чему способствует система управления с видом от первого лица.
Гонки на дронах с управлением с FPV, 2015 год
Позже одна компания при каком-то технологическом институте стала разрабатывать систему автоматического контроля роя мультикоптеров и добилась впечатляющих результатов: они не только смогли заставить тучи дронов летать по заданным траекториям, не сталкиваясь. Добавив к ним иллюминацию и используя отдельный мультикоптер в качестве пикселя, они смогли составлять из них объемные изображения и надписи. Свое изобретение они впервые применили в рекламе фирмы Intel.
Голограмма из дронов, 2015 год
Уже в 2011 году построили прототип мультикоптера, способного поднять над землей человека. Сейчас это направление активно развивается. Ведь для перевозки людей здесь есть преимущества перед вертолетами. Это и удобство управления, и более компактные размеры, и электричество в качестве топлива, и безопасность из-за наличия нескольких пропеллеров вместо одного-двух.
Первый мультикоптер с человеком на борту, 2011 год
Устройство дронов продолжает совершенствоваться, для них появляется все больше сфер применения. Мультикоптеры совершенствуют многие авиапроизводители, включая Boeing. Да что там Boeing — сама Почта России уже во всю экспериментирует с доставкой грузов по воздуху.
Полет на квадрокоптере с видом от первого лица, от которого захватывает дух, 2017 год.
Возможно, скоро нас ждут аэротакси, огромные пространственные трехмерные скульптуры из дронов на любом большом празднике, доставка посылок и корреспонденции вне зависимости от того, где вы находитесь, а пиццы — всего лишь за три минуты!
