Лекция
Привет, Вы узнаете о том , что такое беспилотный летательный аппарат, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое беспилотный летательный аппарат, бла, бпла, беспилотник, дрон, квадрокоптер , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Робототехника.
беспилотный летательный аппарат ( бла ) (или необитаемых летательный аппарат , , обычно известный как беспилотный ) представляет собой воздушное судно без человеческого пилота на борту. БЛА являются составной частью беспилотной авиационной системы ( бпла ) ; которые включают БПЛА, наземный контроллер и систему связи между ними. Полет БПЛА может осуществляться с разной степенью автономности : либо под дистанционным управлением человеком-оператором, либо автономно с помощью бортовых компьютеров , называемых автопилотом .
По сравнению с самолетами с экипажем, БПЛА изначально использовались для выполнения задач, слишком «скучных, грязных или опасных» для людей. Хотя дрон ы изначально использовались в основном в военных целях, их использование быстро находит гораздо большее применение, включая аэрофотосъемку , доставку продуктов , сельское хозяйство , охрану и наблюдение, инспекции инфраструктуры, науку, контрабанду, [10] ] и гонки на дронах .
Для беспилотных летательных аппаратов используется несколько терминов, обычно относящихся к одной и той же концепции.
Термин беспилотник , более широко используется публикой, был придуман в отношении раннего дистанционно-пролетов целевой самолетов , используемых для практики стрельбы из орудий линкора, и этот термин был впервые использован с 1920 - х годов Фэйри Queen и 1930 - х годов де Havilland Queen Bee цели самолет. За ними последовали одноименные Airspeed Queen Wasp и Miles Queen Martinet , а затем окончательная замена на GAF Jindivik . [11]
Термин « беспилотная авиационная система» ( UAS ) был принят Министерством обороны США (DoD) и Федеральным управлением гражданской авиации США в 2005 году в соответствии с их Дорожной картой по беспилотным авиационным системам на 2005–2030 годы. [12] Международная организация гражданской авиации (ИКАО) и Британская гражданская авиация приняли этот термин, также используемый в ЕС единого общеевропейского неба (SES) Air-Traffic-Management (ATM) Исследование (СЕСАР Совместного предприятие) дорожная карта на 2020 год. [13]Этот термин подчеркивает важность других элементов, кроме самолета. Он включает в себя такие элементы, как наземные станции управления, каналы передачи данных и другое вспомогательное оборудование. Аналогичный термин обозначает беспилотный летательный аппарат (БПЛА), дистанционно пилотируемый летательный аппарат (ДПЛА), дистанционно пилотируемый авиационный комплекс (ДПАС). [14] Используется много похожих терминов.
БПЛА определяется как «летательный аппарат с двигателем, который не несет на себе человека-оператора, использует аэродинамические силы для подъема транспортного средства, может летать автономно или управляться дистанционно, может быть расходным или восстанавливаемым и может нести летальный или несмертельный полезный груз» . [15] Следовательно, ракеты не считаются БЛА, потому что само транспортное средство является оружием, которое не используется повторно, хотя оно также не отвинчивается и в некоторых случаях имеет дистанционное управление. При этом БЛА - это термин, который обычно применяют в военных целях. [16]
Термины автономный дрон и БПЛА часто ошибочно используются как синонимы. Это может быть связано с тем, что многие БЛА автоматизированы, то есть они выполняют автоматизированные миссии, но все еще полагаются на людей-операторов. Однако автономный дрон - это «БПЛА, который может работать без вмешательства человека». [17] Другими словами, автономные дроны взлетают, выполняют миссии и приземляются полностью автономно. Таким образом, автономный дрон - это разновидность БПЛА, но БПЛА не обязательно является автономным дроном.
Поскольку автономные дроны не пилотируются людьми, наземная система управления или программное обеспечение для управления связью играет важную роль в их работе, и поэтому они также считаются частью БПЛА. В дополнение к программному обеспечению автономные дроны также используют множество передовых технологий, которые позволяют им выполнять свои миссии без вмешательства человека, таких как облачные вычисления, компьютерное зрение, искусственный интеллект, машинное обучение, глубокое обучение и тепловые датчики. [18]
В последние годы автономные дроны начали трансформировать различные коммерческие отрасли, поскольку они могут летать за пределы прямой видимости (BVLOS) [19], одновременно увеличивая производство, снижая затраты и риски, обеспечивая безопасность на площадке, безопасность и соответствие нормативным требованиям [20] и защита человеческих ресурсов во время пандемии. [21] Их также можно использовать для задач, связанных с потребителями, таких как доставка посылок, как продемонстрировал Amazon Prime Air , и критически важные поставки товаров медицинского назначения.
Дрон-в-Box (DIB) представляет собой автономную беспилотный , который развертывает осуществлять запрограммированный список миссий из и возвращается в автономном посадочном поле , которое также выполняет функцию зарядки базы беспилотной в.
Согласно новым правилам, вступившим в силу 1 июня 2019 года, термин RPAS (дистанционно пилотируемая авиационная система) был принят правительством Канады для обозначения «набора настраиваемых элементов, состоящих из дистанционно пилотируемого самолета, его станции управления, системы управления и контроля. звенья и любые другие элементы системы, необходимые при выполнении полета ». [22]
Отношение БПЛА к модели самолетов с дистанционным управлением неясно. БПЛА могут включать или не включать модели самолетов. Некоторые юрисдикции основывают свое определение на размере или весе; однако Федеральное управление гражданской авиации США определяет любое летательное судно без экипажа как БПЛА независимо от его размера. Для использования в развлекательных целях дрон (в отличие от БПЛА) - это модель самолета, которая имеет видео от первого лица, автономные возможности или и то, и другое. [23]
Quadcopter или quadrotor представляет собой тип вертолета с четырьмя роторами .
Хотя квадрокоптерные вертолеты и конвертопланы уже давно эксплуатируются экспериментально, их конфигурация оставалась диковинкой до появления современных БПЛА или дронов. Небольшие размеры и низкая инерция дронов позволяют использовать особенно простую систему управления полетом, которая значительно повысила практичность маленького квадрокоптера в этом приложении.
Каждый ротор создает подъемную силу и крутящий момент вокруг своего центра вращения, а также сопротивление, противоположное направлению полета транспортного средства.
Квадрокоптеры обычно имеют два ротора, вращающихся по часовой стрелке (CW) и два против часовой стрелки (CCW). Управление полетом обеспечивается независимым изменением скорости и, следовательно, подъемной силы и крутящего момента каждого ротора. Шаг и крен регулируются изменением чистого центра тяги , а рыскание - изменением чистого крутящего момента .
В отличие от обычных вертолетов, квадрокоптеры обычно не имеют циклического управления шагом, при котором угол лопастей динамически изменяется при их повороте вокруг ступицы ротора. В первые дни полетов квадрокоптеры (тогда называемые либо «квадрокоптеры», либо просто «вертолеты») рассматривались как возможное решение некоторых из постоянных проблем вертикального полета. Проблемы управления, вызванные крутящим моментом (а также проблемы с эффективностью, возникающие из-за рулевого винта , который не создает полезной подъемной силы), могут быть устранены за счет вращения в противоположных направлениях, а относительно короткие лопасти гораздо проще сконструировать. Ряд пилотируемых конструкций появился в 1920-1930-х годах. Эти аппараты были одними из первых успешных аппаратов вертикального взлета и посадки (VTOL) тяжелее воздуха . Однако ранние прототипы страдали от плохой производительности , а последние прототипы требовали слишком большой пилотной рабочей нагрузки из-за недостаточной стабильности и ограниченных полномочий управления.
Если все четыре ротора вращаются с одинаковой угловой скоростью , при этом два вращаются по часовой стрелке и два против часовой стрелки, чистый крутящий момент вокруг оси рыскания равен нулю, что означает, что нет необходимости в рулевом винте, как на обычных вертолетах. Рыскание вызвано несоответствием баланса аэродинамических моментов (т. Е. Смещением кумулятивных команд тяги между парами лопастей, вращающихся в противоположных направлениях).
Схема реактивных моментов на каждом двигателе квадрокоптера из-за вращающихся роторов. Роторы 1 и 3 вращаются в одном направлении, а роторы 2 и 4 вращаются в противоположном направлении, создавая противоположные крутящие моменты для управления.
Квадрокоптер зависает или регулирует свою высоту, прилагая одинаковую тягу ко всем четырем роторам.
Квадрокоптер регулирует угол рыскания , прикладывая большее усилие к роторам, вращающимся в одном направлении.
Квадрокоптер регулирует свой шаг или крен, прикладывая большую тягу к одному ротору (или двум соседним роторам) и меньшую тягу к диаметрально противоположному ротору.
Все квадрокоптеры подчиняются нормальной аэродинамике винтокрылого аппарата, включая состояние вихревого кольца .
Основные механические компоненты являются фюзеляж или кадр, четыре ротора (либо фиксированным шагом или переменным шагом), и двигатели. Для лучшей производительности и простейших алгоритмов управления двигатели и гребные винты расположены на одинаковом расстоянии.
Чтобы обеспечить большую мощность и стабильность при меньшем весе, квадрокоптер, как и любой другой мультикоптер, может использовать конфигурацию соосного ротора . В этом случае у каждого плеча есть два двигателя, работающих в противоположных направлениях (один направлен вверх, а другой - вниз).
Конфигурацию квадрокоптера относительно просто запрограммировать для автономного полета. Это позволило провести эксперименты со сложным роением, основанным на базовых ощущениях соседних дронов.
Максимальное время полета, достигнутое квадрокоптером с батарейным питанием, составило 2 часа 31 минуту 30 секунд. Рекорд был установлен Фердинандом Кикингером из Германии в 2016 году. При установлении рекорда Кикингер использовал литий-ионные батареи большой емкости с низкой скоростью разряда и лишил планер несущественного веса, чтобы снизить энергопотребление и продлить срок службы. [10]
Альтернативные источники энергии, такие как водородные топливные элементы и гибридные газоэлектрические генераторы, используются для значительного увеличения срока службы из-за повышенной плотности энергии как водорода, так и бензина соответственно. [11]
В последние несколько десятилетий компоновка квадрокоптера стала популярной для небольших беспилотных летательных аппаратов или дронов. Потребность в самолетах с большей маневренностью и способностью зависать привела к росту исследований квадрокоптеров. Конструкция с четырьмя роторами позволяет квадрокоптерам быть относительно простыми по конструкции, но при этом очень надежными и маневренными. Продолжаются исследования, направленные на повышение возможностей квадрокоптеров за счет достижений в области связи между судами, исследования окружающей среды и маневренности. Если эти развивающиеся качества удастся объединить, квадрокоптеры смогут выполнять сложные автономные миссии, которые в настоящее время невозможны с другими транспортными средствами. [18]
Примерно с 2005 по 2010 год достижения в области электроники позволили производить дешевые легкие полетные контроллеры, акселерометры ( IMU ), системы глобального позиционирования и камеры. Это привело к тому, что конфигурация квадрокоптера стала популярной для небольших беспилотных летательных аппаратов . Благодаря небольшим размерам и маневренности эти квадрокоптеры можно летать как в помещении, так и на открытом воздухе
Самое раннее зарегистрированное использование беспилотного летательного аппарата для ведения боевых действий произошло в июле 1849 года [25], когда он использовался в качестве носителя воздушного шара (предшественник авианосца ) [26] при первом наступательном использовании авиации в морской авиации . [27] [28] [29] Австрийские войска, осаждающие Венецию, попытались запустить около 200 зажигательных шаров в осажденный город. Воздушные шары запускали в основном с земли; однако некоторые были спущены на воду с австрийского корабля SMS Vulcano.. По крайней мере, одна бомба упала в городе; однако из-за изменения ветра после запуска большая часть аэростатов не попала в цель, а некоторые улетели назад над австрийскими линиями и пусковым кораблем « Вулкано» . [30] [31] [32]
Инновации в области БПЛА начались в начале 1900-х годов и первоначально были сосредоточены на создании учебных целей для обучения военнослужащих. Разработка БПЛА продолжалась во время Первой мировой войны , когда компания Dayton-Wright Airplane Company изобрела беспилотную воздушную торпеду , которая взорвалась в заданное время. [33]
Самой ранней попыткой создания БПЛА с двигателем была «Воздушная цель» AM Low в 1916 году [34] . Лоу подтвердил, что моноплан Джеффри де Хэвилленда был единственным, который летел под управлением 21 марта 1917 года, используя его радиосистему. [35] Никола Тесла описал парк беспилотных боевых машин в 1915 году. [36] Во время и после Первой мировой войны последовали достижения, в том числе британский автоматический самолет Hewitt-Sperry (1917) и RAE Larynx (1927). Эти разработки также вдохновили на создание ошибки Кеттеринга.Чарльз Кеттеринг из Дейтона, штат Огайо. Первоначально задумывался как беспилотный самолет, который будет нести взрывчатку к заданной цели. Первый масштабируемый дистанционно пилотируемый аппарат был разработан кинозвездой и энтузиастом авиамоделистов Реджинальдом Денни в 1935 году. [34] Еще больше появилось во время Второй мировой войны - использовалось как для обучения зенитчиков, так и для выполнения боевых задач. Нацистская Германия производила и использовала различные БЛА во время войны, такие как Argus As 292 и летающую бомбу V-1 с реактивным двигателем . После Второй мировой войны разработки продолжились в таких машинах, как американский JB-4.(с использованием теле / радио-командного наведения), австралийских ВВС Джиндивик и Теледайн Райан Файрби I 1951 года, в то время как такие компании, как Beechcraft, предложили свою модель 1001 для ВМС США в 1955 году. [34] Тем не менее, они были немногим более чем дистанционно управляемыми самолеты до войны во Вьетнаме .
В 1959 году ВВС США , обеспокоенные потерей пилотов на вражеской территории, начали планировать использование беспилотных самолетов. [37] Планирование активизировалось после того, как Советский Союз сбил U-2 в 1960 году. Через несколько дней была запущена строго засекреченная программа БПЛА под кодовым названием «Красный вагон». [38] Столкновение в августе 1964 года в Тонкинском заливе между военно-морскими подразделениями США и ВМС Северного Вьетнама положило начало первому боевому вылету во Вьетнаме американских БПЛА ( Ryan Model 147 , Ryan AQM-91 Firefly , Lockheed D-21 ). Война .[39] Когда китайское правительство [40] показали фотографии сбитого американского БПЛА через Wide World Фотографии , [41] официальный ответ США был «без комментариев».
Во время Войны на истощение (1967–1970) первые тактические БПЛА с разведывательными камерами были впервые испытаны израильской разведкой, успешно доставив фотографии со всего Суэцкого канала. Это был первый случай, когда тактические БЛА, которые можно было запускать и садить на любую короткую взлетно-посадочную полосу (в отличие от более тяжелых реактивных БПЛА), были разработаны и испытаны в бою. [42]
Во время войны Судного дня 1973 года Израиль использовал БПЛА в качестве приманки, чтобы побудить противостоящие силы тратить зря дорогие зенитные ракеты. [43] После войны Судного дня 1973 года несколько ключевых людей из команды, которая разработала этот ранний БПЛА, присоединились к небольшой начинающей компании, которая стремилась превратить БПЛА в коммерческий продукт, который в конечном итоге был приобретен Тадираном и привел к разработке первого израильского БПЛА. БПЛА. [44] [ необходимы страницы ]
В 1973 году американские военные официально подтвердили, что использовали БПЛА в Юго-Восточной Азии (Вьетнам). [45] Более 5000 американских летчиков были убиты и более 1000 пропали без вести или взяты в плен . 100-е стратегическое разведывательное крыло ВВС США выполнило около 3435 вылетов БПЛА во время войны [46], при этом было потеряно около 554 БПЛА по всем причинам. По словам генерала ВВС США Джорджа С. Брауна , командующего Командованием систем ВВС , в 1972 году, «единственная причина, по которой нам нужны (БПЛА), - это то, что мы не хотим без нужды расходовать человека в кабине». [47] Позже в том же году генерал Джон К. Мейер , главнокомандующий,Стратегическое воздушное командование заявило: «Мы позволяем беспилотнику выполнять полеты с высокой степенью риска ... уровень потерь высок, но мы готовы рисковать большим количеством потерь ... они спасают жизни!» [47]
Во время войны Судного дня 1973 года советские зенитно-ракетные батареи в Египте и Сирии нанесли серьезный ущерб израильским истребителям . В результате в Израиле был разработан первый БЛА с функцией наблюдения в реальном времени. [48] [49] [50] Изображения и радиолокационные ловушки, предоставленные этими БПЛА, помогли Израилю полностью нейтрализовать сирийскую систему ПВО в начале войны в Ливане 1982 года , в результате чего ни один пилот не был сбит. [51]Впервые беспилотные летательные аппараты были использованы в качестве доказательства концепции сверхманевренного управляемого полета после сваливания в симуляторах боевого полета с использованием бесхвостого, основанного на технологии малозаметности, трехмерного управления полетом с вектором тяги и реактивных БЛА в Израиле в 1987 году . [52]
По мере созревания и миниатюризации применяемых технологий в 1980-х и 1990-х годах интерес к БПЛА вырос в высших эшелонах армии США. В 1990-х годах Министерство обороны США заключило контракт с AAI Corporation вместе с израильской компанией Malat. ВМС США закупили БПЛА AAI Pioneer, который AAI и Malat разработали совместно. Многие из этих БПЛА принимали участие в войне в Персидском заливе 1991 года . БПЛА продемонстрировали возможность создания более дешевых и более эффективных боевых машин, развертываемых без риска для экипажей. Первоначальные поколения в основном включали самолеты-разведчики , но некоторые из них несли вооружение , такое как General Atomics MQ-1 Predator , который запускал ракеты класса "воздух-земля" AGM-114 Hellfire..
CAPECON был проектом Европейского Союза по разработке БПЛА [53], работавшим с 1 мая 2002 г. по 31 декабря 2005 г. [54]
По состоянию на 2012 год ВВС США использовали 7 494 БПЛА - почти каждый третий самолет ВВС США. [55] [56] Центральное разведывательное управление также управляемые беспилотные летательные аппараты . [57]
В 2013 году как минимум 50 стран использовали БПЛА. Китай, Иран, Израиль, Пакистан, Турция и другие [ что? ] спроектировали и построили собственные разновидности.
БПЛА обычно попадают в одну из шести функциональных категорий (хотя многоцелевые платформы планера становятся все более распространенными):
Многоуровневая система США военный беспилотник используется военными планировщиками для обозначения различных элементов отдельных воздушных судов в общем плане использования.
Транспортные средства можно разделить на категории по дальности / высоте. Следующее было выдвинуто [ кем? ] актуально на отраслевых мероприятиях, таких как форум беспилотных систем ParcAberporth :
Другие категории включают: [58] [59]
Классификация по весу самолета довольно проста:
продолжение следует...
Часть 1 Беспилотный летательный аппарат (БЛА, БПЛА,беспилотник,дрон) Квадрокоптер
Часть 2 - Беспилотный летательный аппарат (БЛА, БПЛА,беспилотник,дрон) Квадрокоптер
Часть 3 Автономия - Беспилотный летательный аппарат (БЛА, БПЛА,беспилотник,дрон) Квадрокоптер
Часть 4 - Беспилотный летательный аппарат (БЛА, БПЛА,беспилотник,дрон) Квадрокоптер
Часть 5 Основные принципы - Беспилотный летательный аппарат (БЛА, БПЛА,беспилотник,дрон) Квадрокоптер
Часть 6 - Беспилотный летательный аппарат (БЛА, БПЛА,беспилотник,дрон) Квадрокоптер
Часть 7 Функции - Беспилотный летательный аппарат (БЛА, БПЛА,беспилотник,дрон) Квадрокоптер
Часть 8 - Беспилотный летательный аппарат (БЛА, БПЛА,беспилотник,дрон) Квадрокоптер
Часть 9 Применение беспилотных летательных аппаратов - Беспилотный летательный аппарат (БЛА, БПЛА,беспилотник,дрон)
Часть 10 Вау!! 😲 Ты еще не читал? Это зря! - Беспилотный летательный аппарат (БЛА, БПЛА,беспилотник,дрон) Квадрокоптер
Исследование, описанное в статье про беспилотный летательный аппарат, подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое беспилотный летательный аппарат, бла, бпла, беспилотник, дрон, квадрокоптер и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Робототехника
Комментарии
Оставить комментарий
Робототехника
Термины: Робототехника