Классификация БПЛА
Основные лётные характеристики
В настоящее время Международной ассоциацией по беспилотным системам AUVSI (Association for Unmanned Vehicle Systems International) разработана методика классификации БПЛА, которая помимо конструкционных особенностей учитывает множество лётных характеристик, таких как взлетная масса, дальность, высота и продолжительность полета, размеры аппарата и т.д., но для упрощения задачи при классификации беспилотников можно выделить лишь два ключевых параметра БПЛА:
| Категория | Взлётная масса, кг | Дальность действия, км |
|---|---|---|
| Микро и мини БПЛА ближнего действия | 0 - 5 | 5 - 10 |
| Легкие БПЛА малого радиуса действия | 5 - 50 | 10 - 70 |
| Легкие БПЛА среднегорадиуса действия | 50 - 100 | 70 - 150 |
| Средние БПЛА | 100 - 300 | 150 - 1000 |
| Средне – тяжелые БПЛА | 300 – 500 | 70 – 300 |
| Тяжелые БПЛА среднегорадиуса действия | 500 – 1500 | 300 – 500 |
| Тяжелые БПЛА большой продолжительности полета | более 1500 | 500 - 1500 |
Как видно из приведённой выше таблицы, существуют четыре основные группы беспилотников (мини БПЛА, лёгкие БПЛА, средние и тяжёлые БПЛА). Последние две категории БПЛА подразумевают специальное применение, поэтому их разработка и производство является почти исключительной прерогативой крупных авиастроительных корпораций, а широкому кругу пользователей более известна первая категория дронов. Однако наиболее перспективной и бурно развивающейся на данный момент категорией считаются лёгкие БПЛА, поскольку потенциальная сфера их применения очень широка (от аэрофотосъёмки и картографирования до перевозки различных грузов в труднодоступной местности, что обходится дешевле использования пилотируемых средств). В связи с этим на нашем сайте представлены БПЛА именно такой разновидности:
Беспилотные летательные аппараты (lasercomponents.ru)
Система управления БПЛА
Беспилотные летательные аппараты можно также квалифицировать по методу управления. Их существует три вида:
- Дистанционно-пилотируемые летательные аппараты (ДПЛА). К данной категории относятся БПЛА целиком управляемые оператором с земли. Наиболее распространённым видом управления ДПЛА является передача сигнала по радиочастотному каналу, но в виду возможного присутствия большого количества как наведённых, так и естественных помех в этом диапазоне, такой метод управления наименее надёжен, поэтому сейчас для руководства действиями малых БПЛА всё чаще используется канал 5G. ДПЛА с большим радиусом действия как правило управляются по спутниковым каналам, а беспилотники, действующие в прямой зоне видимости, могут управляться по различным оптическим каналам связи.
- Автоматические БПЛА с полностью автономной системой управления. Поскольку такие аппараты выполняют запрограммированное полётное задание, то им необходимо иметь встроенный микропроцессор при этом желательно оснащённый нейросетевыми алгоритмами. Другим условием, без которого невозможно самостоятельное ориентирование БПЛА в полёте, является наличие бортового навигационного оборудования. Чаще всего его роль выполняет одно или двух антенный ГНСС приёмник, обеспечивающий получение спутникового сигнала с уточнением координат по RTK(Real Time Kinematic). Однако на случай потери связи со спутником, рекомендуется также включить в состав навигационного комплекса инерциальный измерительный модуль (IMU), который позволяет поддерживать точность курса в автономном режиме. Примером такой интегрированной навигационной системы может служить BW-GI100/200:
- Гибридная система управления БПЛА, когда оператор с земли может в любой момент подключится к управлению автономным беспилотником или когда, наоборот, БПЛА, потерявший по какой-то причине связь с оператором, способен продолжить полёт в автоматическом режиме. Обычно такую дублирующую систему управления имеют средние и тяжёлые БПЛА с большой дальностью действия.
Конструкция лётной системы БПЛА
Если прибегнуть к классификации БПЛА согласно их конструкционным особенностям, то можно выделить их следующие типы:
- Самолётные БПЛА с неподвижным крылом.
- Беспилотные вертолёты (однороторные соосные БПЛА).
- Мультикоптеры (БПЛА с несколькими оппозиционно расположенными двигателями).
- БПЛА с гибридной конструкцией, т.е. аппараты совмещающие в себе различные конструкционные принципы.
Далее речь пойдёт о каждом виде беспилотников более подробно.
Мультикоптеры (мультироторные БПЛА)
Мультикоптеры получили широкое распространение благодаря появлению компактных и достаточно мощных электродвигателей роторного типа. Минимальное количество таких пропеллеров для стабильного полёта БПЛА составляет три двигателя (трикоптер), максимальное же количество двигателей практически не ограничено (существуют модели, где их более 30-ти). Однако наибольшей популярностью пользуются дроны с четырьмя двигателями (квадрокоптеры), что обусловлено простотой и удобством их управления.
Помимо лёгкости управления к безусловным достоинствам мультироторных БПЛА относится их относительно низкая стоимость, возможность вертикального взлёта с любой неподготовленной площадки и способность зависания в случае необходимости над наземным объектом, а также высокая точность позиционирования. Главными же недостатками являются низкая скорость, высокие энергозатраты, ограниченный радиус действия, недостаточная грузоподъёмность и короткое время полёта (как правило в пределах часа).
Беспилотные самолёты
Старейшим и наиболее скоростным типом беспилотников считаются БПЛА с неподвижным крылом. Они отличаются также большой дальностью действия и высокой длительностью полёта, поэтому большинство средних и тяжёлых БПЛА представляют собой именно беспилотники самолётного типа с классической аэродинамической схемой оперения:
Но наиболее перспективной конструкцией для таких БПЛА с точки зрения улучшения лётных характеристик по мнению многих специалистов является т.н. «монокрыло»:
Однако даже компактным образцам беспилотных самолётов требуется специально оборудованное место для взлёта и посадки (либо взлётно-посадочная полоса, либо стартовая катапульта и парашютная система), а также дистанционное управление ими требует наличия у оператора серьёзных навыков пилотирования.
Беспилотные вертолёты
Другим классическим типом БПЛА являются однороторные беспилотники, которые, как и пилотируемые вертолёты, бывают с соосной схемой расположения винтов, либо же помимо одного главного винта могут быть оснащены дополнительным стабилизирующим винтом на хвосте. Эти БПЛА традиционно обладают высоким быстродействием и хорошей стабилизацией курса. Беспилотные вертолёты отличаются ещё тем, что на них можно установить практически любой тип двигателя (ДВР, газотурбинный или электродвигатель, а также гибридные установки). Минусом же при эксплуатации вертолётных БПЛА может стать их сложная аэродинамическая конструкция, высокий расход энергии и большие размеры ведущего винта, выходящие за габариты самого летательного аппарата.
БПЛА гибридной конструкции
Наиболее известным видом гибридного беспилотника является т.н. «Vtol», который совмещает в себе конструкционные принципы самолёта и квадрокоптера:
Такой БПЛА имеет преимущества вертикального взлёта за счёт наличия четырёх дополнительных двигателей, расположенных под плоскостью крыла (по два с каждой стороны) и одновременно он может развивать серьёзную скорость в полёте благодаря аэродинамической схеме летательного аппарата с неподвижным крылом.
Кроме этого, существует и множество прочих гибридные систем БПЛА. Вот лишь некоторые из них:
- Гибрид беспилотного вертолёта и самолёта (tailsitter);
- Колеоптер (кольцеплан) – БПЛА с кольцевым замкнутым крылом, которое позволяет увеличить углы атаки и манёвренность беспилотника, а также улучшить соотношение взлётной массы и полезной нагрузки;
- БПЛА на основе эффекта Коанда (зонтолёт), помимо беспрецедентной манёвренности такой беспилотник не имеет движущихся частей, что позволяет ему эффективно обходить близко расположенные препятствия;
- БПЛА с гибким крылом (параплан), как известно, эффект планирования при свободном полёте может обеспечить значительную экономию энергоресурсов двигателя;
- Аэростатический БПЛА (беспилотный дирижабль), который отличается бесшумностью и высокой грузоподъёмностью;
- БПЛА с машущим крылом (орнитоптер) имитирующий полёт птицы, благодаря чему достигается высокая энергоэффективность.
И хотя пока что в большинстве своём разработки гибридных БПЛА существуют лишь в виде опытных образцов, в будущем они вполне могут найти себе достойное применение в различных сферах человеческой деятельности.
