+7 (495) 12-52-082    info@GeoPoligon.ru

Мультироторные беспилотные летательные аппараты, представленные на российском рынке: обзор

Аннотация

Cтатья представляет собой обзор, в котором рассмотрены основные типы отечественных мультироторных беспилотных летательных аппаратов (БЛА), представлены их сравнительные характеристики, описаны конструктивные особенности. На примере новых моделей БЛА, появляющихся на российском рынке, сделаны предположения о перспективах развития отрасли.

 

Барбасов В.К.

Студент факультета прикладной космонавтики и фотограмметрии (ФПКиФ) Государственного университета геодезии и картографии (МИИГАиК), г. Москва, info@съемкасвоздуха.рф  

Гречищев А.В.

Директор Инновационного научно-образовательного центра «Геомониторинг» Московского государственного университета геодезии и картографии (МИИГАиК), г. Москва, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат (БЛА); мультироторные БЛА; аэрофотосъемка.

 

Multirotor unmanned aerial vehicles in the Russian market: review

Barbasov V.K.

Student of the Faculty of Applied Cosmonautics and Photogrammetry of the Moscow State University of Geodesy and Cartography (MIIGAiK), Moscow, info@съемкасвоздуха.рф

Grechishchev A.V.

Director of the «Geomonitoring» Innovative Research and Educational Center of the Moscow State University of Geodesy and Cartography (MIIGAiK), Moscow, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Key words: unmanned aerial vehicle (UAV), multirotor UAV; aerial photography.

Abstract

The article is a review which describes the main types of Russian multirotor unmanned aerial vehicles (UAV). Their comparative characteristics and constructional features are presented. The development prospects and new models of UAV in the Russian market are discussed.

 

 

Введение

 

В настоящее время разработки в сфере беспилотных летательных аппаратов (БЛА) мультироторного типа активно ведутся по всему миру, в том числе и в Российской Федерации. К сожалению, на отечественном рынке представлено не так много моделей БЛА, способных обеспечить разведку, дистанционное зондирование, контроль коммуникаций и границ, оценку экологического состояния территории, ретрансляцию сигналов, хотя потенциально использование БЛА может снизить себестоимость этих работ на порядок и даже больше по сравнению с задействованием традиционных космических или авиационных систем. Прогрессу невоенных БЛА способствуют миниатюризация и удешевление электронных компонентов их бортового оборудования.

 

Наиболее перспективным представляется использование БЛА весом порядка 5 кг, эксплуатация которых не подразумевает каких-либо регламентных ограничений и может осуществляться в городских условиях.

 

В рамках исследований, проводимых в Московском государственном университете геодезии и картографии (МИИГАиК), применяются, в частности, малые беспилотные летательные аппараты «Джигирнаут» и «Дредноут» для получения актуальной пространственной информации с целью использования ее для наполнения геопорталов при возникновении чрезвычайных ситуаций (ЧС) [1].

 

Более подробно преимущества и области применения указанных аппаратов описаны в статьях [2, 3].

 

Настоящая публикация посвящена мультироторным БЛА, доступным на российском рынке, в том числе разработанным в МИИГАиК. Аппараты сгруппированы в соответствии со своими техническими характеристиками. Представлены модели БЛА, активно эксплуатируемые силовыми структурами, а также перспективные разработки, готовящиеся к серийному производству.

 

Обзор рынка отечественных мультироторных БЛА

 

Нужно отметить, что современный рынок отечественных мультироторных БЛА пока еще неконкурентоспособен. Основное применение аппараты нашли в силовых структурах в условиях реагирования на ЧС как наиболее действенные инструменты для получения актуальной информации о текущей обстановке.

Рассмотрим доступные в России БЛА мультироторного типа, предварительно условно поделив их на две основные группы (табл.1):

  1. легкие, основными достоинствами которых являются компактность и хорошая сохранность при падении;
  2. тяжелые, которые можно подразделить на устойчивые (хорошая управляемость и ветровая устойчивость, но кратковременность полета – до 40 мин.) и «долголеты» (увеличенное время полета).

Таблица 1

Группы мультироторных беспилотных летательных аппаратов

 

Группа БЛА

Вес

пустого

аппарата,

кг

Размер

по диагонали

между

моторами,

см

Размер

винта,

дюйм

Время

полета,

мин.

Легкие

1,5–3,0

<80

11–17

25–50

Тяжелые

устойчивые

3,0–6,0

80–120

14–20

25–50

долголеты

3,5–4,0

100–120

> 25

> 60

 

 

Более детальная градация представлена в статье [2].

 

К наиболее известным мультироторным БЛА отечественного производства относятся Microdrones md4-200, который в нашей стране распространяются компанией «ЮВС Авиа» под названием «Гранад ВА-200», и Zala421-21 производства фирмы ZALA AERO GROUP. Группа компаний «Беспилотные системы»выпускает практически идентичный последнему названному аппарат «Серафим» (или Supercam X6). На рынке также представлены БЛА производства компаний BLASKOR и «Нелк» (аппарат «Колибри-6»).

 

В МИИГАиК разработано несколько мультироторных БЛА, последний из которых – «МИИГАиК X4» – представляет собой отечественный аналог модели DraganFlyer X4-ES (США), пришедший на смену аппарату «Джигирнаут». «МИИГАиК X4» был создан в сотрудничестве со специалистами Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения (СПбГУАП), он может нести полезную нагрузку до 0,5 кг (например, фотоаппарат Sony Nex или тепловизорTinyCam 640) на двухосевом электромагнитном подвесе с системой гиростабилизации. Аппарат имеет цельную углепластиковую (карбоновую) раму, в которой размещена вся электроника, защищенная корпусом БЛА от осадков, а также 17-дюймовые углепластиковые винты, не подверженные флаттеру и обеспечивающие устойчивость на больших скоростях и при сильном ветре. Внутри корпуса находятся два аккумулятора общей емкостью 22 ампер-часа, которые помимо автопилота и моторов питают всю дополнительную полезную нагрузку. Размещение аккумуляторов внутри корпуса дает выгоду при эксплуатации БЛА зимой за счет того, что выделяемое ими тепло остается внутри, не давая питающим элементам остыть, что обеспечивает возможность полного использования их емкости.

 

«МИИГАиК X4» относится к группе легких БЛА, но при этом имеет продолжительность полета, которая сопоставима с «долголетами». Такие характеристики позволят ему эффективнее выполнять задачи картографирования площадных объектов и мониторинга ЧС, используя различные сенсоры и датчики для ведения экологического мониторинга.

 

Характеристики легких БЛА мультироторного типа отечественного производства сопоставлены в табл. 2 (в нее не вошли малоизвестные аппараты, например «Геоскан 401» производства компании «Геоскан», «ФотоКоптер» компании «Стилсофт», «Пустельга» разработки НИИ прикладной механики им. акад. В.И. Кузнецова, БЛА фирмы EYERA).

 

Таблица 2

Сопоставление технических характеристик легких БЛА

 

 

Характеристика

Модели легких БЛА

«Гранад ВА-200»

(Microdrones
md4-200)

(рис. 1, а)

 

Zala 421-21,

Supercam X6

 

(рис. 1, б)

«Джигирнаут»,

BLASKOR,

«Колибри-6»

(рис. 1, в)

«МИИГАиК Х4»  

 

(рис 1. г)

Рабочий размер, мм×мм×мм

910×910×220

600×520×75

825×825×325

520×530×350

Скорость горизонтального

полета, м/c (км/ч)

15 (50)

11 (39,6)

12,5 (45)

12,5 (45)

Рабочая высота полета

над уровнем земли, м

5–150

10–350

5–250

5–150

Воздушный потолок, м

500

1 000

2 000

2 500

Продолжительность полета, мин.

30

30

25

70

Максимальный взлетный вес, г

1100

1 500

5 500

3 000

Максимальная масса

полезной нагрузки, г

750

300

2500

700

Взлетная масса, г

2 500

1 200

3 000

2 300

Допустимая скорость ветра

(не более), м/c 

8

5

10

10

Количество винтомоторных групп

4

6

6

4

Складываемось, разборность

Разборный

(отстегивающиеся

лучи)

Неразборный

Складной

Неразборный

 

                                                                        а                                                                                                            б

  

 

                                                                         в                                                                                                         г

 1g

 

 

Рис. 1. Легкие мультироторные БЛА российского производства: а – «Гранад ВА-200» (Microdrones md4-200); б – Zala 421-21, SupercamX; в – «Джигирнаут», BLASKOR, «Колибри-6»; г – «МИИГАиК Х4»

 

 

Рассмотрим группу тяжелых аппаратов (табл.3). Среди отнесенных к устойчивым наиболее выигрышно выглядит Zala 421-22. В отличие от предшествующей модели Zala 421-21, которая причислялась к легким аппаратам, новая модификация стала надежнее за счет увеличения числа двигателей и аккумуляторов, кроме того, появилась кроссплатформенность подвесного оборудования, что дает возможность применять мультироторные и самолетные БЛА фирмы ZALA AERO GROUP с девятью вариантами и комбинациями полезной нагрузки (рис. 2). Последние свойства характерны в данный момент только для аппаратов производства компании ZALA AERO GROUP.

 

К группе тяжелых относятся также БЛА, разработанные компанией Аir group:170X-OperA, Air250, Air-Q8 (складной) (рис. 3). Особенность этих аппаратов состоит в том, что их винт находится в защитном кольце – импеллере, что дает прибавку к тяге и времени полета. Однако вследствие отсутствия набегающих потоков воздуха она несущественна и оригинальность такого конструкторского решения, в конечном счете, негативно сказывается на стабильности БЛА и качестве аэросъемки. Таким образом, у этих БЛА особых преимуществ по критериям времени полета, стабильности, качества съемки и цены не выявлено.

 

  

Также в таблице мы рассмотрим мультироторный БЛА Supercam X8, от компании “Финко”

 

Кроме промышленно выпускаемых моделей в подгруппе устойчивых БЛА представлена студенческая разработка МИИГАиК  под названием "МИИГАиК Х8"

 

 

Рис. 2. Варианты полезной нагрузки для БЛА компании ZALA AERO GROUP

 

 

                                             а                                                                б                                                                           в

 

Рис. 3. БЛА производства компании Аir group: а – 170X-OperA; б – Air 250; в – Air-Q8 (складной)

 

Для увеличения продолжительности полета на аппараты из подгруппы «долголетов» устанавливаются большие винты (25 и более дюймов). Основным недостатком этих БЛА является неустойчивость по отношению к ветру, обусловленная высокой инерционностью винтов, которые не могут быстро менять скорость вращения.

 

Наиболее известный аппарат рассматриваемой подгруппы – «Гранад ВА-1000» компании «ЮВС Авиа», который является самым долголетающим и время его полета без полезной нагрузки достигает 88 мин., однако при скорости ветра более 6 м/c его эксплуатация крайне нежелательна. Таких аппаратов в структурах МЧС и МВД России имеется несколько десятков штук.

 

Аналогичный аппарат есть и у компании «Нелк» – «Нелк B4». Время его полета может составлять 120 мин.

 

Совсем недавно у компании "Геоскан" появился свой мультироторный БПЛА под названием "Геоскан 401".

 

Внешний вид и технические характеристики тяжелых БЛА приведены  в табл. 3 соответственно.

 

 

 

Таблица 3

 

Сопоставление технических характеристик тяжелых БЛА

 

 

Название:

Картинка:

Microdrones

md4-1000

Нелк B4

 

Геоскан 401

 

Под класс

Долголеты

Рабочий размер, мм×мм×мм

1030х1030х450

1010х1010

х440

1010х1010

х440

Скорость горизонталь-ного полета, м/c

15(54км/час)

15(54км/час)

30 км/час

Рабочая высота полёта над уровнем земли, м

10-250

10-250

До 500

Воздушный потолок, м

4000

2000

2000

Продолжительность полета, мин.

88

120

До 60

Максимальный взлетный вес, г

5550

5000

6500

Максимальная масса полезной нагрузки, г

1200

2000

1500

Взлетная масса, г

2650

3000

4000

Допустимая скорость  ветра, не более, м/c

6

6

10

Количество винто-моторных групп

4

4

4

Складной

Складной (лучи вниз)

Нескладной

Нескладной

 

Название:

Картинка:

Air 170 OperA

Zala 421-22

“Дредноут ”

Supercam X8

Под класс

Устойчивые

Рабочий размер, мм×мм×мм

910х860х

350

1065х1065х240

1100×1100×450

1020х1070х420

Скорость горизонталь-ного полета, м/c

15(54км/час)

8,3(30км/ч)

15(54км/час)

15(54км/час)

Рабочая высота полёта над уровнем земли, м

10-250

10 -250

10-350

10-350

Воздушный потолок, м

700

1000

2000

1000

Продолжительность полета, мин.

30

35

20

до 60 минут

Максимальный взлетный вес, г

10000

8000

8000

8000

Максимальная масса полезной нагрузки, г

2000

до 2000

3000

3000

Взлетная масса, г

8000

6000

5000

5000

Допустимая скорость  ветра, не более, м/c

6

8

10

10

Количество винто-моторных групп

8

8

8

8

Складной

Неразборный

Складной

Нескладной

Складной

           

 

 

Перспективные разработки в области мультироторных БЛА

 

 

Скоро на отечественном рынке должен появиться Microdrones md4-3000 (рис. 5), который будет продаваться под названием «Гранад ВА-3000». Это мультироторный БЛА, поднимающий полезную нагрузку до 3кг и способный лететь с ней до 45 мин. (при совокупном весе до 15кг). Винты БЛА имеют по три лопасти, шаг которых регулируется в зависимости от режима полета и погодных условий. Этот аппарат имеет аэродинамическую асимметричную конструкцию, которая создает дополнительную подъемную силу при быстром полете.

 

Рис. 5. Внешний вид аппарата Мicrodrones md4-3000

 

 

Говоря о перспективах, необходимо отметить появление новой ветви мультироторных БЛА, у которых питание подается по кабелю с земли. Одним из первых подобных аппаратов был израильский HoverMast-100 (рис. 6) с одним главным и четырьмя вспомогательными винтами, разрабатывавшийся для нужд военных. Он должен был устанавливаться на машинах для проведения видеоконтроля сверху. Отечественный аппарат с подобной системой подачи питания анонсирован компанией «Нелк». Он определяется как летно-подъемная платформа привязного типа (рис 7). По заявлению производителя, аппарат будет способен подниматься на высоту до 100 м и нести до 10 кг полезной нагрузки, что превышает показатели зарубежного аналога.

 

Рис. 6. Внешний вид аппарата HoverMast-100

 

 

Рис. 7. Внешний вид летно-подъемной платформы привязного типа

 

 

Заключение

В качестве заключения хотелось бы отметить, что отечественным мультироторным БЛА не хватает надежности, а также средств спасения и ухода от столкновений. Производители конкурируют лишь в сфере продажи БЛА для нужд МЧС и МВД России.

В связи с этим значимым для отрасли мероприятием можно считать запланированную в рамках летней студенческой практики 2014 г. на Заокском геополигоне МИИГАиК серию подспутниковых съемок с аппаратов «Дредноут» и «МИИГАиК Х4» в оптическом и тепловом диапазонах для выявления перспектив применения мультироторных БЛА в картографии, диагностике и 3D-моделировании объектов. Полученные результаты будут отражены в нескольких дипломных работах. Эти аппараты могут демонстрироваться и производить тест-полеты на выставках и конференцих (например, таких как «Геосибирь», «Геомир», «НТТМ», «Геофорум+», «Geoid»).

 

 

[1] Флаттерсочетание самовозбуждающихся незатухающих изгибающих и крутящих автоколебаний элементов конструкции летательного аппарата.

 

Список литературы

  1. Алтынов А.Е., Барбасов В.К., Батаев М.С., Гаврюшин Н.М., Дрыга Д.О. Особенности аэрофотосъемочного комплекса на базе беспилотного летательного аппарата вертолетного типа // Инженерные изыскания. 2013. № 9. С. 36–40.
  2. Барбасов В.К., Гаврюшин М.Н., Дрыга Д.О. и др. Многороторные беспилотные летательные аппараты и возможности их использования для дистанционного зондирования Земли // Инженерные изыскания. 2012. № 10. С. 38–42.
  3. Барбасов В.К., Орлов П.Ю., Руднев П.Р., Гречищев А.В. Применение малых беспилотных летательных аппаратов для съемки местности и подготовки геоинформационного контента в чрезвычайных ситуациях // Материалы научно-технической конференции «Геосибирь-2013». Новосибирск, 2013.