Комплектующие от беспилотников для СЛА

[Perelesnik]

Чем фактически отличается пилотируемый аппарат от беспилотника?
По большому счету, только тем, что в одном случае пилот находится в самом аппарате и управляет им непосредственно, а в другом - пилот - "оператор" находится на земле и управляет аппаратом через радиоканал или с помощью предварительно написанной программы полета.

Размер, вес, конструкция ЛА при этом не имеют решающего значения и определяются только соображениями целесообразности (пилотируемый ЛА, как минимум, должен быть способен поднять в воздух вес самого пилота).

А для беспилотников ограничений по размерам/весу вообще не существует: БПЛА может и в кармане помещаться, и весить несколько тонн - для самого принципа управления, для аппаратуры это без особой разницы.

Самому контроллеру всё равно: управляет ли он элеронами площадью в несколько квадратных миллиметров или площадью в пару квадратных метров. Стоит ли на аппарате электромоторчик на 50 Ватт или ГТД на 1000 "лошадей". Будут отличаться только приводы управления. Будет некоторое отличие в настройках (да и в мире "карманных" БПЛА без индивидуальных настроек не обходится).

А ближе к делу, то отмечено, что в умах ряда рьяных энтузиастов частного авиастроения уже давно бродит идея создания гибрида БПЛА с пилотируемым ЛА - в плане создания весьма дешевого, легкого и полезного автопилота.

Контроллеру с БПЛА без особой разницы - возит ли он пилота, или не возит... Просто дополнительный вес. В то же время, пилот может уступить свое место в ЛА канистре на 100 литров с "химией" - тогда одноместный сверхлегкий самолет (или вертолет) будет выполнять такую же работу, как и аппарат с грузоподъемностью в 2 раза больше (пилот + та же канистра).

Или можно будет сделать впечатляющий фокус - взлететь на пару км, включить автопилот и покинуть кабину с парашютом, а самолет уже сам в режиме БПЛА возвращается на родную ВПП.

Или можно и не выходить из кабины, а просто наслаждаться полетом, с автоматическим взлетом-посадкой, следованием по маршруту... вплоть до выполнения всех фигур высшего пилотажа в полностью автоматическом режиме.
Да если (не дай Бог) пилоту вдруг поплохеет в воздухе (а ведь были уже такие случаи, все тут наслышаны), то автоматика переберет управление на себя и вернет аппарат с пилотом домой (или на ближайшую запасную посадочную площадку).

Идея, конечно, "весёлая", но... я бы пока не спешил с полностью беспилотными большими ЛА - в воздухе мы иногда не одни летаем, иногда встречаются и другие ЛА, да и при всяких взлета-посадках наличие пилота в кабине с его глазами-руками тоже далеко не лишнее. Всякое бывает.

А контроллер БПЛА пока что еще очень слабо "видит", что реально творится вокруг - он может очень точно и быстро обрабатывать данные с бортовых датчиков, определять высоту, дистанцию до препятствия... но комплексная оценка всей реальной ситуации, доступная опытному пилоту, для него пока что является практически недостижимой задачей.

Да, где-то над безлюдными колхозными полями - еще как-то можно, но над населенными пунктами и вблизи аэродромов летать ... Это пока что за гранью безответственности.

Однако, частичные функции, выполняемые контроллером БПЛА будут весьма полезными для пилота. Например, автоматическое поддержание высоты по рельефу местности при полете на сверхмалой высоте, автоматический заход на посадку, контроль оборотов двигателя, полет по маршруту...

Можно вообще начать с малого, просто с БПЛАшных датчиков (они, как минимум, дешевы в сравнении с обычными, "авиационными"). Тот же датчик воздушной скорости, например. Или компас. Или барометрический высотомер. Или акселерометр-гироскоп (для авиагоризонта). Работают они ничуть не менее надежно, чем те, что на "большой авиации". А нынче даже намного точнее "авиационных" работают.
Веса в них почти нет, к питанию неприхотливы, показания можно выводить как на отдельные приборы, так и на один общий большой экран.

И по цене. Тот же датчик воздушной скорости сегодня стоит в Украине по 452 грн. Свободно помещается в спичечный коробок. Диапазон измерения давления: -2 До 2 кПа

Да, к нему еще нужно пару трубочек подвести, и еще нужно его сигнал преобразовать в воспринимаемый пилотом вид (на какой-то экран или стрелочный прибор), но тем не менее.

[Геннадий Хазан]

Perelesnik Какие цели вы преследовали написав свою статью? Ее осуждения?)

[Perelesnik]

Perelesnik Какие цели вы преследовали написав свою статью? Ее осуждения?)

Снова не угодил... Да что ж такое?!!

Или я нечаянно посягнулся на какую-то "священную корову" этого форума?

По целям?
А у меня такая многолетняя привычка: делюсь информацией о всех существующих и потенциальных разработках, к которым имею случай быть непосредственно причастным, а дальше смотрю, что с этого получится.

Так как именно в данное время занимаюсь адаптацией БПЛАшных датчиков к нуждам пилотируемой авиации, то и сотворил эту тему.
Авось, кто скажет, что я что-то как-то не то или не так делаю, не в ту сторону смотрю, например.
У меня и представление о реальных задачах, о реальной проблематике, относящейся к автоматизации пилотирования, к перечню необходимых данных для пилота... всё это очень ограничено, так как я ни разу ни пилот. Я околоавиационный инженегр, которому приходится ориентироваться на то, что говорят реальные пилоты.

То есть, я многого не знаю, что реально Нужно для пилотов, а пилоты, в свою очередь, много не знают, что Можно сделать.

Живой пример: сказали сделать пару тахометров для вала несущего винта вертолета. С большим экраном. Сделал. С большим экраном. С большими цифрами, чтобы без очков было видно.
Я вот так, по ходу разговора, когда испытывали прибор, говорю: ну, это уже почти половина гувернёра получилась.
Спрашивают: а что, можно гувернер сделать?
Говорю: так можно же, если оно нужно.
Отвечают: нужно! А что еще можно туда впихнуть? Температуру и давление масла в двигателе можно?
Я: Можно. Всего пару датчиков докупить придется.
Они: О! Так это же все необходимые показания по двигателю можно на этот экран выводить?
Я: Само собой.

Ну и так далее.

Просто у людей своя работа, своя специфика, опыт, взгляд на вещи. А у меня своё. Что-то я не вижу в упор, что-то они в упор не видят. Так всегда и бывает.

Или стою в ангаре, как раз мою трихограммницу приделывают к самолету. Смотрю: рядом установка для "жидкой химии" лежит с насосом на ДВС.
Спрашиваю: а как жидкость дозируете?
Говорят: ну, как... газом регулируем.
Я: вручную?
Они: да, вручную, примерно по скорости полета и примерно по нужному расходу.
Я: так можно же точно так же, как с этой трихограмой - прибору без разницы, регулировать обороты электромоторчика или тягать заслонку карбюратора на помпе. Обычное пропорциональное управление. Выставляем дозировку, и оно по скорости с GPS очень точно регулирует внесение вашей жидкой химии. Пилоту остается только включить, а потом выключить. Отрегулирует оно всё само.

И получается: рядом лежат два аппарата для АХР - я между ними связь вижу, потому, что уже многократно пережевал все эти параметрические управления процессами, а кто-то совсем не видит. Просто у каждого своя специфика работы.

Поэтому глобальная цель: наладить какой-то мостик через эту пропасть. Чтобы наши "Нужно" и "Можно" могли всё-таки встретиться, а не гулять где-то в одиночестве.

Сейчас вот занимаюсь созданием парочки комплексов приборов для сверхмалой авиации. Что получается - буду показывать, конечно, в процессе. Ну, если не выгоните с этого форума, само собой 

И дальше намечается тема по все большей автоматизации, постепенно и осторожно. А для этого мне нужно собрать как можно больше "Нужно" - реальных задач, которые Можно переложить на автоматику.
То есть, я знаю "Как делать", но не знаю "Что делать" в полном объеме.

Вообще, все эти задачи до сих пор приходят слишком случайно, как в тех диалогах, которые я привел выше.

Но... если даже всё ограничится тем, что я просто напишу здесь о возможностях, для кого-нибудь это будет полезным.

А почему тему так назвал?
Чтобы обратить внимание хотя бы на такое:
https://arduino.ua/prod1506-9-osevoi-datchik-na-l3gd20h-i-lsm303-ot-adafrut

Или на такое (у кого уж совсем малый бюджет, а авиагоризонт хочется):
https://arduino.ua/prod512-akselerometr-i-giroskop-mpu-6050-modyl-6dof

[mechanic]

Ваша тема - хороший намек на электродистанционное управление для ПИЛОТИРУЕМЫХ СЛА. Что сколько стоит и на сегодняшний день сколько весит, и сколько раз надо дублировать - это тема для работы, для хорошей Работы на Завтрашний день. У меня много вопросов, но они не про контроллеры, а про приводы (про механику т-есть)... Вопросы могут быть как "умными" так и "не очень"...

[Геннадий Хазан]

Я задал Вам вопрос , для понимания того , на пример , лично мне быть только читателем,  или принять обсуждение Вашей информации?

Перечисли и попробую объяснить, что лично мне резануло ухо:

"Однако, частичные функции, выполняемые контроллером БПЛА будут весьма полезными для пилота. Например, автоматическое поддержание высоты по рельефу местности при полете на сверхмалой высоте, автоматический заход на посадку, контроль оборотов двигателя, полет по маршруту..."

Теперь отвечу по порядку: Зачем выдерживать пилоту постоянную высоту по рельефу местности? У нас выполнение боевой задачи по прорыву ПВО врага на сверх малых высотах?
НЕТ! Мы приватные пилоты и выполняем полеты пользуясь барометрическим высотомером , на котором устанавливается давление среднее по конкретному району полетов. Называется - QNC
 Автоматический заход на посадку говорите???
Так твое/мое/ или ваше воздушное судно должно быть оборудовано специальными СЕРТИФИЦИРОВАННЫМИ приборами основываясь показанием которых мы можем произвести заход по выбранной нами СИСТЕМЕ.
Контроль оборотов двигателя?
Так на приличных самолетах у которых имеется винт с изменяемым шагам , стоит такое вот устройство на пример для двигателей М-14П или АИ-14РА называемое Р-2 ( регулятор оборотов) прекрасно справляющееся со своей задачей.


Для понимания ситуации.... Совсем недавно мои друзья выполняли полет в город герой Винницу, так у них в СМУ отказало все навигационное оборудование основанное на спутниковой навигации. Причина была банальна - военные проводили учения и наглухо "прикрыли район" системами РЭБ от возможного появления БПЛА противника. Так парни продолжили заход пользуясь ИНЫМИ АВИАЦИОННЫМИ навигационными системами.

Тот же датчик воздушной скорости сегодня стоит в Украине по 452 грн. Свободно помещается в спичечный коробок.

А что будет если по трубочке попадет в этот самый датчик капелька атмосферной влаги? Откажет? Начнет выдавать абракадаброобразные данные? А что делать пилоту в это время? Покидать ВС с парашютом?)))))

[Perelesnik]

По механике: ИМХО это более в сторону сервоприводов, то есть, электромотор с редуктором и датчиком положения. Усилие на валу - все зависит только от мощности двигателя и коэффициента редукции.
Если уж совсем мало - тогда гидро- или пневмоусилители к ним же (но мне работать с ними  не нравится, так как добавляется еще и гидравлическая или пневматическая система, а это не всегда оправдано на сверхмалой авиации).
Сервоприводы - это не о обычных авиамодельных "рулевых машинках", хотя в некоторых случаях и такие имеют место быть: иногда я использую авиамодельные с крутящим моментом 20-25 кг/см. Есть и на более 50 кг, но я их не беру, так как дешевле делать самому на такие усилия.
Как делаю: беру качественный мотор-редуктор, полностью металлический, с коэффициентом 1/100 или 1/200, а если нужно, то еще добавляю пару напечатанных на принтере или вырезанных гидроабразивом шестерней или зубчато-ременную передачу, а на само рабочее звено ставлю потенциометр, или энкодер (если вращать нужно под 360 градусов или больше).
С потенциометра угловое разрешение получаю где-то 0,4 градуса - обычно такой точности достаточно.
С энкодером можно и секунды ловить, но приходится калибровать "нулевое" положение сервопривода при каждом включении аппаратуры, что не всегда уместно.
Задается нужный угол, и мотор работает, пока заданное положение не совпадет с истинным. Управление - через пару мосфетов (пара потому, что работаем и на реверсе). Для компенсации инерции механизма программно уменьшаю обороты при подходе к заданной точке.

Для расчета механизма нужны 2 параметра: усилие и скорость. Именно от произведения усилия и скорости зависит мощность электродвигателя. А дальше всё решается редукторами.

Например, мотор-редуктор с моментом 90 кг/см и скоростью 5 об/мин, на 12 Вольт имеет размеры 64х37 мм. На "Али" стоит 10 долларов с доставкой.


Есть куча вариантов планетарных редукторов, да и какие угодно двигатели к ним.
Иногда имеет смысл ставить червячный редуктор или зубчатую рейку. Но на сам принцип это никак не влияет.

[Perelesnik]

Отвечаю:
1) Полет по рельефу местности для чисто мирных целей: АХР на неровной местности - таких полей у нас предостаточно, и там барометрический высотомер просто бесполезен: перепады высот местности превышают высоту полета при обработке.
2) Заход на посадку - имелось в виду сам манёвр захода на полосу при подлете к полосе с разных углов. Прошу прощения, что не пояснил сразу.
3) Контроль оборотов двигателя нужен в первую очередь для вертолетов, чтобы не возникало "провала" при увеличении шага. То есть, речь о "коррекции".
4) Я только За дублирование в авиации. С глушением GPS сталкивался лично, и неоднократно.  Да, тогда всё решает наличие иных вариантов навигации. Кстати, есть и системы "визуальной" навигации, когда перемещение ЛА отслеживается по смещению картинки с видеокамеры, направленной вниз (работает только при наличии данных о высоте полета, ну и над облаками не работает).
А вообще, когда работает РЭБ, то нужно иметь дееспособного пилота в кабине - глушится и видеоканал, и радиоканал управления, и компас с ума сходит. На то она и РЭБ...
Обычно если есть автопилот, то есть И пилот. Это тоже элемент дублирования. Есть масса условий когда автопилот не может работать, и есть масса условий, когда его наличие спасает пилота и борт (человеческий фактор пока никто не отменял).
5) Несмотря на свои маленькие размеры, датчик воздушной скорости - отнюдь не детская игрушка, способная "загнуться от легкого насморка". Знаете ли, сейчас беспилотники стоят далеко за несколько тысяч у.е., и "игрушки" там ну совсем неуместны. Летает и в дождик, и в туман, и через облака. И для беспилотника ситуация более серьезная: при отказе датчика воздушной скорости на пилотируемом аппарате остаются еще и глаза пилота, а у беспилотника в наличии только его датчики, и только на них он может полагаться.
Кроме того, в некоторых случаях помогает данные об абсолютной скорости, полученные с GPS. Да, этого, конечно, недостаточно, но хоть что-то...

[Toris]

Perelesnik, а Ви можете реалізувати "асистент" на базі лише акселерометрів? Для того, щоби пілот лише вказував джойстиком маневр, а літак самостійно його відпрацьовував, коригуючи автоматично усі флуктуації потоку для утримання ЛА.

[Бо-Бо]

"С потенциометра угловое разрешение получаю где-то 0,4 градуса - обычно такой точности достаточно.
С энкодером можно и секунды ловить, но приходится калибровать "нулевое" положение сервопривода при каждом включении аппаратуры, что не всегда уместно."

Советую обратить внимание на так называемые "абсолютные энкодеры". И будет Вам счастье!
С уважением, Бо-Бо.

[Perelesnik]

Perelesnik, а Ви можете реалізувати "асистент" на базі лише акселерометрів? Для того, щоби пілот лише вказував джойстиком маневр, а літак самостійно його відпрацьовував, коригуючи автоматично усі флуктуації потоку для утримання ЛА.

Теоретично - можливо. Але така система потребує повного контроля автоматики над всими елементами керування ЛА, всими, без виключення: від елеронів до газу двигуна.
Це теж можливо, звісно, але повне автоматичне керування літаком має дублюватися можливістю швидкого переходу до ручного керування, з урахуванням випадку повного відключення електронної системи.
Потрібно, щоб навіть коли всі приводи раптом відключаться, пілот мав змогу легко керувати у звичний спосіб: педалями та штурвалом, щоб ці педалі та штурвал не заклинило.
Це мене турбує найбільше. І тут треба дуже сильно думати...
По самій електрониці - то є можливість почати вже з перевірених систем для БПЛА, там є всі необхідні алгоритми по Вашому завданню. І, якщо я добре пам'ятаю, то так: можливо лише на акселерометрі. Наче проацює без додаткових датчиків, в найпростішому режимі стабілізації - якщо відпустити джойстик, апарат автоматично вирівнюється в горизонтальне положення та тримає його, компенсуючи всі зовнішні "збурення", ну й таке, як Ви вказали.
Найскладніше тут - механічна частина системи керування. Все інше, включно з можливістю літати за маршрутом, автоматично повертити "додому" , автоматично злітати та таке різне - то виглядає геть дрібницею на тлі питання механіки. На цьму тлі кількість датчиків вже не має помітного значення.
Ну... це як одружуватися лише для того, щоб хтось посуд мив. Якщо вже одружуватися - то далі вже за повним переліком

[Toris]

Теоретично - можливо. Але така система потребує повного контроля автоматики над всими елементами керування ЛА, всими, без виключення: від елеронів до газу двигуна.
Це теж можливо, звісно, але повне автоматичне керування літаком має дублюватися можливістю швидкого переходу до ручного керування, з урахуванням випадку повного відключення електронної системи.
Потрібно, щоб навіть коли всі приводи раптом відключаться, пілот мав змогу легко керувати у звичний спосіб: педалями та штурвалом, щоб ці педалі та штурвал не заклинило.
Це мене турбує найбільше. І тут треба дуже сильно думати...

Без проблем! Сервоприводи (на трифазних сервомоторах з абсолютними енкодерами) кріпимо жорстко до основних ручок/педалів керування. Контролюємо струми утримання/переміщення кожного приводу. Як тільки струм перевищить певне значення - таке буде при втручанні людини до органу керування - система автоматиматично відключається, бо це означає втручання людини. Звучить/блимає світлозвуковий сигнал, що літак переведено до ручного режиму керування. Електроніка спостерігає за польотом і чекає натискання кнопки "Зашибісь", щоби знову літати самостійно.

это тема для работы, для хорошей Работы на Завтрашний день.

Це вже сьогоднішній день, мене літали в такому літачку.

[Toris]

(прошу видалити)

[Perelesnik]

Ой, як би ж то так все було просто...
Яке потрібно зусилля на ручці керування? В кг/см.
Особисто я не знаю такого двигуна, який при адекватних розмірах міг би забезпечити достатнє зусилля самотужки, без редуктора. Навіть якщо у нас все дуже добре збалансовано, і трімери працюють. Але взяти хоча б ті педалі...
А якщо є редуктор - то вже про яку легкість керування може йти мова? Так, можна його "згвалтувати", прокрутивши через весь редуктор первинний двигун... та редуктори дуже погано процюють "на збільшення", особливо при таких коефіціентах, з якими доводиться працювати реально. Декілька таких "згвалтувань" (а при польоті це декілька секунд реального керування), і редуктор вже треба викидати. Тут "Зашибісь" якщо й буде світити, але гріти вже не буде.
Тобто, жорстке кріплення - то не найкраща ідея, як на мене. Треба якесь зчеплення, якась муфта - чи то магнітна, чи фрикційна, чи щось схоже на бендикс...

Щоб достатньо було лише знеструмити систему - й вона повністю "відпустить" керування.

[Toris]

Ніяких редукторів, лише прямий привід і лише трифазними серводвигунами (не кроковими). На станках з ЧПУ є все необхідне для нашої справи.

[Perelesnik]

В автомобилестроении вопрос решается примерно так: есть электроусилитель рулевого управления (ЭУР). При ручном режиме он работает в обычном режиме, то есть, угол поворота задается углом поворота руля (с датчика угла поворота руля), а усилитель следует за этим углом. В автоматическом режиме угол задается программно.

Также происходит отсоединение редуктора электромотора (обычно, это червячная передача, но сейчас все чаще используют еще и ШВП) от рулевого привода, чтобы при поломке ЭУР водитель имел возможность управлять автомобилем. Также делается программное отключение ЭУР при превышении определенной скорости.

В принципе, можно использовать уже готовый автомобильный ЭУР : там есть уже и все датчики, и муфты... и работает от 12 Вольт. Вопрос цены и адаптации к реальным органам управления ЛА.

Toris, на ЧПУ эти двигатели крайне редко работают как прямой привод. Они там работают либо через ШВП, либо через зубчатую рейку, либо через зубчатый ремень...
Я просто не могу представить себе "прямой" сервопривод, который будет работать с той же ручкой управления, если вал ротора прямо присоединить к поворотной оси ручки. В полете ручку отклоняем не так сильно, чтобы это составило какой-то существенный угол поворота ротора. И речь не о "угловом разрешении", а о силе.
Можете сами просчитать: берете реальное усилие на ручке, длину ручки (рычаг), выводите требуемый момент силы в кг/см... а потом пытаетесь найти промышленный сервопривод, способный обеспечить такой момент.
К примеру... беру заведомо не маленький промышленный трехфазный сервопривод.
Питание 220 Вольт
Мощность 2000 Ватт
Номинальные обороты - 2500 об/мин
Номинальный крутящий момент (при номинальных оборотах, прошу заметить) - 7,7 Н/м
Вес - 10 кг 

Если 7,7 Н/м перевести в килограмм-силу-сантиметр, получим всего лишь 78,5 кг/см. То есть, в самом лучшем, практически недостижимом случае (недостижимом, так как предполагается не вращение ротора, а всего лишь поворот ротора на небольшой угол), на конце руки длиной в 40 см мы получим усилие в 1,96 кг.
И это при 2 кВт мощности и весе в 10 кг...

Выше я приводил крохотный моторчик с редуктором, который выдает примерно такой же момент силы. При карманном размере, питании на 12 Вольт и весе, дай Бог, в 100 грамм. Но с редуктором

Единственный компромиссный вариант - сделать хоть одну степень редукции: поставить на трехфазный сервопривод небольшую шестерню, а на ручку управления - сектор с зубцами. Тогда, в принципе, можно провернуть от руки вал двигателя через эту передачу.

[Тэги:]

Украинский авиационный форум > Форум > Легкая авиация > Тема: Комплектующие от беспилотников для СЛА