Виды летательных аппаратов как сделать

Беспилотные летательные аппараты МЧС России: виды и классификация

Современные технологии в области обнаружения и развития пожаров на сегодняшний день развиваются очень стремительно. Новейшие разработки могут удивить не только своим внешним видом, к примеру в области тушения и ликвидации последствий стихийных бедствий на сегодняшний день применяют роботизированную технику.

В нашей статье мы расскажем Вам о еще одной принципиально новой технологии которая активно внедряется и используется в современном мире.

Методический план-конспект доступен по кнопке «Скачать»

Беспилотная авиация может найти широкое применение для решения специальных задач, когда использование пилотируемой авиации невозможно или экономически невыгодно:

• осмотр труднодоступных участков границы,
• наблюдение за различными участками суши и водной поверхности,
• определение последствий стихийных бедствий и катастроф,
• выявление очагов лесных пожаров, выполнение поисковых и других работ.

Применение БПЛА позволяет дистанционно, без участия человека и без подвергания его опасности, проводить мониторинг ситуации на достаточно больших территориях в труднодоступных районах при относительной дешевизне.

Типы

По принципу полета все БПЛА можно разделить на 5 групп (первые 4 группы относятся к аппаратам аэродинамического типа):

• с жестким крылом (БПЛА самолетного типа);
• с гибким крылом;
• с вращающимся крылом (БПЛА вертолетного типа);
• с машущим крылом;
• аэростатические.

Кроме БПЛА перечисленных пяти групп существуют также различные гибридные подклассы аппаратов, которые по их принципу полета трудно однозначно отнести к какой-либо из перечисленных групп. Особенно много таких БПЛА, которые совмещают качества аппаратов самолетного и вертолетного типов.

С жестким крылом (самолетного типа)

Этот тип аппаратов известен также как БПЛА с жестким крылом. Подъемная сила данных аппаратов создается аэродинамическим способом за счет напора воздуха, набегающего на неподвижное крыло. Аппараты такого типа, как правило, отличаются большой длительностью полета, большой максимальной высотой полета и высокой скоростью.

Существует большое разнообразие подтипов БПЛА самолетного типа, различающихся по форме крыла и фюзеляжа. Практически все схемы компоновки самолета и типы фюзеляжей, которые встречаются в пилотируемой авиации, применимы и в беспилотной.

С гибким крылом

Это дешевые и экономичные летательные аппараты аэродинамического типа, в которых в качестве несущего крыла используется не жесткая, а гибкая (мягкая) конструкция, выполненная из ткани, эластичного полимерного материала или упругого композитного материала, обладающего свойством обратимой деформации. В этом классе БПЛА можно выделить беспилотные моторизованные парапланы, дельтапланы и БПЛА с упруго деформируемым крылом.

Беспилотный моторизованный параплан – аппарат на основе управляемого парашюта-крыла, снабжённый мототележкой с воздушным винтом для автономного разбега и самостоятельного полёта. Крыло обычно имеет форму прямоугольника или эллипса. Крыло может быть мягким, иметь жесткий или надувной каркас. Недостатком беспилотных моторизованных парапланов является трудность управления ими, так как навигационные датчики не имеют жесткой связи с крылом. Ограничение на их применение оказывает также очевидная зависимость от погодных условий.

С вращающимся крылом (вертолетного типа)

Этот тип аппаратов известен также как БПЛА с вращающимся крылом. Часто их называют также – БПЛА с вертикальным взлетом и посадкой. Последнее не совсем корректно, так как в общем случае вертикальный взлет и посадку могут иметь и БПЛА с неподвижным.

Подъемная сила у аппаратов этого типа также создается аэродинамически, но не за счет крыльев, а за счет вращающихся лопастей несущего винта (винтов). Крылья либо отсутствуют вовсе, либо играют вспомогательную роль. Очевидными преимуществами БПЛА вертолетного типа являются способность зависания в точке и высокая маневренность, поэтому их часто используют в качестве воздушных роботов.

С машущим крылом

БПЛА с машущим крылом основаны на бионическом принципе – копировании движений, создаваемых в полете летающими живыми объектами – птицами и насекомыми. Хотя в этом классе БПЛА пока нет серийно выпускаемых аппаратов и практического применения они пока не имеют, во всем мире проводятся интенсивные исследования в этой области. В последние годы появилось большое количество разных интересных концептов малых БПЛА с машущим крылом.

Главные преимущества, которые имеют птицы и летающие насекомые перед существующими типами летательных аппаратов – это их энергоэффективность и маневренность. Аппараты, основанные на имитации движений птиц, получили название орнитоптеров, а аппараты, в которых копируются движения летающих насекомых – энтомоптерами.

Аэростатические

БПЛА аэростатического типа – это особый класс БПЛА, в котором подъемная сила создается преимущественно за счет архимедовой силы, действующей на баллон, заполненный легким газом (как правило, гелием). Этот класс представлен, в основном, беспилотными дирижаблями.

Дирижабль – летательный аппарат легче воздуха, представляющий собой комбинацию аэростата с движителем (обычно это винт (пропеллер, импеллер) с электрическим двигателем или ДВС) и системы управления ориентацией. По конструкции дирижабли подразделяются на три основных типа: мягкий, полужёсткий и жёсткий. В дирижаблях мягкого и полужёсткого типа оболочка для несущего газа мягкая, которая приобретает требуемую форму только после закачки в неё несущего газа под определённым давлением.

В дирижаблях мягкого типа неизменяемость внешней формы достигается избыточным давлением несущего газа, постоянно поддерживаемым баллонетами – мягкими ёмкостями, расположенными внутри оболочки, в которые нагнетается воздух. Баллонеты, кроме того, служат для регулирования подъемной силы и управления углом тангажа (дифференцированная откачка/закачка воздуха в баллонеты приводит к изменению центра тяжести аппарата).

Дирижабли полужёсткого типа отличаются наличием в нижней части оболочки жесткой (в большинстве случаев на всю длину оболочки) фермы. В жёстких дирижаблях неизменяемость внешней формы обеспечивается жестким каркасом, обтянутым тканью, а газ находится внутри жёсткого каркаса в баллонах из газонепроницаемой материи. Жесткие дирижабли в беспилотном исполнении пока практически не применяются.

Одноразовые для мониторинга лесных пожаров

Одноразовые БПЛА для мониторинга лесных пожаров

Когда нам говорят про беспилотные летательные аппараты, мы представляем себе скрытные и смертоносные самолеты, патрулирующие зону боевых действий. Однако два представленных БПЛА меняют свою область применения на более мирную.

Основное назначение представленных моделей – борьба с лесными пожарами, отслеживание пожарной обстановки на больших площадях, а также поиск людей.

Созданные доктором Полом Паундсем, из университета Квинсленда, Австралия, дроны спроектированы максимально дешевыми в изготовлении, что позволяет им стать одноразовыми.

Концепт одноразового БПЛА в виде бумажного самолетика

Первый образец представляет собой подобие бумажного самолетика, изготовленный из целлюлозного материала, в которые впечатаны электронные компоненты. Планер не имеет двигателя, однако снабжен небольшими элеронами в хвостовой части, которые позволяют направлять его к цели.

Концепт БПЛА «Samara»

Второй концепт из лаборатории доктора имеет кодовое имя «Samara». На первый взгляд, он выглядит довольно странно и напоминает кленовое семечко. В центре устройства размещена жесткая печатная плата, на которой размещены электронная начинка и сенсоры. К контейнеру с электроникой прикреплено «крыло» на жестком каркасе.

При использовании на местности, охапку одноразовых дронов выбрасывают с самолета над исследуемой местностью. Медленно и аккуратно, вращаясь, они опускаются на землю, попутно собирая с помощью сенсоров и передавая в центр управления необходимые данные.

Классификация

Некоторые классы зарубежной классификации отсутствуют в РФ, лёгкие БПЛА в России имеют значительно большую дальность и т.д. Согласно российской классификации, которая ориентирована преимущественно пока только на военное назначение аппаратов.

БПЛА можно систематизировать следующим образом:

1. Микро– и мини–БПЛА ближнего радиуса действия – взлётная масса до 5 кг, дальность действия до 25-40 км;
2. Лёгкие БПЛА малого радиуса действия – взлётная масса 5-50 кг, дальность действия 10-70 км;
3. Лёгкие БПЛА среднего радиуса действия – взлётная масса 50-100 кг, дальность действия 70-150 (250) км;
4. Средние БПЛА – взлётная масса 100-300 кг, дальность действия 150-1000 км;
5. Средне-тяжёлые БПЛА – взлётная масса 300-500 кг, дальность действия 70-300 км;
6. Тяжёлые БПЛА среднего радиуса действия – взлётная масса более 500 кг, дальность действия 70-300 км;
7. Тяжёлые БПЛА большой продолжительности полёта – взлётная масса более 1500 кг, дальность действия около 1500 км;
8. Беспилотные боевые самолёты – взлётная масса более 500 кг, дальностью около 1500 км.

Применяемые БПЛА

Гранад ВА-1000

Комплекс воздушной разведки Гранад ВА-1000

ZALA 421-16E

Для технического оснащения МЧС России беспилотными летательными аппаратами, российскими предприятиями разработано несколько вариантов, рассмотрим некоторые из них:

Это беспилотный самолет большой дальности (рис. 1.) с системой автоматического управления (автопилот), навигационной системой с инерциальной коррекцией (GPS/ГЛОНАСС), встроенной цифровой системой телеметрии, навигационными огнями, встроенным трехосевым магнитометром, модулем удержания и активного сопровождения цели («Модуль AC»), цифровым встроенным фотоаппаратом, цифровым широкополосным видеопередатчиком C-OFDM-модуляции, радиомодемом с приемником спутниковой навигационной системы (СНС) «Диагональ ВОЗДУХ» с возможностью работы без сигнала СНС (радиодальномер) системой самодиагностики, датчиком влажности, датчиком температуры, датчиком тока, датчиком температуры двигательной установки, отцепом парашюта, воздушным амортизатором для защиты целевой нагрузки при посадке и поисковым передатчиком.

Данный комплекс предназначен для ведения воздушного наблюдения в любое время суток на удалении до 50 км с передачей видеоизображения в режиме реального времени. Беспилотный самолет успешно решает задачи по обеспечению безопасности и контролю стратегически важных объектов, позволяет определять координаты цели и оперативно принимать решения по корректировке действий наземных служб. Благодаря встроенному «Модулю АС» БПЛА в автоматическом режиме ведет наблюдение за статичными и подвижными объектами. При отсутствии сигнала СНС – БПЛА автономно продолжит выполнение задания.

Рис. 1. БПЛА ZALA 421-16E

ZALA 421-08M

Выполнен по схеме «летающее крыло» – это беспилотный самолет тактической дальности с автопилотом, имеет подобный набор функций и модулей, что и ZALA 421-16E. Данный комплекс предназначен для оперативной разведки местности на удалении до 15 км с передачей видеоизображения в режиме реального времени. БПЛА ZALA 421-08M выгодно отличается сверхнадежностью, удобством эксплуатации, низкой акустической, визуальной заметностью и лучшими в своем классе целевыми нагрузками.

Данный летательный аппарат не требует специально подготовленной взлетно-посадочной площадки благодаря тому, что взлет совершается за счет эластичной катапульты, осуществляет воздушную разведку при различных метеоусловиях в любое время суток.

Транспортировка комплекса с БЛА ZALA 421-08M к месту эксплуатации может быть осуществлена одним человеком. Легкость аппарата позволяет (при соответствующей подготовке) производить запуск «с рук», без использования катапульты, что делает его незаменимым при решении задач. Встроенный «Модуль АС» позволяет беспилотному самолету в автоматическом режиме вести наблюдение за статичными и подвижными объектами, как на суше, так и на воде.

Рис. 2. БПЛА ZALA 421-08M

ZALA 421-22

Это беспилотный вертолет с восемью несущими винтами, средней дальности действия, со встроенной системой автопилота (рис. 3). Конструкция аппарата складная, выполнена из композитных материалов, что обеспечивает удобство доставки комплекса к месту эксплуатации любым транспортным средством.

Данный аппарат не требует специально подготовленной взлетно- посадочной площадки из-за вертикально-автоматического запуска и посадки, что делает его незаменимым при проведении воздушной разведки в труднодоступных районах.

Успешно применяется для выполнения операций в любое время суток: для поиска и обнаружения объектов, обеспечения безопасности периметров в радиусе до 5 км. Благодаря встроенному «Модулю АС» аппарат в автоматическом режиме ведет наблюдение за статичными и подвижными объектами.

Рис. 3. БПЛА ZALA 421-22

Phantom 3 Professional

Представляет собой следующее поколение квадрокоптеров DJI. Он способен записывать видео 4K и передавать видеосигнал высокой четкости прямо из коробки. Камера интегрирована в подвес, для максимальной стабильности и весовой эффективности при минимальном размере. При отсутствии GPS сигнала, технология Визуального позиционирования обеспечивает точность зависания.

Комплект Phantom 3 Professional

Функции Phantom 3 Professional

Камера и подвес: Phantom 3 Professional вы снимает 4K видео с частотой до 30 кадров в секунду и делает 12 мегапиксельные фотографии, которые выглядят четче и чище, чем когда-либо. Улучшенный сенсор камеры дает вам большую ясность, низкий уровень шума, и лучшие снимки, чем любая предыдущая летающая камера.

HD Видео Линк: Низкая задержка, HD передача видео, основана на системе DJI Lightbridge.

DJI Intelligent Flight Battery: 4480 mAh DJI Intelligent Flight Battery имеет новые элементы и использует интеллектуальную систему управления батареями.

Полетный контроллер: Полетный контроллер следующего поколения, обеспечивает более надежную работу. Новый самописец сохраняет данные каждого полета, а визуальное позиционирование позволяет при отсутствии GPS точно зависать в одной точке.

ТТХ Phantom 3 Professional

БАС Фантом-3
Вес (с батареей и винтами)	1280 г.
Максимальная скорость набора высоты	5 м/с
Максимальная скорость снижения	3 м/с
Максимальная скорость	16 м/с (при режиме ATTI в безветренную погоду)
Максимальная высота полета	6000 м
Максимальное время полета	Приблизительно 23 минуты
Рабочий диапазон температур	От – 10° до 40° С
Режим GPS	GPS/GLONASS
Подвес
Охват	Угол наклона: от – 90° до + 30°
Визуальное позиционирование
Диапазон скоростей	< 8 м/с (на высоте 2 метра над землей)
Диапазон высот	30-300 см.
Рабочий диапазон	30-300 см.
Рабочие условия	Ярко освещенные (> 15 люкс) поверхности с контурами
Камера
Оптика	EXMOR 1/2.3”

Угол обзора 94° 20 мм

(эквивалент формата 35 мм) f/2,8

Серийная съемка: 3/5/7 кадров

Автоматический экспобрекетинг (АЭБ)

брекетинг кадра 3/5 при вилке 0,7EV

Максимальная емкость 64 Гб. Требуемый класс скорости: 10 или UHS-1

FHD: 1920×1080p 24/25/30/48/50/60 fps

HD: 1280×720p 24/25/30/48/50/60 fps

Видео: MP4/MOV (MPEG-4 AVC/H.246)

Phantom 3 Professional

Рис. 4. БПЛА Phantom 3 Professional

Inspire 1

Inspire 1 является новым мультикоптером способным записывать 4K видео и передавать видеосигнал высокой четкости (до 2 км) к нескольким устройствам прямо из коробки. Оснащен убирающимся шасси, камера может беспрепятственно поворачиваться на 360 градусов. Камера интегрирована в подвес для максимальной стабильности и весовой эффективность при минимальном размере. При отсутствии GPS сигнала, технология Визуального позиционирования обеспечивает точность зависания.

Комплект Inspire 1

Функции Inspire 1

Камера и подвес: Запись видео до 4K и фотографии 12-мегапикселей. Присутствует место для установки нейтральных (ND) фильтров для лучшего контроля экспозиции. Новый механизм подвеса, позволяет быстро снять камеру.

HD Видео Линк: Низкая задержка, HD передача видео, это усовершенствованная версия системы DJI Lightbridge. Также существует возможность управление с двух пультов ДУ.

Шасси: Убирающиеся шасси, позволяют камере беспрепятственно делать панорамы.

Аккумулятор DJI Intelligent Flight Battery: 4500 мАч использует интеллектуальную систему управления батареями.

Полетный контроллер: Полетный контроллер следующего поколения, обеспечивает более надежную работу. Новый самописец сохраняет данные каждого полета, и визуальное позиционирование, позволяет при отсутствии GPS точно зависать в одной точке.

Рис. 5. БПЛА Inspire 1

Все характеристики перечисленных выше БПЛА представлены в таблице 1 (кроме Phantom 3 Professional и Inspire 1 так как указаны в тексте)

Обучение на операторов беспилотных летательных аппаратов

ТТХ Inspire 1

БПЛА	ZALA 421-16E	ZALA 421-16ЕМ	ZALA 421-08М	ZALA 421-08Ф	ZALA 421-16	ZALA 421-04М
Размах крыла БПЛА, мм	2815	1810	810	425	1680	1615
Продолжительность полета, ч(мин)	>4	2,5	(80)	(80)	4-8	1,5
Длина БПЛА, мм	1020	900	425	–	–	635
Скорость, км/ч	65-110	65-110	65-130	65-120	130-200	65-100
Максимальная высота полета, м	3600	3600	3600	3000	3000	–
Масса целевой нагрузки, кг(г)	До 1,5	До 1	(300)	(300)	–	До 1

Преимущества

Можно выделить следующие:

• осуществляют полеты при различных погодных условиях, сложных помехах (порыв ветра, восходящий или нисходящий воздушный поток, попадание БПЛА в воздушную яму, при среднем и сильном тумане, сильном ливне);
• проводят воздушный мониторинг в труднодоступных и удаленных районах;
• являются безопасным источником достоверной информации, надежное обследование объекта или подозреваемой территории, с которой исходит угроза;
• позволяют предотвращать ЧС при регулярном наблюдении;
• обнаруживают ЧС (лесные пожары, горение торфяников) на ранних стадиях;
• исключают риск для жизни и здоровья человека.

Беспилотный летательный аппарат предназначен для решения следующих задач:

• беспилотный дистанционный мониторинг лесных массивов с целью обнаружения лесных пожаров;
• мониторинг и передача данных по радиоактивному и химическому заражению местности и воздушного пространства в заданном районе;
• инженерная разведка районов наводнений, землетрясений и других стихийных бедствий;
• обнаружение и мониторинг ледовых заторов и разлива рек;
• мониторинг состояния транспортных магистралей, нефте- и газопроводов, линий электропередач и других объектов;
• экологический мониторинг водных акваторий и береговой линии;
• определение точных координат районов ЧС и пострадавших объектов.

Мониторинг осуществляется днем и ночью, в благоприятных и ограниченных метеоусловиях. Наряду с этим беспилотный летательный аппарат обеспечивает поиск потерпевших аварию (катастрофу) технических средств и пропавших групп людей. Поиск проводится по заранее введенному полетному заданию или по оперативно изменяемому оператором маршруту полета. Он оснащен системами наведения, бортовыми радиолокационными комплексами, датчиками и видеокамерами.

Во время полета, как правило, управление беспилотным летательным аппаратом автоматически осуществляется посредством бортового комплекса навигации и управления, в состав которого входят:

• приемник спутниковой навигации, обеспечивающий прием навигационной информации от систем ГЛОНАСС и GPS;
• система инерциальных датчиков, обеспечивающая определение ориентации и параметров движения беспилотного летательного аппарата;
• система датчиков, обеспечивающая измерение высоты и воздушной скорости;
• различные виды антенн.

Бортовая система связи функционирует в разрешенном диапазоне радиочастот и обеспечивает передачу данных с борта на землю и с земли на борт.

Решаемые задачи

Можно классифицировать на четыре основные группы:

• обнаружение ЧС;
• участие в ликвидации ЧС;
• поиск и спасение пострадавших;
• оценка ущерба от ЧС.

В таких задачах старший оператор должен оптимальным образом выбрать маршрут, скорость и высоту полета ДПЛА, чтобы охватить район наблюдения за минимальное время или количество пролетов с учетом секторов обзора телевизионной и тепловизионной камер.

При этом необходимо исключать двукратный или многократный пролет одних и тех же мест с целью экономии материальных и людских ресурсов.

Дополнительный материал доступен по кнопке «Скачать» после статьи.

Виды летательных аппаратов. Классификация летательных аппаратов.

Когда приступают к классификации предметов или явлений, то ищут основные, наиболее общие черты, свойства, которые служат доказательством их родства. Наряду с этим изучают и такие признаки, которые резко отличали бы их друг от друга.

Если мы, следуя этому принципу, начнем классифицировать современные летательные аппараты, то прежде всего встанет вопрос: какие же признаки или свойства летательных аппаратов считать наиболее важными?

Может быть, можно классифицировать их, исходя из материалов, из которых изготовлены аппараты? Да, можно, но это будет мало наглядно. Ведь из разных материалов можно сделать одно и то же. Алюминий, сталь, дерево, полотно, резина, пластмассы в тон или иной степени применяются при изготовлении н самолетов, и вертолетов, н дирижаблей, и воздушных шаров.

Может быть основой для классификации летательных аппаратов избрать: когда и кем сделан аппарат впервые? Можно классифицировать в историческом плане — это вопрос важный, но тогда под одну рубрику попадут несхожие между собой по многим признакам аппараты, предложенные в одно время и в одной стране.

Очевидно, не эти признаки для классификации нужно считать наиболее важными.

Ввиду того что летательные аппараты предназначены для перемещения в воздушной среде, их принято подразделять на аппараты легче воздуха и аппараты тяжелее воздуха. Итак, основой классификации летательных аппаратов является их вес по отношению к воздуху.

Мы видим, что к аппаратам легче воздуха относятся дирижабли, воздушные шары и стратостаты. Они поднимаются и держатся в воздухе за счет наполнения их легкими газами. К аппаратам тяжелее воздуха принадлежат самолеты, планеры, ракеты и винтокрылые аппараты.

Самолет и планер поддерживаются в воздухе подъемной силой, создаваемой крыльями; ракеты удерживаются в воздухе силой тяги, развиваемой ракетным авигателем, а винтокрылые аппараты — подъемной силой несущего винта. Существуют (пока в проектах) аппараты, занимающие промежуточное положение между самолетами и винтокрылыми аппаратами, самолетами и ракетами. Это так называемые преобразуемые самолеты, или конверто-планы, которые должны объединить с себе положительные свойства как тех, так и других и сочетать огромные скорости полета с возможностью висения в воздухе, возможностью взлетать без разбега и садиться без пробега.

Вертолет, как и автожир, относится к винтокрылым летательным аппаратам. Их различие состоит в том, что несущий винт автожира не связан с двигателем и может свободно вращаться.

Несущий винт вертолета (или несколько несущих винтов) в отличие от несущего винта автожира в процессе взлета, полета и посадки приводится во вращение двигателем и служит как для создания подъемной силы, так и тяги. Создаваемая винтом аэродинамическая сила используется как для поддержания вертолета в воздухе, так и для его движения вперед Кроме того, несущий винт является также органом управления вертолетом.

Если у самолета тягу создает воздушный винт или реактивный двигатель, подъемную силу — крылья, а органами управления служат рули и элероны, то у вертолета все эти функции выполняет несущий винт. Из этого становится понятным, насколько важно значение несущего винта на вертолете.

Вертолеты отличаются друг от друга по количеству несущих винтов, по их расположению, по способу привода вращения. В соответствии с этими признаками и разделены вертолеты, изображенные.

Персональные летательные аппараты. Понять и подождать

Последние 20 лет появляются интересные пилотируемые сверхлегкие летательные аппараты нетрадиционных схем – это квадракоптеры, гексокоптеры и пр. Они разрабатываются как машины для транспортировки людей или средство для полета в свое удовольствие. Это поиск новых решений, применение новых технологий, другими словами, естественный процесс развития легкой авиации.

Конструкторы стремятся создать компактный летательный аппарат, обеспечивающий простой доступ к небу с небольших площадок. К их особенностям я бы отнес:

• Вертикальный (либо укороченный) взлет и посадка
• Компактность и безопасность для окружающих при взлете и посадке
• Автоматическое управление (частичное либо полное).

Официально термин Персональный летательный аппарат (Personal air vehicle) был введен NASA в 2003 г. и предполагал предоставление быстрого транспортного решения клиенту «от двери до двери». Такой аппарат по мнению NASA должен был способен ездить по дорогам как автомобиль и летать, используя небольшие аэродромы или просто подходящие площадки.

Требования к персональному летательному аппарату от NASA (2003г).

• Не более 5 пассажиров
• Крейсерская скорость 240–320 км/ч
• Тихий, удобный, надежный, высокая степень всепогодности, низкий расход топлива
• Доступный для пилотирования любому человеку с водительскими правами
• Доступный для совершения путешествий как машина и как самолет
• Дальность полета около 1 300 км

Транспортные проблемы мегаполисов, а также мечта о полете со двора собственного дома, заставляли изобретателей развивать направление персонального авиатранспорта.

Семьдесят лет спустя, компания Airbus представила концепт городской модульной транспортной системы.

Надо отметить, что за семьдесят лет мир не увидел ни одной серийной машины, которую можно было бы отнести к персональном летательным аппаратам. Если убрать требование возможности передвижения по дорогам как автомобиль, к таким аппаратам с натяжкой можно отнести легкие вертолеты.

Но вертолеты не стали массовым «летающим такси». Прежде всего, отпугивает высокая стоимость предложения. Массовому потребителю это не по карману. Рынку нужны более дешевые решения.

Создание экономичного ЛА вертикального взлета с автономной системой управления может дать следующие преимущества:

• существенное снижение времени в пути при использовании в качестве транспортной системы (по сравнению с автомобильным транспортом);
• удешевление за счет массовости и отсутствия пилотов (по сравнению с существующими авиаперевозками);
• минимизация количества летных происшествий и катастроф за счет исключения человеческого фактора из системы управления.

Начнем с машин, которые я отнес бы к снарядам для активного отдыха.

1.1. GEN H-4

В 2000 году японская корпорация GEN Corporation представила ультралегкий вертолет соосной схемы. Силовая установка состоит из четырех двухцилиндровых двигателей. Отказ двух двигателей позволяет совершить безопасную посадку. Управление шагом винта (как общим, так и циклическим) не предусмотрено. Фактически, несущий винт – это воздушный винт неизменяемого шага. Управление вертолетом – балансирное.

GEN H-4 вызвал большой интерес среди потенциальных покупателей, но машина не была доведена до серийного производства. Сейчас на сайте производителя можно купить чертежи для самостоятельной постройки.

Масса пустого, кг	70
Максимальная взлетная масса, кг	220
Максимальная мощность двигателя, л.с.	4х10
Время полета максимальное, мин	60
Максимальная скорость, км/ч	85
Потолок, м	3000
Стоимость, $	59 500

1.2. Martin Jetpack

Новозеландская компания Martin Aircraft в 2008 году представила, пожалуй, единственный, на сегодняшний день, персональный аппарат вертикального взлета, готовый к серийному производству. Работа над проектом идет уже более 35 лет.

Тягу создают два воздушных винта в кольцевых каналах, вращаемые двигателем внутреннего сгорания. Управляющее воздействие создают отклоняемые щитки, расположенные за винтами.
Система автоматического управления обеспечивает стабилизацию аппарата в полете.
Martin Jetpack, один из немногих аппаратов своего класса, снабженный системой парашютного спасения.

Масса пустого, кг	230
Максимальная взлетная масса, кг	330
Максимальная мощность двигателя, л.с.	200
Время полета максимальное, мин	30
Максимальная скорость, км/ч	40
Потолок, м	760
Стоимость, $	150 000

1.3. Aerofex Aero-X

Разработкой двухместного летающего мотоцикла занимается компания Aerofex . Машина приводится в движение двумя воздушными винтами неизменяемого шага в кольцевых каналах. Силовая установка состоит из трех роторных двигателей внутреннего сгорания, объединенных в один агрегат. Для безопасной посадки достаточно работы двух двигателей из трех.

Управление аппаратом происходит при помощи отклонения потока за воздушными винтами, для чего используется направляющий аппарат на выпускном отверстии кольцевых каналов.
Высота полета искусственно ограничена 3 метрами, для спасения пилота при столкновении с землей аппарат оснащен воздушными подушками.

* Аппарат очень похож на VZ-8 Airgeep созданный по заказу ВС США в 1962 г.

Масса пустого, кг	356
Максимальная взлетная масса, кг	496
Максимальная мощность двигателя, л.с.	240
Время полета максимальное, мин	75
Максимальная скорость, км/ч	72
Потолок, м	—
Стоимость, $	85 000

1.4. Flyboard Air

Пожалуй один из самых компактных индивидуальных летательных аппаратов разработал Фрэнк Запата со своей командой — Flyboard Air.

Подъемную силу создают четыре турбореактивных двигателя, для непосредственного управления курсом используются 2 электрических импеллера расположенные по бокам платформы. Топливный бак с керосином находится на спине пилота. Управление Flybord Air осуществляется при помощи ручного пульта системы дистанционного управления.

Масса пустого, кг	н/д (50)*
Максимальная взлетная масса, кг	н/д (140)*
Максимальная мощность двигателя, л.с.	4х250=1000 (160 кгс тяги)
Время полета максимальное, мин	10
Максимальная скорость, км/ч	150
Потолок, м	3000
Стоимость, $	н/д

1.5. ArcaBoard

Летающая доска от компании Arca space corporation оснащена 36 электромоторами с вентиляторами в кольцевых каналах, питание осуществляется от аккумуляторов.

Высоту полета ее создатели благоразумно ограничили 30 см над подстилающей поверхностью. Автоматическая система стабилизации должна помочь пилоту сохранить равновесие. Управлять доской возможно при помощи смартфона или балансируя собственным телом.

Масса пустого, кг	82
Максимальная взлетная масса, кг	162
Максимальная мощность двигателя, л.с.	7,55х36=272
Время полета максимальное, мин	6
Максимальная скорость, км/ч	20
Потолок, м	—
Стоимость, $	14 900

Ниже представлены аппараты, которые разрабатывались как транспортное средство

2.1. CH-7 Kompress

(добавлен для сравнения)

Итальянская компания Helisport в 1996 году приступила к серийному производству ультролегкого вертолета CH-7 «Kompress Charle». Плотная тандемная компоновка кабины малого миделя обеспечивает хорошие скоростные характеристики и дальность полета. На сегодняшний день изготовлено более 330 машин.

Надо отметить, что CH-7 один из немногих коммерчески успешных ультралегких вертолетов.

Масса пустого, кг	280
Максимальная взлетная масса, кг	450
Максимальная мощность двигателя, л.с.	115
Дальность полета, км	450
Крейсерская скорость, км/ч	100
Потолок, м	2740
Стоимость, $	115 000

2.2. Volocopter VC200

Немецкие авиастроители из компании E-volo разработали двухместный мультикоптер оснащенный 18 независимыми электродвигателями с воздушными винтами неизменяемого шага.

Управляется аппарат за счет изменения оборотов двигателей. Система управления автоматически поддерживает заданные параметры полета, управляя индивидуальной скоростью вращения каждого двигателя.

Аппарат способен продолжать полет при отказе до шести двигателей, наличие парашютной системы спасения обеспечивает дополнительную безопасность экипажа.

Масса пустого, кг	290
Максимальная взлетная масса, кг	450
Максимальная мощность двигателя, л.с.	н/д
Время полета максимальное, мин	20
Максимальная скорость, км/ч	100
Потолок, м	2000
Стоимость, $	340 000

2.3. Ehang 184

Китайская компания Ehang занимается разработкой одноместной электрической машины, напоминающей увеличенный квадрокоптер. По задумке создателей, это должен быть полностью автономный летательный аппарат (autonomous aerial vehicle), пассажиру остается просто указать пункт прибытия, весь полет от взлета до посадки обеспечит бортовая система управления.

Летательный аппарат перемещается, используя тягу четырех соосных воздушных винтов неизменяемого шага. Управление осуществляется за счет изменения скорости вращения каждого из восьми независимых электродвигателей.

С точки зрения механики, аппарат интересен простотой конструкции, отсутствием трансмиссии и компактностью.

Масса пустого, кг	240
Максимальная взлетная масса, кг	340
Максимальная мощность двигателя, л.с.	207
Время полета максимальное, мин	25
Максимальная скорость, км/ч	60
Потолок, м	3500
Стоимость, $	н/д

Сравнение

Ниже представлено сравнение перечисленных аппаратов с вертолетом. Сравнение проводилось по 3 критериям:

• дальность полета;
• относительная масса полезной нагрузки (отношение коммерческой нагрузки к полной взлетной массе, характеризует техническое совершенство ЛА);
• нагрузка на мощность (отношение взлетной массы к располагаемой мощности ЛА, иными словами эта величина показывает массу аппарата, приходящуюся на одну л.с. мощности).

Выводы

1. Вертикальный взлет

Вертикально взлетающая машина с топливной эффективностью самолета позволит завоевать рынок ближних авиаперевозок. Однако, представленные ЛА очень далеки по летным характеристикам даже от классического вертолета.

На сегодняшний день нет конструктивного решения, позволяющего осуществлять вертикальный взлет, посадку и быть эффективнее вертолета.

небольшое отступление
Тут выглядит интересным демонстрационный образец, представленный агентством DARPA. Вертикально взлетающий аппарат XV-24A с поворотным крылом и разнесенной электрической двигательной установкой.

По заявлению разработчиков, эта машина будет эффективнее вертолета на 25…50% (имеется ввиду топливная эффективность). Импеллеры, разнесенные по длине крыла, позволяют управлять циркуляцией потока, а также препятсвуют срыву потока на больших углах атаки. Электропитание осуществляется от генератора на газотурбинном двигателе.

2. Источник питания

Появившиеся электрические двигатели (и контроллеры) с низкой удельной мощностью и возросшая энергоемкость аккумуляторов позволяют создавать полностью электрические машины. Однако, по экспертной оценке (работа проведена коллегами, не публиковалась), при увеличении энергоемкости аккумуляторов в 25-30 раз на единицу массы и снижении стоимости расходования ресурса батареи в 1,5-3 раза, по сравнению с сегодняшними показателями, применение полностью электрической транспортной авиации станет экономически оправданным. Так что, пока это вопрос неблизкого будущего.

Для примера, электрический самолет Airbus E-FAN созданный в 2014 г., имеет дальность полета около 150 км, тогда как его бензиновый одноклассник Cessna 150 летает на дальность 680 км.

3. Компактность

Создание компактного ЛА коммерчески оправдано — это небольшие размеры площадки для взлета и посадки, небольшая площадь для хранения и пр. Но, как можно видеть из сравнительной таблицы выше, замена несущего винта несколькими меньшего диаметра существенно снижает кпд двигательной установки и как следствие, приводит к падению дальности.

4. Автономное управление

Современный автопилот в связке с наземной инфраструктурой позволяет автоматизировать все этапы полёта.

Можно предположить, что система управления, обеспечивающая построение маршрута, управление ЛА, и даже подбор площадки для посадки могла бы быть построена в уже в ближайшее время.

В статье описано текущее положение дел. Технологии еще не созрели для создания персонального летательного аппарата, к которому проявит интерес массовый рынок. Возможно, потребуются десятилетия. Но, представленные аппараты вполне могут использоваться для развлечения или решения специальных задач, если не принимать во внимание их стоимость.

• Научно-популярное
• Транспорт

Классификация летательных аппаратов

Летательный аппарат – это собирательное название для всех летающих устройств. В зависимости от способа создания подъемной силы различают:

1) летательные аппараты легче воздуха и

2) летательные аппараты тяжелее воздуха.

Первые базируются на принципе Архимеда статической подъемной силы. Это парящие в воздухе летательные аппараты. Ихнее перемещение обозначается как плавание.

К летательным аппаратам легче воздуха относятся воздушные шары и дирижабли. Так как эти аппараты наполняются газом, их еще называют газонаполненными атмосферными летающими аппаратами.

Вторые основываются на принципе динамической подъемной силы, которая вызвана движением летательного аппарата в воздухе. Это летящие в воздухе летательные аппараты. Они подразделяются на а) летательные аппараты, держащиеся в воздухе за счет подъемной силы крыла, т.е. такие, которые имеют площадь крыла, как например самолеты, воздушные змеи (привязные аэростаты) и автожиры; б) реактивные летательные аппараты, как вертолеты, турболеты и – условно – ракеты. В последнее время были разработаны летательные аппараты, которые отчасти сочетают в себе преимущества крылодержащихся и реактивных летательных аппаратов. Это вертолеты с тянущим воздушным винтом, конвертипланы, конвопланы и самолеты с кольцевыми крыльями.

С увеличением количества типов самолетов и разработкой различных специальных конструкций классифицировать самолеты стало немного сложнее.

Самолеты отличаются между собой в зависимости от способа создания динамической подъемной силы. В таком случае существуют: а) самолеты с неподвижным крылом, у которых крыло неподвижно соединено с корпусом; по типу конструкции крылья делятся на неподвижные, далее обычные плоские и находящиеся в разработке кольцевые или колеоптеры (еще их называют самолеты с кольцевыми крыльями); б) винтокрылые летательные аппараты или летательные аппараты с несущим крылом, у которых подъемная сила создается с помощью роторов или несущих винтов, узких вращающихся поверхностей; в) орнитоптер (махолет), у которого крылья, для того чтобы создать подъемную и движущуюся силу, машут вверх-вниз; г) бескрылые самолеты, у которых подъемная сила создается самостоятельно, благодаря выпускающемуся вниз излучению газа.

По целевому назначению различают: а) транспортные самолеты (пассажирские, грузовые и почтовые самолеты); б) рейсовые и служебные самолеты („Воздушное такси“); в) учебно-тренировочные самолеты (для обучения экипажей самолета): г) спортивные самолеты; д) самолет общего назначения; е) военные самолеты.

По типу двигателя различают: а) самолеты с винтовым двигателем; б) реактивные самолеты с воздушно-реактивным двигателем (турбореактивные самолеты и самолеты с двухконтурным и турбореактивным двигателем) или соответственно турбовинтовые двигатели (самолеты с ТВД или турбовинтовые самолеты) – или прямоточные воздушно-реактивные двигатели; в) реактивные самолеты с реактивными двигателями; г) самолеты с приводом от мускульной силы (передвижение благодаря силе человека, только в виде эксперимента); д) планеры без двигателя или с вспомогательным мотором или турбиной (мотопланер). В зависимости от количества двигателей различают одно, двух, трехмоторные самолеты и т.д.

Что касается дальности полета, то здесь выделяют короткие расстояния полета (до 1000 км), полеты на средние расстояния (от 1000 до 3000 км) или полеты на дальние расстояния (свыше 3000 км).

В зависимости от числа крыльев летательные аппараты делятся на: а) монопланы (самонесущие, подкосные или расчалочные); б) полуторапланы; в) бипланы; г) трипланы; д) многопланы.

По расположению крыла различают: а) моноплан с высоко расположенным крылом; б) моноплан с низко расположенным крылом; в) моноплан со средним расположением крыла; г) высокоплан с крылом, расположенным на одном уровне с верхней стороной фюзеляжа.

По типу взлетного и посадочного оборудования: а) сухопутные самолеты; б) гидросамолеты; в) самолеты-амфибии.

По взлетной массе делятся на: а) легкие; б) средние; в) тяжелые.

В этом главе самолеты рассматриваются с двух точек зрения: 1) с точки зрения создания подъемной силы; 2) с точки зрения целевого назначения самолета.