Моніторинг полів в промислових масштабах – БПЛА літакового типу у пріоритеті

Технології точного землеробства базуються на використанні високотехнологічного обладнання, такого як БПЛА, експлуатація якого має певну специфіку як стосовно використання елементної бази, так і сервісного обслуговування. В разі безаварійної експлуатації електронні компоненти та електродвигуни здатні працювати багато років, проте акумуляторні батареї розраховані лише на кілька сотень циклів заряд-розряд і для коптерів знайти неоригінальну заміну буде не просто. Програмне забезпечення також може принести неприємні сюрпризи, оскільки може містити спеціальні закладки, які роблять сервісне обслуговування на фірмових станціях необхідністю. Як приклад такої ситуації в США фермери намагаються добитись прав на ремонт обладнання John Deere (https://aftershock.news/?q=node/501033&full) власними силами. Зараз багато з них використовують "специфічне" програмне забезпечення, щоб використовувати куплене ними обладнання без постійних грошових відрахувань виробнику. Враховуючи це, метою цього матеріалу є не тільки ознайомити читача з наявними альтернативним БПЛА коптерного типу технічними рішеннями, але і висвітити особливості практичної їх експлуатації. Тож для моніторингу промислових полів, як правило, використовують легкі БПЛА літакового типу, які на відміну від коптерів не можуть зависнути над ділянкою, проте здатні обстежити великі обсяги площ.

Кадри вирішують усе!!!

На відміну від стандартних коптерних рішень є потреба в певній кваліфікації пілотів, проте, на відміну від керованої авіації, вимоги до стану здоров’я претендентів низькі і вартість аварії в наслідок помилки оператора не висока. Пілотів готують як державні ВУЗи, такі як Льотна академія Національного авіаційного університету (м. Кропивницький), так і приватні компанії, такі як Drone.ua (https://drone.ua/courses/), Dronarium (https://www.dronarium.com.ua/). Багато фахівців зараз набувають досвід в лавах збройних сил, де використовують як закордонні апарати, так і вітчизняні розробки. Тобто питання кадрового забезпечення не будуть вузьким місцем при експлуатації.

Старт апарату – певні нюанси

Апарати з масою до 5 кілограмів найчастіше можуть злітати, використовуючи лише свій двигун, для зльоту їх достатньо кинути рукою (такий пуск на фото нижче). Проте, мала маса обумовлює й можливі технічні рішення щодо обмеженого вибору сенсорного обладнання, матеріалу планера, ємності акумулятору та способу посадки.

БПЛА Argus компанії «A.Drones» (http://adrones.com.ua/), пуск з руки

Стосовно сервісного обслуговування питання використання не оригінального акумулятору вирішується достатньо просто, оскільки принципово менше вимог щодо дотримання їх габаритів (а відцентрувати не проблема). Для таких апаратів типовим матеріалом корпусу є авіаційний пінопласт. Зазвичай, для мінімізації ваги пристрою, апарат розраховується для способу посадки «на фюзеляж», або, як кажуть, «по-літаковому». Відповідно, пінопластові деталі корпусу, що виконують при посадці функцію амортизатору є розхідними матеріалами, в середньому вони витримують порядку 200 циклів в залежності від кваліфікації пілота та типу ґрунту. Хоча, при певній спритності, корпус можна ремонтувати власними силами, чи взагалі вирізати новий вручну чи на 3д фрезерному верстаті - матеріал не проблемний. Як приклад такого апарату можна навести БПЛА PD1900, який представляє вітчизняна компанія Drone.ua, із тривалістю польоту до 100 хвилин.

БПЛА PD1900 компанії Drone.ua (http://store.drone.ua/)

Типовим способом зльоту БПЛА вагою понад 5 кг є старт з леєра – катапульти, що складається з міцного гумового джгута, що кріпиться одним кінцем до фюзеляжу апарату, що злітає, а іншим – до штиря, закріпленого на землі. Перевагами такого способу старту є мала вага і крайня простота необхідного обладнання. Альтернативою може бути запуск із жорсткої катапульти з направляючої. Така катапульта важча за леєр, але дозволяє запускати значно важчі апарати.

Катапульта із БПЛА Орлан

Спосіб посадки - спуск на парашуті, який знижує вимоги до кваліфікації оператора, але...

Більшістю виробників легких БПЛА літакового типу рекомендовано способом посадки спуск на парашуті. Такий спосіб вибирають частково через простоту його реалізації, як з технічного боку (парашут на швидкості викидається пружинним або піромеханізмом із апарату), так і з боку кваліфікації оператора – такий спосіб посадки вимагає лише дати команду на випуск парашута над бажаним районом приземлення.

Фотознімок моменту виходу парашуту з контейнеру БПЛА для здійснення посадки (https://smartdrones.ua/)

Однак, є і значні недоліки – парашут займає значний об'єм простору в корпусі, знижує вантажопідйомність, спуск на парашуті некерований і у вітряну погоду непередбачуваний. Взагалі парашут можна віднести до високотехнологічних розхідних матеріалів. Динамічні навантаження на цю конструкцію високі і гарантована кількість безаварійних спрацювань незначна. Ремонтопридатність цих пристроїв обмежена і їх, як правило, використовують як рятівний круг при аварійних ситуаціях: штопорі апарату, втраті керування тощо. Найбільш розповсюджені на ринку України парашути для БПЛА PARAZERO і M.A.R.S, вартість яких складає від кількох тисяч до десятків тисяч гривень. Тому, за вибором оператора, як правило, передбачено у безпілотних літаків можливість посадки на фюзеляж.

Сучасні матеріали для планерів БПЛА

Для аграрних потреб матеріалом роботизованих літаків зазвичай є склопластик та вуглепластик (композитний матеріал), завдяки їх легкості та міцності. Вибір композитних матеріалів обумовлено, також, можливістю створення, такої конструкції, яка дозволяла би розміщувати корисне навантаження всередині фюзеляжу. Така потреба обумовлена тим, що в більшості випадків, обладнання, що встановлюється на БПЛА, коштує більше, або стільки ж, скільки й сам БПЛА. Тому, питання захисту обладнання під час злету/приземлення дуже важливе. Й використання композитних матеріалів у конструкції легких БПЛА літакового типу вирішує цю проблему. Як приклад можна навести апарат DG FLIRT Arrow Української компанії ABRIS та цивільну багатоцільову версію військового безпілотного легкого літака Spectator-М, що виготовляється Українським Акціонерним Товариством “Меридіан” ім. С.П.Корольова (м. Київ)

ABRIS DG FLIRT Arrow (https://abris.aero/)

БПЛА Spectator-М у польоті (http://merydian.kiev.ua/)

БПЛА Spectator-М у переносному кейсі

БПЛА Spectator-М із спектральним сенсорним обладнанням Slantrange, розміщеним у фюзеляжі. Тривалість польоту до 3-х годин (http://merydian.kiev.ua/). Зверху бачимо зенітний сенсор...

...і канальні сенсори, які, зрозуміло, в польоті "дивляться" вниз

БПЛА з гнучким крилом

Безпілотний моторизований дельтаплан – це апарат на основі м'якого крила дельтавидної форми. Таке крило представляє собою три жорсткі направляючі, з'єднані між собою в передній точці й утворюють в горизонтальній площині віяло, з кутом між трубами 90-140 градусів. Між трубами натягнута міцна тканина. Дві бічні напрямні і задня кромка тканини утворюють при вигляді зверху майже трикутник. Крило кріпиться на візок, на який змонтовані двигун із гвинтом (тягне або штовхає) і апаратура.

Безпілотний мотодельтаплан

Управління польотом здійснюється, зазвичай, за допомогою додаткових аеродинамічних елементів, невеликої деформації крила або за допомогою переміщуваного центра ваги. Швидкість сучасних дельтапланів становить від 25 до 100-130 км/год, висота польотів досягає 6 км і більше. З причини того, що у дельтаплана, на відміну від параплану, жорстке крило, яке не складається в турбулентних умовах, вони більш стабільні в повітрі і менше схильні до впливів зовнішнього середовища, зокрема турбулентності, що завжди присутня в ширяючих польотах. Крім того, дельтаплани швидше літають, що збільшує верхню планку обмежень на швидкість вітру. Перевага мотодельтаплану порівняно з іншими БПЛА в простоті і надійності конструкції, дешевизні й компактності в складеному стані, безшумності, відсутності впливу вібрацій від ротора несучого гвинта на аеродинамічні елементи конструкції. До недоліків слід віднести порівняно більшу вагу та габарити, а також відносно тривалу передполітну підготовку (від 20 хвилин). Крім того є потреба, хоч і малому, проте майданчику для зльоту та посадки.

Отже, літакові рішення для організації моніторингу організаційно та технологічно придатні для впровадження у виробництво і дають можливість забезпечити аграріїв оперативною інформацією про стан посівів для керування врожаєм. Кожен бажаючий зможе підібрати рішення для себе, спектр знаряддя – дозволяє, вітчизняні локалізації є.