БПЛА с несущими роторами
Ну, раз пошла такая пьянка, и Зилок решил влезть в сферу моего специалитета как дипломированного авиаконструктора — я расскажу некоторые тонкости создания летательных аппаратов с несущими роторами.
Пункт первый: как только ты делаешь привод на несущий винт автожира — так ты сразу получаешь крутящий момент на роторе, который будет пытаться развернуть конструкцию в воздухе. Разумеется, этот момент можно будет до известной степени парировать, отклоняя поток воздуха толкающего винта рулями направления на хвостовой балке — но это затея довольно геморойная.
Поэтому схема с приводом несущего винта на автожирах давно выродилась в систему предварительной раскрутки винта — мотор раскручивает несущий ротор только до тех пор, пока автожир стоит на земле, а затем отсоединяется от ротора перед взлетом.
Для БПЛА всё это делается еще проще: мотор, раскручивающий несущий ротор, находится на наземной пусковой установке, и соединен с валом ротора разъемной муфтой. Ротор раскручивается мотором до такой степени, что тяга ротора превышает массу автожира — но автожир не взлетает, потому что пристёгнут к пусковой установке замками. Когда датчики на всех замках показывают достаточную подъемную силу — замки раскрываются, и автожир взлетает вертикально вверх (при этом ротор продолжает вращаться по инерции). Двигатель на самом автожире, приводящий в движение тянущий или толкающий винт (это на самом деле без разницы, вопрос удобства компоновки) в этот момент выводится на полную мощность, и начинает разгонять автожир по горизонтали. Несущий ротор подхватывает поток — и всё, пошел устойчивый полет.
Такая схема старта делает пусковую установку максимально компактной, взлёт вертикален. Посадка — будет почти вертикальна за счет инерции ротора, но это в целом уже и не важно.
Если же ты хочешь поиметь систему настоящего вертолета — то есть с принудительным приводом несущего ротора — то для БПЛА есть ровно две разумных схемы:
1. Соосные роторы (привод роторов через дифференциал, выравнивающий крутящие моменты на роторах, или дифференциальным электромотором, либо двумя моторами с электронным регулированием момента). Характерным примером грамотной компоновки такого БПЛА является серийный российский Одуванчик-2:
«Одуванчик-2» является самым крупным и тяжёлым в линейке. Его высота составляет 520 мм, а диаметр корпуса — 116 мм. Масса достигает 7,2 кг, из которых 3,2 кг приходится на полезную нагрузку. Несущие винты имеют диаметр 650 мм.
Такой БПЛА оснащён двумя электродвигателями мощностью по 1250 Вт, которые помогают развивать скорость до 120 км/ч и обеспечивают продолжительность полета до 48 минут. Радиус действия достигает 10 км.
Двигательная установка и несущая система «Одуванчика-2» выглядят вот так. Как видите — никаких автоматов перекоса, управление по курсу достигается изменением крутящего момента одного винта относительно другого, а движение в разные стороны — сдвигом центра тяжести полезной нагрузки (крепящейся снизу) относительно оси винтов, в результате винты наклоняются в соответствующую сторону (вместе со всем аппаратом), и происходит скольжение аппарата.
Разработчики указывают, что несущая система соосного типа улучшает устойчивость в полете. Благодаря этому БПЛА могут летать в различных погодных условиях, в том числе при боковом ветре до 15-18 м/с.
«Одуванчики» имеют только по два двигателя, и их конструкция проще, чем у распространённых квадрокоптеров. При этом технические, лётные и рабочие характеристики находятся на том же или даже более высоком уровне.
2. Перекрещивающиеся роторы (синхроптер) товарища Камана.
Обе схемы позволяют обойтись без механизма перекоса лопастей винта, причем схема Камана вполне работоспособна без системы перекоса вплоть до скорости под 200 кмч. При этом схема Камана позволяет работать без дифференциала — винты просто тупо крутятся встречно-синхронно, будучи соединены двумя шестернями.
И в этой схеме нет нужды ни в каком сложном электронном авторегулировании. Просто бензиновый мотор, центробежное сцепление и редуктор для привода. Управление по курсу достигается отклоняемыми рулевыми плоскостями, а по тангажу — сдвигом центра тяжести машины относительно осей роторов (технически это может быть реализовано самыми разнообразными способами).
Не надо думать, что это я один такой умный — БПЛА-синхроптеры такой схемы вполне серийны:
На фото — БПЛА SwissDrones SDO 50 V2. Максимальный взлетный вес — 150 кг. Это при том, что собственный вес дрона (без топлива) — 42 кг. Да-да — синхроптеры славятся чудовищным, невероятным соотношением поднимаемой массы к собственному весу, рекордным среди всех вертолетных схем. Для справки — вертолеты классической схемы редко в состоянии поднять груз, равный их собственному весу. SwissDrones SDO 50 V2 успешно летает в горах на высоте в 3.5 километра при температуре -10С и даже ниже. Максимальная скорость, конечно, умеренная — 72 кмч. Синхроптеры простой схемы не летают быстро, это их главный недостаток.
А теперь давайте перейдем к квадрокоптерам. Давно уже известна схема грузового квадрокоптера, в которой используется бензиновый мотор для привода основного несущего ротора (простейшего — вообще без какого-либо управления, с осью ротора, жестко закрепленной на корпусе БПЛА), плюс электромоторы с винтами для целей управления и стабилизации полета. Электромоторы обеспечивают парирование крутящего момента винта (заодно и управление по курсу) и управление креном и тангажом. В ряде случаев это оказывается проще, чем городить сервоприводы с плоскостями.
При этом, как вы можете заметить — никто из «срочносборщиков» возиться с этим не хочет. Зачем, если можно наставить электромоторов и сделать БабуЯгу, а бюджет заплатит.
