Сингапурские инженеры презентовали первый складной монокоптер

18:42 15 Ноябрь Киев, Украина

В последнее время благодаря миниатюризации электроники появилась возможность создавать микролетальные аппараты (Micro Air Vehicle, MAV), которые не превышают и сотни граммов в весе. Они считаются более безопасными для эксплуатации в помещениях и вблизи людей или животных. Обычно MAV бывают трех типов: с неподвижным крылом, винтовым крылом и крылом, которым можно махать.

MAV с неподвижным крылом подходят для дальних полетов, хотя не подходят для работы в ограниченном пространстве из-за скорости движения. Для работы в помещениях лучше подходят аппараты с винтовым крылом благодаря своей маневренности, но они требуют нескольких приводов и обладают меньшей эффективностью полета. Впрочем, к ним вырос интерес инженеров, а в частности к концепции того, что в детстве некоторые называли вертолетами — плодов, например, клена, называемых крылатками. Они имеют плоские отростки вокруг семян, благодаря чему
раскручиваются под действием ветра и могут преодолевать небольшие расстояния и мягко приземляться на землю.
Траектория полета кленовых семян
Зачем нужен однокрылый коптер?
Конструкция монокоптеров, как и крылаток, довольно проста – они состоят из большого крыла и части, похожей на семена, в которой размещается большинство электроники и аккумулятор. Это позволяет использовать минимальное количество деталей, что позволяет снизить
стоимость.
 
И если раньше было сложно заставить их двигаться пилотируемо, то сейчас существует огромное количество высокоскоростных датчиков, которые могут измерять быстро вращающееся состояние монокоптера и использовать это для управления им. Впрочем, одним из недостатков монокоптера является его большая площадь, поэтому в этой работе инженеры Сингапурского университета технологии и дизайна решили найти решение, которое поможет сделать платформу более универсальной, но сохранит ее летные характеристики.

До сих пор уменьшение размеров монокоптеров приводило к ограниченным возможностям управления ими, поскольку возникала асимметрия между осью вращения корпуса летательного аппарата и осью вращения двигателя. А использование гибкого или полужесткого крыла не
рассматривалось как конструкционное решение, хотя могло бы изменить форму коптера.
Что предлагают ученые?
Разработанный сингапурскими инженерами монокоптер F-SAM предназначен для вращения против часовой стрелки (если смотреть сверху), хотя, по словам ученых, его полет не изменится от изменения направления вращения. Коптер состоит из двух основных структур, аналогичных другим монокоптерам: корпусу и крыло. На передней кромке также установлен двигатель, в отличие от других, где он находится на отдельной
конструкции, выступающей из основания корпуса.
 
Так F-SAM стал компактнее, а размещение компонентов позволило приблизить центр тяжести к корпусу, что освободило крыло и повысило эффективность полета. Один привод обеспечивает полное управление направлением: увеличение дроссельной заслонки увеличивает обороты самолета, заставляя его набирать высоту. Общий вес F-SAM составляет всего 69 грамм, из которых почти 40 процентов составляет батарея,
обеспечивающая время полета около 16 минут.
 
Крыло образует самую большую площадь конструкции и имеет наименьшую массовую долю. Конструкция крыла монокоптера требует жесткости, чтобы управлять им в полете. И хотя монокоптер может летать с использованием более гибких материалов, например, гибкого пластика, они позволяют крылу свободно возвращаться в полете, что снижает эффективность управления коптером. Поэтому ученые использовали пластик и
бальсовое дерево, а крыло составили несколько отдельных модулей.
Как справился коптер?
Коптер полетел квадратной траекторией, развив скорость до 0,2 метра в секунду и при этом отклонившись от маршрута всего на 0,4 метра. Также коптер подняли на высоту около 2,1 метра и отключили его двигатель для оценки вращения. И хотя высота была ограничена, он достиг скорости падения 3,56 метра в секунду и скорости вращения 27,93 радиана в секунду за мгновение до приземления на пол.

По словам исследователей, пока развертывать коптер приходится вручную, впрочем, они предлагают создать для него специальное место для хранения, из которого дрон сможет автоматически вылетать, самостоятельно разворачивая крыло. Такая конструкция коптера доказала свою эффективность в задаче по распространению сенсоров — например, недавно прототип разработанного в этой работе дрона, сбрасываемого с самолета, а тот улетел со скоростью 1,43 метра в секунду и смог перейти к пикированию, чтобы ускориться в 17,6 раза. . А также похожие на семена датчики покрутились и зафиксировали загрязненный воздух благодаря перенесенным на себе сенсорам.