Rolls-Royce разработает микророботов для осмотра и ремонта авиадвигателей
Компания Rolls-Royce представила проект разработки микророботов, предназначенных для автоматизированной диагностики состояния авиационных двигателей и их ремонта. Инженеры компании работают над несколькими версиями роботов, в том числе шагающим микророботом с камерой и робозмеей для нанесения термобарьерных покрытий.
Современные авиационные турбовентиляторные двигатели состоят из большого количества деталей, которые должны собираться с помощью специалистов высокого класса. Поскольку демонтировать двигатель с крыла и разбирать его для диагностики и ремонта дорого и долго, разработчики двигателей и операторы авиационной техники используют методы диагностики и ремонта, позволяющие проводить некоторые операции прямо в смонтированном двигателе. Тем не менее, такой ремонт и осмотр внутренних конструкций двигателя все равно требует высококлассного специалиста и времени, а также может производиться только на земле.
Компания Rolls-Royce представила на авиасалоне в Фарнборо проект по созданию роботов, способных упростить эти операции. Три из этих разработок пока существуют в виде концепта, а одна из них в виде реального прототипа.
Робот SWARM имеет размер около сантиметра и несколько ног, а также камеру. Предполагается, что несколько таких роботов будут запускаться в двигатель с помощью гибкого робоманипулятора, а затем будут перемещаться по двигателю и в реальном времени передавать изображение с камеры оператору, который сможет оценить состояние деталей. Робот FLARE представляет собой аналогичный гибкий робоманипулятор, но будет использоваться для осмотра внутренних поверхностей двигателя и нанесения термобарьерного покрытия в месте повреждений.
Кроме того, инженеры представили проект робота INSPECT, который будет устанавливаться в двигатель и работать во время полета. Он будет представлять собой выдвижную камеру, которая позволит отслеживать состояние некоторых деталей прямо во время полета. Корпус робота будет защищен от воздействия горячего воздуха в двигателе. Предполагается, что в каждом двигателе будет находиться множество таких устройств, следящих за определенными зонами двигателя.
Также Rolls-Royce представила работающий прототип роботизированного аппарата для осмотра лопаток компрессора двигателя и снятия напряжений в местах повреждений. Он состоит из корпуса и выдвигаемого тонкого манипулятора с камерой, светодиодом для подсветки и вращающимся наконечником для стачивания кромки лопатки. Аппарат подключен к удаленным специалистам-операторам, которые берут на себя диагностику и ремонт, а специалистам на месте необходимо будет только закрепить аппарат на двигателе.
Специалисты из Rolls-Royce и Ноттингемского университета, который также участвовал в разработке, провели испытания аппарата на одиннадцати лопатках. После этого они провели измерения и выяснили, что средняя разница между расчетной и фактической величиной стачивания оказалась равной 0,064 миллиметра.
Российские разработчики авиационной техники также занимаются упрощением ее диагностики. Например, в прошлом году Лаборатория Фонда перспективных исследований России завершила разработку системы контроля состояния конструкции летательных аппаратов, работа которой похожа на работу нервной системы животных. Она состоит из множества оптических волокон, которые позволят определять точное место повреждения за счет измерения скорости прохождения лазерного луча по волокну.
Григорий Копиев
Он может сам подключаться к зарядной станции
Инженеры разработали дешевое решение для автономной подзарядки электрических мультикоптеров. Система под названием AutoCharge представляет собой зарядную станцию с коннектором, оснащенным электромагнитом. Дрон также оснащается магнитным коннектором, размещенном на конце гибкого шнура. При сближении дрона со станцией, коннекторы притягиваются друг к другу, обеспечивая надежное электрическое соединение на время зарядки батареи. Препринт статьи опубликован на сайте arxiv.org. На сегодняшний день мультикоптеры — наиболее популярный тип беспилотных летательных аппаратов. Однако при всех достоинствах, дроны, построенные по этой схеме, обладают ключевым недостатком, который заключается в относительно невысокой продолжительности полета. Для большинства существующих моделей оно не превышает получаса. Увеличение количества батарей на борту приводит к утяжелению дрона и снижению массы полезной нагрузки, которую он способен нести. Например, квадрокоптер US-1, созданный компанией Impossible Aerospace способен на одном заряде провести в воздухе целых два часа и пролететь около 75 километров, но его собственная масса при этом составляет 7,1 килограмма, а полезная нагрузка массой всего лишь 1,3 килограмма снижает время полета со 120 минут до 78. Другой подход к увеличению времени полета дрона — использовать системы автоматической замены или подзарядки батарей в формате зарядных станций, расположенных на пути беспилотника. Однако существующие на сегодняшний день решения (гнезда дронов) не универсальны, имеют сложную конструкцию и высокую стоимость. Кроме того, от мультикоптера обычно требуется точная посадка на платформу, что не всегда легко реализовать на открытом воздухе. Группа инженеров под руководством Джузеппе Лоянно (Giuseppe Loianno) из Нью-Йорского университета разработала простое и дешевое решение AutoCharge для автономной подзарядки дронов любого размера. Оно представляет собой небольшую док-станцию на верхней части которой располагается электрический коннектор, совмещенный с электромагнитом. К дрону крепится гибкий шнур, один конец которого подсоединен к схеме питания батареи дрона, а на другом конце располагается коннектор с постоянным магнитом. Когда батарея беспилотника разряжается ниже порогового значения, он подлетает к зарядной станции. Свободно свисающий на конце шнура магнитный коннектор дрона оказывается в зоне действия магнитного поля электромагнита, встроенного в коннектор на док-станции, притягивается к нему и происходит их стыковка. Правильному и надежному соединению также способствуют отверстия, расположенные на коннекторе док-станции и выступающие штифты на коннекторе дрона. После успешного соединения электромагнит, встроенный в док-станцию, отключается и начинается зарядка батареи дрона. В этот момент дрон может приземлиться рядом или продолжать выполнять задачи в воздухе. После восполнения заряда батареи беспилотник может продолжать полет. Для этого он механически отсоединяет свой коннектор от зарядной станции, на которой с небольшой задержкой снова включается электромагнит, для выполнения следующей стыковки. По словам разработчиков, такая схема зарядки проста, подходит для дронов разных размеров и не требует использования сложных алгоритмов и механизмов для точной посадки, а стоимость док-станции с выполненным с помощью 3D печати корпусом не превышает 50 долларов. Длина шнура может подбираться в зависимости от задач. Например, если дрону не требуется находиться в воздухе во время зарядки, шнур может быть коротким. Это снижает массу дрона и повышает эффективность зарядки, а также почти не влияет на точность управления в полете. https://www.youtube.com/watch?v=6xYvI-qIe3M&t=11s Разработчики провели эксперимент, в ходе которого тестовый квадрокоптер действовал полностью автономно. После полетов по заданной траектории и уменьшения напряжения батареи до минимума дрон подключался к зарядной станции. Зарядив батарею, беспилотник отсоединял коннектор и вновь продолжал полет до очередного разряда. Эксперимент продолжался в течение десяти часов. В будущем инженеры планируют добавить возможность использовать систему зарядки AutoCharge без предварительного знания о местоположении зарядной станции, полагаясь лишь на бортовые камеры дрона для ее визуальной локализации. В случае если необходимо выполнять полеты дольше нескольких часов, дроны-квадрокоптеры оснащают гибридной силовой установкой. В такой схеме беспилотник использует электромоторы для вращения винтов, но энергия для них вырабатывается двигателем внутреннего сгорания. Например, в 2018 году китайские инженеры продемонстрировали полет шестироторного мультикоптера, оснащенного ДВС и аккумуляторами, в ходе которого дрон продержался в воздухе 7 часов и 17 минут.