Беспилотник научили парить почти без затрат энергии
Его система управления автоматически находит оптимальные точки в воздушных потоках
Инженеры разработали алгоритм управления для беспилотников самолетного типа, который позволяет парить на восходящих воздушных потоках, расходуя в 150 раз меньше энергии, чем при активном полете с работающим двигателем. Алгоритм отслеживает и подстраивается под непрерывно изменяющиеся воздушные потоки, сохраняя высоту. Препринт доступен на arXiv.org.
При поддержке Angie — первого российского веб-сервера
Беспилотники самолетного типа более энергоэффективны, чем мультикоптеры. Благодаря крыльям они способны преодолевать большие дистанции и могут гораздо дольше находиться в воздухе. Причем эти параметры могут быть увеличены за счет парения — планирующего полета, в котором аппарат использует восходящие воздушные потоки для удержания в воздухе без использования тяги двигателей, аналогично тому, как это делают некоторые птицы.
Группа инженеров под руководством Гвидо де Круна (Guido de Croon) из Делфтского технического университета разработала систему управления, которая позволяет беспилотникам самолетного типа без какой-либо предварительной информации о поле ветра самостоятельно находить оптимальные точки в восходящих воздушных потоках и использовать их для длительного парения с минимальным расходом энергии. В системе управления вместо обычного ПИД-регулятора используется метод инкрементальной нелинейной динамической инверсии, контролирующий угловое ускорение, подстраивая его под желаемые значения. Система управления может без изменения настроек работать и в режиме парения, и при полете с включенным двигателем во время поиска новых оптимальных точек в воздушных потоках или для компенсации резких порывов ветра.
Для поиска оптимальных точек в поле ветра, в которых скорость снижения полностью компенсируется восходящим потоком воздуха, применяется алгоритм имитации отжига. Он случайно выбирает направления в пространстве пытаясь найти такую точку, в которой беспилотник может устойчиво лететь с минимально возможной тягой двигателя.
Для тестов инженеры построили 3D-печатный прототип на основе модели радиоуправляемого самолета Eclipson model C. Он имеет размах крыла 1100 миллиметров и массу 716 грамм вместе с аккумуляторной батареей. В качестве полетного контроллера применяется Pixhawk 4. Помимо установленного под крылом и откалиброванного в аэродинамической трубе сенсора скорости, беспилотник имеет GPS-модуль для отслеживания положения во время полетов на открытом воздухе. В помещении применяется оптическая система Optitrack. Испытания проводились в аэродинамической трубе, возле которой установили наклонную рампу, для создания восходящего воздушного потока. Прототип запускали в воздушном потоке сначала на ручном управлении, после чего включали автопилот.
Разработчики провели эксперименты двух типов. В первом они постепенно изменяли скорость воздушного потока от 8,5 до 9,8 метров в секунду при фиксированном угле наклона рампы. Во втором эксперименте скорость воздушного потока оставалась неизменной, зато менялся угол установки подиума. В обоих случаях алгоритм системы управления быстро находил в поле ветра точки, в которых мог поддерживать планирующий полет в течение более чем 25 минут, лишь изредка задействуя тягу двигателя в среднем лишь на 0,25 процента от максимальной, хотя при таких значениях воздушного потока для поддержания обычного полета требуется около 38 процентов. При изменении поля ветра из-за изменившегося угла наклона рампы или скорости воздушного потока алгоритм успешно находил и удерживал новое положение равновесия. В будущем инженеры планируют провести испытания на открытом воздухе.
Американские инженеры и планетологи предложили использовать планер, способный длительное время держаться в воздухе за счет восходящих потоков и термиков, для изучения каньонов Марса. Предполагается, что такие аппараты с надувными разворачиваемыми крыльями могут стартовать с аэростата или дирижабля и затем планировать в атмосфере Марса от 20 минут до суток.
При этом не потребуется демонтаж и разборка
Инженеры GE Aerospace Research разработали мягкого робота Sensiworm для обследования технического состояния авиационных двигателей. Робот способен ползать подобно гусенице по вертикальным поверхностям и даже потолку, передавая оператору видеоизображение в реальном времени. С помощью Sensiworm технические специалисты смогут оценивать текущее состояние авиамоторов без необходимости их демонтажа с самолета, сообщает New Atlas. При поддержке Angie — первого российского веб-сервера Современные турбовентиляторные двигатели требуют регулярного обслуживания. Они состоят из огромного количества деталей, тщательно изучить состояние которых без снятия двигателя с самолета даже с помощью эндоскпов (бороскопов) порой невозможно. При этом демонтаж мотора и его последующая разборка занимают много времени, в течение которого самолет простаивает на земле. Поэтому инженеры давно работают над альтернативными способами обследования авиадвигателей изнутри без их демонтажа. Одна из таких разработок принадлежит инженерам исследовательского отдела компании General Electric GE Aerospace Research, которые совместно с сотрудниками Университета Бингемтона разработали мягкого робота Sensiworm (Soft ElectroNics Skin-Innervated Robotic Worm) для обследования технического состояния авиационных двигателей изнутри. Вытянутый корпус Sensiworm состоит из мягкого полимерного материала, который способен растягиваться и сокращаться с помощью источника давления. Способ передвижения Sensiworm напоминает движения гусеницы пяденицы. Робот может передвигаться не только по горизонтальным и вертикальным поверхностям, но также и по потолку. Для этого он использует две присоски, расположенные в передней и задней части корпуса. Таким образом Sensiworm может добраться до труднодоступных мест внутри двигателя, включая лопатки компрессоров и турбин. https://www.youtube.com/watch?v=_Mks06p0KVo Внутри автономной версии Sensiworm, помимо собственных источников питания, давления и бортового компьютера, находится камера с источником света, а также другие сенсоры, необходимые сервисным специалистам. Робот может автоматически обнаруживать и обходить препятствия (технических деталей того, как это происходит, разработчики пока не сообщают). По словам создателей Sensiworm, робот должен выполнять роль дополнительных глаз и ушей, исследуя внутренности авиадвигателей на предмет неисправностей, коррозии и повреждения теплоизоляционного покрытия. Разработчики считают, что в будущем он сможет не только передавать изображение интересующих участков в реальном времени, выполняя роль продвинутого варианта бороскопа, но и сможет производить мелкий ремонт. Внутренней инспекции требуют не только такие сложные устройства как авиадвигатели, но даже трубопроводы. Китайские инженеры разработали миниатюрного робота для инспекции внутреннего состояния трубопроводов диаметром меньше сантиметра. Робот состоит из цилиндрических модулей, приводимых в движение актуаторами на основе диэлектрических эластомеров.
