Статья Разработка, сборка и проектировка Fpv-модели «Кондор». Автор: Юрий Бельмас

Автор: Юрий Бельмас

Наша исследовательская проектная работа посвящена беспилотным летательным аппаратам (Далее БПЛА).

Основной задачей БПЛА в современном гражданском обществе является не только любительская съемка, но и военная разведка.

Мы задались целью изучить этот вид устройств и попытаться разработать, спроектировать и собрать модель БПЛА «Кондор»., которая, по нашему мнению, современным требованиям, предъявляемым к беспилотным летательным аппаратам и бюджетным вариантом.

Наиболее трудоемкой и затратной частью БПЛА является установленный на модели FPV- модуль, позволяющий снимать видеозаписи полетов. Не менее трудоемкой частью работы явилось создание дизайна аппарата, обеспечение так называемой «летательности» объекта, эстетичности, монтировки инженерной и электронной конструкции.

Таким образом, основными задачами исследования, проектирования и разработки проекта явились:

1.                  Проектировка модели на схемах и поролоне

2.                  Заказ деталей модели на специализированных сайтах (фюзеляж, камера, пульт, приемник, очки, мотор, сервопривод)

3.                  Осуществление поэтапной спорки модели в течение 4 месяцев (вырезка и заточка деталей, склеивание, установка электроники, подключение)

4.                  Обучение полетам на БПЛА всех участников группы

5.                  Проверка модели в летных условиях


Автор: Юрий Бельмас

 

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №34»

Г.о. Подольск

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Разработка, сборка и проектировка

Fpv-модели «Кондор»

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил ученик

Юрий Бельмас, - учащийся 9а класса МОУ СОШ №34

.

Научный руководитель:

Болелов Эдуард Анатольевич – педагог дополнительного

образования МОУ СОШ №34

Кандидат технических наук,

зав. кафедры радиоэлектронного оборудования МГТУГА

 

 

 

 

 

 

Городской округ Подольск

2019г.

 


ВВЕДЕНИЕ

 

Наша исследовательская проектная работа посвящена беспилотным летательным аппаратам (Далее БПЛА).

Основной задачей БПЛА в современном гражданском обществе является не только любительская съемка, но и военная разведка.

Мы задались целью изучить этот вид устройств и попытаться разработать, спроектировать и собрать модель БПЛА «Кондор»., которая, по нашему мнению, современным требованиям, предъявляемым к беспилотным летательным аппаратам и бюджетным вариантом.

Наиболее трудоемкой и затратной частью БПЛА является установленный на модели FPV- модуль, позволяющий снимать видеозаписи полетов. Не менее трудоемкой частью работы явилось создание дизайна аппарата, обеспечение так называемой «летательности» объекта, эстетичности, монтировки инженерной и электронной конструкции.

Таким образом, основными задачами исследования, проектирования и разработки проекта явились:

Проектировка

модел

и

на схемах и

поролоне

Заказ деталей модели на специализированных сайтах (фюзеляж, камера, пульт, приемник, очки, мотор, сервопривод)

Осуществление поэтапной спорки модели в течение 4 месяцев (вырезка и заточка деталей, склеивание, установка электроники, подключение)

Обучение полетам на БПЛА всех участников группы

Проверка модели

в летных условиях

Изучив историю развития БПЛА выяснилось, что первое время БПЛА использовались исключительно в военных целях. Так, например, первый случай использования беспилотного аппарата произошел в 1849м году во время атаки Австрии на Венецию. Во времена Первой Мировой войны страны-участницы активно экспериментировали с беспилотной авиацией. В ноябре 1914 года Военное министерство Германии поручило Комиссии по транспортным технологиям разработать систему дистанционного управления, которая могла бы устанавливаться как на корабли, так и на самолёты.

Проект возглавил Макс Виен, профессор Йенского университета, а основным поставщиком технологий стала компания «Siemens & Halske». Менее чем за год испытаний Виену удалось разработать технологию, годную для практического применения на флоте, но «недостаточно надёжную в условиях радиоэлектронного противодействия», а также «недостаточно точную для авиационного бомбометания». «Siemens & Halske» продолжила авиационные эксперименты и в 1915—1918 годах произвела более 100 дистанционно управляемых по проводам планёров, которые запускались как с земли, так и с дирижаблей, и могли нести торпедную или бомбовую нагрузку до 1000 кг. Позже наработки «Siemens & Halske» были применены компанией «Mannesmann-MULAG» в радиоуправляемом бомбардировщике проекта «Летучая мышь». Этот многоразовый БПЛА имел радиус действия до 200 км и мог нести нагрузку до 150 кг. Управление полётом и сбросом бомб производилось с земли и аппарат мог быть возвращён к точке старта, после чего должен был приземлиться с помощью парашюта.

В 1916 году по заказу ВМФ США изобретатель гирокомпаса Элмер Сперри занялся разработкой «Автоматического аэроплана Хьюитта-Сперри» — «летающей бомбы», несущей до 450 кг взрывчатки. Одновременно по заказу армии США компания «Дэйтон-Райт» разработала «Авиаторпеду Кеттеринга» — управляемый часовым механизмом самолёт, который в заданный момент должен был сбрасывать крылья и падать на вражеские позиции. Над несколькими аналогичными проектами по заказу правительства Великобритании работал и профессор Арчибальд Лоу, «отец радиоуправляемого полёта», пионер телевидения, изобретатель дистанционно управляемой ракеты и позднее руководитель проекта «Larynx»

В итоге ни США, ни Германия, ни другие страны в боевых действиях Первой мировой БПЛА не применяли, но идеи, заложенные в те годы, позже нашли применение в крылатых ракетах.

В течение Второй мировой войны немецкие учёные вели разработки нескольких радиоуправляемых типов оружия, в том числе планирующие бомбы Henschel Hs 293 и Fritz X, зенитный БПЛА Enzian, созданный на основе реактивного истребителя Me. 163, а также крылатую ракету «Фау-1» и баллистическую ракету «Фау-2».

В духе привычного отсутствия координации между армией и флотом, в это же время армия США занималась операцией «Афродита», в рамках которой 17 отслуживших своё бомбардировщиков B-17 должны были быть переоборудованы в радиоуправляемые БПЛА, начинены взрывчаткой и использованы для уничтожения заводов, производивших ракеты «Фау-1» и «Фау-2». С самолётов было снято всё лишнее оборудование (пулемёты, бомбовые подвесы, сидения), что позволило загрузить в каждый 18 000 фунтов взрывчатки — вдвое больше нормальной бомбовой загрузки. Поскольку радиоуправление не позволяло самолёту безопасно взлететь, взлёт осуществляла команда добровольцев — пилот и бортинженер. После взлёта и набора высоты, экипаж приводил в готовность взрыватели, включал систему радиоуправления и выбрасывался с парашютами. Дальнейшее управление полётом осуществлялось с борта сопровождающего самолёта через радио- и телесвязь. Из семнадцати БПЛА долететь до цели, взорваться и нанести значительный ущерб удалось только одному, программа была свёрнута.

Гражданские БПЛА начали лавинообразно набирать популярность в начале 2010-х годов. В 2010 году Федеральное управление гражданской авиации США (ФАА) ошибочно предполагало, что к 2020 году в мирных целях будут использоваться порядка 15 000 дронов. В аналогичном прогнозе ФАА в 2016 году эта оценка была повышена до 550 000. В прогнозе компании «Business Insider», выпущенном в 2014 году, рынок гражданских БПЛА в 2020 году оценивался 1 миллиард долларов США, но уже два года спустя эта оценка была повышена до 12 миллиардов долларов.

 Дубаи на международном саммите «World Government Summit» была представленная первая модель беспилотного летающего такси. БПЛА, в котором может разместиться один пассажир, способен находиться в воздухе около получаса за один полёт. Он оборудован четырьмя «ногами», на каждой из них установлено по два пропеллера. При посадке пассажир указывает пункт назначения на сенсорном экране. Полёт такого такси проходит под наблюдением наземного диспетчерского центра.

Одним из основных метеорологических элементов, учитываемых в самолетовождении, является ветер. Он оказывает существенное влияние на БПЛА как в полете, так и при взлете и посадке. От направления и скорости ветра зависят безопасность взлета и посадки, длина разбега и пробега, время полета по маршруту и расход топлива.

Ветер – горизонтальное движение воздуха относительно земной поверхности. Причиной его возникновения является неравномерное распределение атмосферного давления по горизонтали. Ветер характеризуется скоростью и направлением, которые меняются с течением времени, изменением места и высоты. Особенно резкие изменения ветра наблюдаются при пересечении атмосферных фронтов, над горной местностью и при перелете с суши на море и наоборот. Исследованиями установлено, что в тропосфере скорость ветра с увеличением высоты возрастает и достигает максимума вблизи тропопаузы (в переходном слое между тропосферой с стратосферой). В нижней стратосфере скорость ветра уменьшается и достигает минимума на высоте 18-22 км. Существует два понятия о направлении ветра: метеорологическое и навигационное.

Метеорологическое направление ветра – угол, заключенный между северным направлением меридиана и направлением из точки, откуда дует ветер. Отсчитывают его по часовой стрелке от 0 до 360 градусов. Отсчитывается относительно истинного или магнитного меридианов.

Навигационное направление ветра – угол, заключенный между направлением истинного, магнитного меридианов и направлением на точку, куда дует ветер.

Так как была выбрана схема двухдвигательного самолета, двигатели были выбраны с тяговым запасом;

Максимальная тяга двух двигателей составляет около 1,5 кг при весе модели в 500 гр.

Что позволяет нести дополнительное FPV оборудование или груз.

Так же данная схема самолета, является моделью-тренер и имеет такие каналы управления как крен и тангаж, что облегает простоту управления моделью.

Питание видео передатчика осуществляется отдельной батареей 2S/7.4 V/360 mAh

-

Размах -954 мм 

-Длина -780 мм 

-Вес планера - 210 гр. 

-

Взлетный вес (с аккумулятором

2200мА 3S)- 500 гр 

ДВИГАТЕЛИ:

Производитель

Pilotage

Код производителя

RC12295

Диаметр вала

3 мм

Рабочий ток

18 А

Максимальная эффективность

81 %

Максимальный ток

35 А

Обороты

1400 об./В

Расстояние между крепежными отверстиями

16 мм

Размер

Бесколлекторный 22xx

Рекомендуемый регулятор

20-40A

Тип ротора двигателя

Outrunner

СЕРВОПРИВОДЫ:

Тип сервомашинки: аналоговая

Рабочее напряжение: 3 - 6 V

Скорость: 0.12 с/60о (при 4.8 V)

Усилие:  1.6 кг*см

Рабочая температура: -30 - 60оC

Вес (с проводом и качалкой): 11 г (9 г без провода)

Длина провода: 25 см

АККУМУЛЯТОРЫ:

1. Основной аккумулятор

TCB Lipo battery 2200 mAh\25c\11.1 V

2. ВИДЕО ПЕРЕДАТЧИК:

Дополнительный аккумулятор ONBO 360 mAh\20c\7.4 V

TS5828L

Это 40-ка канальный видео передатчик, работающий в полосе частот 5.8ГГц и мощностью 600мВт. Его небольшие размеры и высокая выходная мощность обеспечивают передачу видеосигнала на большие расстояния, а небольшой вес позволяет его установить на FPV-модели небольшого размера. Передатчик оснащен встроенным радиатором, что обеспечит отличное охлаждение.

 

ВИДЕОКАМЕРА:

Технические характеристики FPV камера Kingkong 199C:

Разрешение: 800 TVL линий 

Матрица: CMOS

Видео система: NTSC

Размер камеры внешний: 12х14х12 мм

Рабочее напряжение: 2.5-5,5 В

Энергопотребление: 180 мА

Угол обзора: 150 градусов

Вес: 1,6 г

Нами произведены следующие этапы проектирования и сборки:

Чертеж и вырезка деталей

Чертеж модели был найден в сети Интернет и использован для вырезания деталей из поролона и дерева;

Сборка фюзеляжа (презентация)

;

Сборка крыла

;

Обтяжка модели лавсановой пленкой

;

Сборка составных частей самолета

;

Наземная проверка всех систем

;

Испытательный запуск

.

Наше исследование показало, что история БПЛА связана с развитием военной электроники, а также можно понять, что сборка БПЛА это задача, с которой справится любой человек, даже ученик 9го класса.

Можно сделать вывод, что БПЛА это разносторонняя в использовании и простая в сборке и в применении техника, которая может пригодится в различных сферах деятельности.