Файл: 2О19 4удк 53. 06Ббк 39. 5Аэроквантум тулкит. Александр Фоменко. 2е изд., перераб и доп. М. Фонд новых форм развития образования, 2019 154 с. Базовая серия Методический инструментарий наставника.pdf

37
Аэроквантум: тулкит
Советы по конструированию
Дайте возможность каждому придумать своё расположение элементов, а затем проверить его на практике. Если располо- жение окажется неудачным, можно объяснить на словах, что именно будет работать плохо.
Вопросы для обсуждения:
1. Что будет, если заменить пропеллеры на другие?
2. Что будет, если подключить электромоторы, перепутав провода?
3. Можно ли напечатать БПЛА на 3D-принтере?
4. Что будет, если один из электромоторов сломается?
5. Что будет, если к полётному контроллеру подключить до- полнительные датчики?
6. Что будет, если использовать другой аккумулятор?
7. Можно ли заменить полётный контроллер на другой?
8. Что будет, если не откалибровать полётный контроллер?
9. Как можно использовать разные пульты с одним и тем же квадрокоптером?
10. Что будет, если использовать другие источники питания?
Словарь терминов
Беспилотный летательный аппарат (БПЛА) — летательный ап- парат без экипажа на борту, управляемый дистанционно по радиоканалу, автономно с использованием информации с дат- чиков или же с использованием смешанной схемы управления.
Другие названия БПЛА — беспилотное воздушное судно (БВС), дрон, беспилотник.
Беспилотная авиационная система (БАС) — комплекс взаимос- вязанных элементов, включающий в себя одно или несколько беспилотных воздушных судов, средства обеспечения взлета и посадки, средства управления полетом одного или нескольких беспилотных воздушных судов и контроля за полетом одного или нескольких беспилотных воздушных судов.
Мультикоптер — общее название для беспилотных летатель- ных аппаратов, у которых количество пропеллеров (несущих

38
винтов) больше, чем 2. Образовано от слов multi (несколько) и copter (вертолет).
Квадрокоптер — беспилотный летательный аппарат с 4 мото- рами. Русское название «квадрокоптер» — калька с английско- го quadcopter, что переводится как 4-роторный вертолет.
Гексакоптер — беспилотный летательный аппарат с 6 пропел- лерами, что обычно размещаются по краям коптера. Назва- ние произошло от слов hexa («гекса», с древнегреческого —
«шесть») и copter.
Октокоптер — беспилотный летательный аппарат с 8 пропел- лерами, что обычно размещаются по краям коптера. Название произошло от слов octo («окто», с латыни — «восемь») и copter.
Коптер — сокращение от слова helicopter, вертолет. Исполь- зуется либо по прямому назначению, либо как обозначение беспилотного летательного аппарата с n-ым количеством не- сущих винтов.
Аппаратура управления (радио, радиоаппаратура) — система дистанционного управления БПЛА по радиоканалу. Состоит из наземного передатчика (пульта) и бортового приёмника.
Полётный контроллер — центральная и обязательная часть любого мультикоптера, отвечающая за управление моторами в соответствии с полётным режимом и руководствуясь команда- ми управления.
Акселерометр — датчик, способный определить ускорение коптера в направлении всех трёх осей. Его наличие помогает контроллеру выравнивать коптер в «горизонт».
Гироскоп — датчик, реагирующий на изменение углов ориента- ции коптера относительно его предыдущего положения в про- странстве. Программное обеспечение использует гироскопы, чтобы определить положение платформы в воздухе и дать ко- манду на компенсацию изменения положения от внешних воз- будителей.
Центральная платформа — основа коптера, база. К ней крепят- ся все остальные части: лучи, электронные компоненты, до- полнительные деки, передатчики и прочее.
Луч — вытянутая «рука» коптера, которая отходит от централь- ной платформы. Именно на лучах крепятся моторы и их регу-

39
Аэроквантум: тулкит ляторы.
BEC (англ. Battery Eliminator Circuit) — устройство для обеспе- чения питанием бортовой аппаратуры (+5 Вольт) постоянным напряжением от аккумуляторов, которые имеют свойство ме- нять это напряжение от зарядки до разрядки.
ESC — контроллер скорости бесколлекторного электродвига- теля. Другое название — регулятор оборотов.
Бесколлекторный мотор — основной тип моторов, использую- щихся в мультироторных летательных аппаратах. Они облада- ют выдающимися характеристиками и сроком службы в связи с отсутствием трущихся узлов (щеток), посредством которых передается ток.
Руководство для обучающегося
Цель: собрать БПЛА своими руками.
Как это сделать
Помните, что перед вами только один из способов собрать
БПЛА. В комплекте предусмотрен конструктор, вы можете собирать его тем способом, который кажется вам наилучшим.
Посмотрим, сможете ли вы выполнить его другим методом!
Начните с анализа материалов. Необходимо понять, как устроен БПЛА, из каких элементов он состоит. Затем понять порядок сборки, сформулировать свою идею и собрать свой вариант беспилотного летательного аппарата.
Подробнее
Знакомство с историей беспилотной авиации.
В 1899 году Никола Тесла разработал и продемонстрировал миниатюрное радиоуправляемое судно. В 1910 году вдохнов- лённый успехами братьев Райт молодой американский воен- ный инженер из Огайо Чарльз Кеттеринг предложил исполь- зовать летательные аппараты без человека. По его замыслу, управляемое часовым механизмом устройство в заданном месте должно было сбрасывать крылья и падать, как бомба, на

40
врага. Получив финансирование армии США, он построил и с переменным успехом испытал несколько устройств, полу- чивших названия The Kettering Aerial Torpedo, Kettering Bug, но в боевых действиях они так и не применялись. В Германии разрабатывался проект радиоуправляемого беспилотного бомбардировщика Fledermaus. В 1933 году в Великобритании был разработан первый БПЛА многократного использова- ния Queen Bee. Были использованы три отреставрированных биплана Fairy Queen, дистанционно управляемые с судна по радио. Два из них потерпели аварию, а третий совершил успешный полёт, сделав Великобританию первой страной, из- влекшей пользу из БПЛА. Эта радиоуправляемая беспилотная мишень под названием DH82A Tiger Moth использовалась на королевском Военно-морском флоте с 1934 по 1943 г. Армия и
ВМФ США с 1940 года использовали БПЛА Radioplane OQ-2 в качестве самолёта-мишени.
Многовинтовые вертолёты разрабатывались ещё в первые годы вертолётостроения. Один из первых квадрокоптеров
(англ. quadcopter, четырёхроторный вертолет), который реаль- но оторвался от земли и мог держаться в воздухе, был создан
Георгием Ботезатом и испытан в 1922 году. Недостатком этих аппаратов была сложная трансмиссия, передававшая враще- ние одного мотора на несколько винтов. Изобретение хвосто- вого винта и автомата перекоса положило конец этим по- пыткам. Новые разработки начались в 1950-е годы, но дальше прототипов дело не продвинулось.
Георгий Александрович Ботезат был американцем россий- ского происхождения, изобретателем, профессором Петро- градского технологического института. Также он окончил два института — в Харькове и Бельже (Бельгия), был инженером-э- лектриком. Но главное, почему его помнят, — это вертолет.
Испытания одного из первых вертолетов, оснащенного че- тырьмя винтами, начались в 1922 году. Многовинтовая схема позволяла упростить управление аппаратом: поворот осу- ществлялся изменением положения носовой части вертолета.
Каждый винт изменяемого шага состоял из шести лопастей. В конструкции использовались растяжки из струн… от рояля.
Разработка квадрокоптера велась на деньги армии США. Цель

41
Аэроквантум: тулкит
— создать летательный аппарат с вертикальными взлетом и посадкой. У Ботезата не было терпения на разработку про- тотипов, так что он сразу принялся строить полноразмерный аппарат.
Несмотря на потраченные на программу 200 000 долларов, что было большой суммой в первой половине прошлого века, проект был прикрыт из-за некоторых проблем. В частности, чтобы просто лететь вперед, был нужен попутный ветер. Боте- зат хотел продолжить работу и исправить эту проблему, но не успел.
Видео полёта первого квадрокоптера: https://www.youtube.
com/watch?v=pjOcD5DoGUU
В течение Второй мировой войны немецкие учёные вели разработки нескольких радиоуправляемых типов оружия, включая управляемые бомбы Henschel Hs 293 и Fritz X, ракету
Enzian и радиоуправляемый самолёт, наполненный взрыв- чатым веществом. Несмотря на незавершённость проектов,
Fritz X и Hs 293 с успехом использовались на Средиземном море против бронированных военных кораблей. Массовым оружием была первая «крылатая ракета» Фау-1 с реактивным пульсирующим двигателем, которая могла запускаться как с земли, так и с воздуха. В нацистской Германии в 1942 году было запущено производство ракет Фау-2, имеющих систему управления, удерживающую ракету на заданной при старте траектории в течение всего полета.
Luna X-2000

42
Были разработаны и применялись управляемые планирующие авиабомбы.
В СССР в 1930–1940 гг. авиаконструктором Никитиным раз- рабатывался торпедоносец-планер специального назначения
(ПСН-1 и ПСН-2) типа «летающее крыло» в двух вариантах: пилотируемый тренировочно-пристрелочный и беспилот- ный с полной автоматикой. К началу 1940 г. был представлен проект беспилотной летающей торпеды с дальностью полё- та от 100 км и выше (при скорости полёта 700 км/ч). Однако этим разработкам не было суждено воплотиться в реальные конструкции. В 1941 году были удачно применены тяжёлые бомбардировщики ТБ-3 в качестве БПЛА для уничтожения мостов.
В США запустили в массовое производство БПЛА-мишень
Radioplane OQ-2 для тренировки лётчиков и зенитчиков. Так- же в 1944 году был применён впервые в мире классический ударный БПЛА — Interstate TDR. Помимо этого, военными
США был создан целый ряд управляемых авиабомб, включая наиболее совершенное технические оружие, применённое в годы войны, — самонаводящуюся планирующую бомбу.
ASM-N-2 Bat, первое в мире оружие схемы «выстрелил и за- был», не требующее вмешательства оператора. После войны разработки беспилотных летательных аппаратов в США вре- менно сместились в сторону создания управляемых ракет и авиабомб, лишь в 1960-х вернувшись к идее неударных БПЛА.

43
Аэроквантум: тулкит невосточные страны, в том числе и в Ирак. Ту-141 «Стриж» состоит на вооружении ВВС Украины и поныне. Комплексы
«Рейс» с БПЛА Ту-143 эксплуатируются до настоящего вре- мени, поставлялись в Чехословакию (1984), Румынию, Ирак и
Сирию (1982), использовались в боевых действиях во время
Ливанской войны. В Чехословакии в 1984 году были сформи- рованы две эскадрильи, одна из которых в настоящее время находится в Чехии, другая — в Словакии.
СССР ещё в 1970–1980-е годы был лидером по производству
БПЛА — только Ту-143 было выпущено около 950 штук.
В начале 1960-х годов дистанционно-пилотируемые летатель- ные аппараты использовались США для слежения за разме- щениями ракет на Кубе и в Советском Союзе — после того, как были сбиты RB-47 и два U-2, для выполнения разведыва- тельных работ была начата разработка высотного беспилот- ного разведчика Red Wadon (модель 136). БПЛА имел высоко расположенные крылья и малую радиолокационную и инфра- красную заметность.
Во время войны во Вьетнаме с ростом потерь американской авиации от ракет вьетнамских ЗРК возросло использование
БПЛА. В основном они использовались для ведения фотораз- ведки, иногда для целей РЭБ. В частности, для ведения радио- технической разведки применялись БПЛА 147E. Несмотря на то, что в конечном счёте беспилотник был сбит, он передавал на наземный пункт характеристики советского ЗРК С-75 в течение всего своего полёта, и ценность этой информации была соизмерима с полной стоимостью программы разработ- ки беспилотного летательного аппарата. Она также позволила сохранить жизнь многим американским лётчикам, а также самолёты в течение последующих 15 лет, вплоть до 1973 года.
В ходе войны американские БПЛА совершили почти 3500 полётов, причём потери составили около четырёх процентов.
Аппараты применялись для ведения фоторазведки, ретранс- ляции сигнала, разведки радиоэлектронных средств, РЭБ и в качестве ложных целей для усложнения воздушной обстанов- ки. Но полная программа БПЛА была окутана тайной настоль- ко, что её успех, который должен был стимулировать развитие

44
БПЛА после конца военных действий, в значительной степе- ни остался незамеченным.
Беспилотные летательные аппараты применялись Израилем во время арабо-израильского конфликта в 1973 г. Они ис- пользовались для наблюдения и разведки, а также в качестве ложных целей. В 1982 году БПЛА использовались во время боевых действий в долине Бекаа в Ливане. Израильский
БПЛА IAI Scout и малоразмерные дистанционно-пилотируе- мые летательные аппараты Mastiff провели разведку и наблю- дение сирийских аэродромов, позиций ЗРК и передвижений войск.
По информации, получаемой с помощью БПЛА, отвлекающая группа израильской авиации перед ударом главных сил вы- звала включение радиолокационных станций сирийских ЗРК, по которым был нанесён удар с помощью самонаводящихся противорадиолокационных ракет, а те средства, которые не были уничтожены, были подавлены помехами. Успех израиль- ской авиации был впечатляющим — Сирия потеряла 18 бата- рей ЗРК.
Разведывательный БПЛА «изделие 61 «Пчела» ОКБ Яковлева,
1990 год
Дистанционно-пилотируемые летательные аппараты и авто- номные БПЛА использовались обеими сторонами в течение войны в Персидском заливе 1991 года (операция «Буря в пустыне»), прежде всего как платформы наблюдения и раз- ведки. США, Великобритания и Франция развернули и эффек-

45
Аэроквантум: тулкит тивно использовали системы типа Pioneer, Pointer, Exdrone,
Midge, Alpilles Mart, CL-89. Ирак использовал Al Yamamah,
Makareb-1000, Sahreb-1 и Sahreb-2. Во время этой операции
БПЛА тактической разведки коалиции совершили более 530 вылетов, налёт составил около 1700 часов. При этом 28 аппа- ратов были повреждены, включая 12, которые были сбиты. Из
40 БПЛА Pioneer, используемых США, 60% были поврежде- ны, но 75% оказались ремонтопригодными. Из всех потерян- ных БПЛА только 2 относились к боевым потерям. Низкий коэффициент потерь обусловлен, вероятнее всего, неболь- шими размерами БПЛА, в силу чего иракская армия сочла, что они не представляют большой угрозы.
БПЛА также использовались и в операциях по поддержанию мира силами ООН в бывшей Югославии. В 1992 году Органи- зация Объединённых Наций санкционировала использование военно-воздушных сил НАТО, чтобы обеспечить прикрытие
Боснии с воздуха, поддерживать наземные войска, размещён- ные по всей стране. Для выполнения этой задачи требовалось ведение круглосуточной разведки.
В 1992 году израильский БПЛА был впервые использован как боевое средство для целеуказания при операции по ликвида- ции в Южном Ливане лидера террористической организации
«Хезболла» Аббаса аль-Мусави. БПЛА выследил колонну, в которой ехал Мусави, и пометил его автомобиль лазерным маркером, по которому была выпущена ракета со штурмового вертолета. Во время Интифады аль-Акса в 2000–2005 году
ВВС Израиля широко использовали БПЛА в комплексе: для наблюдения, разведки, целеуказания. Широкое применение получили ударные БПЛА для точечных ликвидаций террори- стов, особенно в секторе Газа, захваченном террористической организацией ХАМАС.
БПЛА дальнего радиуса действия использовались Израилем в ходе ряда операций по перехвату и уничтожению контра- бандных поставок Ираном вооружений палестинским терро- ристам, в числе которых перехват судна «Карин А» с 50 тон- нами оружия в Красном море в 2002 году, «Франкоп» с 500 тоннами оружия в Средиземном море в 2009 году и многие подобные.