Специалисты Московского авиационного института (МАИ) и Института физики атмосферы имени А.М. Обухова РАН спроектировали уникальный для России беспилотный летательный аппарат (БПЛА) «Цимлянин». Аппарат предназначен для метеорологических исследований и мониторинга погоды в арктических широтах. В настоящее время он прошёл лётные испытания.
Работа над аппаратом ведётся в кооперации с Институтом теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения РАН и Центральной аэрологической обсерваторией.
Новый беспилотник позволит исследовать турбулентную структуру пограничного слоя атмосферы — нижней части газовой оболочки нашей планеты. В перспективе разработка может быть использована для создания сети метеорологического мониторинга в Арктике на базе БПЛА, а также оперативного отслеживания и прогнозирования ледовой обстановки вдоль Северного морского пути и в акваториях северных портов России.
БПЛА в метеорологииБеспилотные летательные аппараты в последние годы всё чаще используются в метеорологии, в основном — с исследовательской целью, что обусловлено их экономичностью и простотой применения. Данные аэрологического зондирования на разных высотах, получаемые с них, дают исследователям существенно более полную информацию, чем точечные наблюдения на метеорологических станциях. Кроме того, использование беспилотных летательных аппаратов позволяет увеличить частоту и расширить зону измерений.
Особенно актуально использование беспилотников в труднодоступных районах, где немногочисленные метеорологические и аэрологические станции располагаются на большом расстоянии друг от друга. Именно такая проблема существует сейчас в Арктике: точность прогноза погоды здесь оказывается существенно ниже, чем в средних широтах.
Набирающее темп освоение Арктики требует повышения надёжности прогнозов таких неблагоприятных и опасных погодных явлений, как штормовое волнение, порывистость ветра, облачность, оледенение, осадки и др. Под эту специфическую задачу и создавался беспилотный аппарат самолётного типа «Цимлянин».
«Основное назначение аппарата «Цимлянин» — измерение с высокой частотой влажности, температуры и определённых параметров ветра на разных высотах в пределах 1,5 км от поверхности земли или морского льда — так называемой подстилающей поверхности. Уникальной является возможность исследования с помощью беспилотника перестройки турбулентности на границе различных областей подстилающей поверхности, например суши и воды, леса и поля, воды и льда», — рассказывает руководитель проекта, ведущий научный сотрудник Института физики атмосферы имени А. М. Обухова РАН Дмитрий Чечин.«Цимлянин» был впервые испытан на полигоне Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН в Цимлянске — отсюда его название. Он представляет собой беспилотный аппарат вертикального взлёта и посадки, которые осуществляются как у коптера — за счёт работы четырёх подъёмных винтов. Полёт происходит в самолётном режиме и обеспечивается работой лишь одного толкающего винта. Такая конструкция «Цимлянина» была разработана специалистами центра компетенций «Беспилотные летательные аппараты» МАИ.
«Гибридная» схема аппарата была выбрана из-за нескольких факторов. В первую очередь, её преимущество заключается в мягком и контролируемом режиме взлёта и посадки, что снижает риск повреждения дорогостоящей аппаратуры на борту. «Цимлянин» не требует специальных взлётно-посадочных площадок, что облегчает его использование в условиях Арктики. Кроме того, при стандартной коптерной схеме вращающиеся винты создают возмущения воздушных потоков, что влияет на показания датчиков. «Гибридная» схема практически лишена этого недостатка», — говорит заместитель директора центра «Беспилотные летательные аппараты» МАИ Максим Калягин.Размах крыла «Цимлянина» составляет 2,4 м, масса полезной нагрузки — до 1,5 кг, крейсерская скорость — до 20 м/с, а продолжительность полёта превышает 60 мин. Аппарат оборудован автопилотом и может выполнять полёт по заранее заданному маршруту. Некоторые из метеорологических приборов, установленных на его борту, являются уникальными и разработаны специально для данного беспилотника.
Помимо конструкции БПЛА, специалисты Московского авиационного института отвечали за его электронную «начинку», позволяющую получать, обрабатывать и запоминать информацию с датчиков, передавая её в реальном времени на наземные пункты мониторинга. Эта часть работ проводилась под руководством доцента кафедры 704 «Информационно-управляющие комплексы летательных аппаратов» МАИ Николая Бодункова.
Перспективы проектаРаботы над проектом ведутся за счёт гранта Российского научного фонда.
Сейчас исследователи проводят эксперименты по сбору информации с помощью беспилотника и передаче её на наземные пункты, а также занимаются изучением энергообмена над полыньями и разводьями, которые образуются на полях морского льда. В дальнейшем планируется разработка математической модели и программного обеспечения, повышающих точность метеорологического прогнозирования в Арктике.
Следующий этап — создание пилотной зоны метеорологического мониторинга в арктических условиях с помощью БПЛА. Предполагается, что использование подобных «летающих метеостанций» позволит повысить точность прогнозирования различных погодных явлений в Арктике на 10%, что увеличит безопасность как мореплавания, так и авиационных перелётов в регионе. В таком результате заинтересованы крупнейшие отечественные компании, осуществляющие эксплуатацию ледокольного транспорта, морские изыскания, добычу природного газа, а также российские аэропорты, Росгидромет, МЧС и Минобороны России.
Это новость от журнала ММ «Машины и механизмы». Не знаете такого? Приглашаем прямо сейчас познакомиться с этим удивительным журналом.