VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Беспилотное исследование Арктики. проблемы и перспективы.

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Дубский М.О. 1

---

1МКОУ Ясенковская СОШ

Романовская Н.В. 1

---

1МКОУ Ясенковская СОШ

Работа в формате PDF

183.1 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Беспилотные летательные аппараты. Общий обзор.

В современный век возможности человека растут и, не теряя времени зря, он развивается и создает такие устройства, о которых большинство ученых 20 века даже и не могли мечтать. Создавая новые технологии, человек верит, что когда-нибудь они спасут мир.

Беспилотный летательный аппарат (далее БПЛА¹) -это одно из лучших достижений мировой науки. Достижение, изменило наш взгляд на мир, продолжает поражать своими возможностями, технически яркими и впечатляющими.Управляемое летающее средство без человека на борту – называют беспилотник или дрон.Они с огромной скоростью внедряются в жизнь человека и облегчают его деятельность в разных сферах: с одной стороны «шустрая» игрушка, с другой техническое средство.

Обратившись к истории, я увидел, что самыми первыми  беспилотную технику использовали австрийские военные при осаде Венеции для доставки бомб. Спустя  пятьдесят лет  после этого, физик и инженер Никола Тесла смастерил маленький кораблик, которым можно было управлять дистанционно. Это и послужило началом эры управляемых беспилотных объектов.

Существует много проблем эксплуатации БПЛА, одна из которых- действие отрицательных температур, очень сильно влияющих на работу БПЛА. В своем исследовании мне хотелось бы рассмотреть недостатки и основные проблемы беспилотных летательных аппаратов в суровых условиях Арктики.

В связи с этим я обозначил тему: «Беспилотное исследование Арктики. Проблемы и перспективы».

Цель работы: проанализировать опыт применения БПЛА в условиях низких температур.

Задачи исследовательской работы:

1. Познакомиться с историей возникновения БПЛА, определить перспективы развития.

2. Выявить проблемы и недостатки эксплуатации БПЛА в условиях низких температур, а именно в условиях Арктики.

3. Наметить возможные пути совершенствования БПЛА для исследования Арктических широт.

Основное содержание работы

Глава 1. Классификация БПЛА

Анализируя разные источники, я столкнулся с разными классификациями БПЛА. Наиболее содержательной считаю классификацию, представленную http://www.slaviza.ru/1494-tipy-bespilotnyh-letatelnyh-apparatov.html

(рис.1):

Элементы аппарата: основной корпус, двигатель, автопилот, станция управления (находится на земле), фотосъемочное оборудование.

Основной корпус ЛА² делают из углепластика или тонкого кевлара. Эти вещества прочны и выдерживают огромные по силе удары, к тому же очень морозостойки.

Самым дорогим элементам БПЛА, является аэрофотосъемочное оборудование. Почти все БПЛА оснащаются оборудованием для съемок такого же класса, что и на космических спутниках. Силовая установка БПЛА бывает двух видов: это бензиновый двигатель и аккумуляторная батарея большой мощности.

Глава 2. ЛА средней дальности

Аппараты этого класса являются наиболее распространенными. Именно их практическое применение для изучения труднодоступных и экстремальных мест я обозначил своей главной задачей. На сегодняшний день, пожалуй, одним из самых неблагоприятных для исследования мест является Арктика. Это особенный регион и к нему приковано огромное внимание. Изучение арктических широт поможет решить глобальные экологические и экономические проблемы. На мой взгляд, самым наилучшим способом исследование Арктики можно осуществить с помощью беспилотников. Они долгое время считались неподходящими из-за сложных арктических погодных условий. Но ведь наука не стоит на месте, и сейчас они стали прочнее и надежнее, «умнее»; а, главное, БПЛА во время исследования не нарушают хрупкую экологию этого региона.

С их помощью можно будет наблюдать за ледовой обстановкой, производить съемку ледового покрова; сопровождать корабли и суда. Их можно использовать для оценки толщины дна, для поисковых работ, а также считывать количество особей в популяциях (моржей, белых медведей).

Использование БПЛА на высоких широтах обусловлено большим количеством технических сложностей. К ним относятся суровые метеоусловия, отсутствие наземной инфраструктуры и некоторые другие. На мой взгляд, беспилотники средней дальности с вертикальным взлетом и посадкой в этом непростом регионе были бы незаменимы. Это аппараты вертолетного типа, поэтому им не нужна взлетно-посадочная полоса, а в условиях Арктики это очень важно. У них большая маневренность и они могут зависать над объектом изучения.

Специалистами Омского государственного технического университета создан беспилотник третьего поколения ПП-50, который изготовлен из новейших композиционных материалов. В отличии от своих предшественников этот БПЛА выдерживает резкие перепады температур и плохо поддается воздействию сильного бокового ветра.

Я хочу особо остановиться на силовых установках беспилотника. Ведь именно от них будет зависеть дальность полета, количество его вылетов и сроки эксплуатации.

В каждом виде элементов питания БПЛА есть свои положительные и отрицательные стороны. Бензиновый двигатель обеспечивает большую дальность полета ввиду того, что энергии при сгорании топлива выделяется больше, чем может запасти аккумулятор. Но такая установка имеет недостатки: это не самая высокая надежность, не простая конструкция, большое время подготовки перед вылетом. Помимо этого, работа на бензиновом двигателе экологически не безукоризненна. При сгорании, топливо выбрасывает в атмосферу углекислый газ, а это приводит к глобальному потеплению. Аккумуляторная батарея гораздо проще в обслуживании и экологична. Но главный недостаток таких батарей - это влияние окружающей среды на саму батарею и на те процессы, которые в ней происходят. Аккумуляторы должны работать при низких температурах для того, чтобы беспилотники летали непрерывно.

Я провел научный эксперимент с квадрокоптером Hubsan X4, который у меня есть дома. В инструкции к этому аппарату указывалось, что емкости батареи будет достаточно для полета в течении 20 минут. Эксперимент проводился зимой в три этапа: 1)- при температуре воздуха -15 градусов;

2)- температура -22 градусов, и боковом ветре 5-7 метров в секунду. ;

3)- температура - 8 градусов, в процессе запуска пошел ледяной дождь.

Данные эксперимента я оформил в таблицу:

Итогом этого испытания стал тот факт, что заявленное время полета

сократилось ровно на половину. На работе камер низкие температуры никак не отразились, но при дожде весь корпус и камера покрылись наледью. Боковой ветер бросал аппарат и уменьшал его скорость.

Таким образом, опытным путем мне удалось установить, что аккумуляторная батарея является самой уязвимой частью беспилотника. К тому же у них большая масса, и тогда для научного оборудования совсем не останется места. Все эти проблемы требуют пристального изучения.

Не возможно исключить наличие ветра. В Арктике он достигает 50 метров в секунду, тогда как беспилотники способны выдержать порывы до 25 метров в секунду. Его просто унесет и он будет потерян.

Еще одной проблемой является обледенение. На сегодня в авиации без обработки аппарата никак нельзя. Корка изо льда очень быстро покрывает БПЛА в арктическом небе. Это приводит к ухудшению полетов и приводит к нарушению работы всех приборов и двигателя в том числе. Сейчас существуют жидкостные ПОС³ и электрические системы. Однако ни те, ни другие не идеальны. Жидкостным необходим очень большой запас гликолевой жидкости, а электрические системы потребляют много электроэнергии, что приводит к уменьшению продолжительности полета беспилотника. Это технически не просто. Думаю, вскоре ученые и инженеры справятся и с этими проблемами.

Глава 3. Беспилотники – шаг в освоении будущего

Все имеет начало и конец. Каждое новое изобретение проходит свои стадии : рождение, расцвет и угасание. Это мы наблюдаем сейчас с пилотируемой авиацией. Мне кажется, что наступает стадия ее угасания. Во всем мире увеличивается производство БПЛА. Интерес к ним в наше время проявляется во всех сферах человеческой деятельности во всех цивилизованных странах. В планах исследователей стоит огромное количество целей и задач, среди которых на первое место выходит решение проблемы связанной с увеличением продолжительности полета. Необходимо рассмотреть создание летающих танкеров-беспилотников, которые будут производить дозаправку в воздухе. Для ЛА с электрическими батареями можно разработать дистанционное энергоснабжение с помощью лазерного луча. В перспективе человек научится управлять беспилотниками силой мысли, посылая аппарату нейросигналы. Подведя итог всему сказанному, можно уверенно сказать, что наступает эра беспилотных аппаратов. Что казалось невозможным вчера, сегодня воспринимается нами, как само собой разумеющееся.

Итак, в ходе своего исследования я познакомился с БПЛА и его видами, узнал о сферах их использования и классификацию. Решение поставленных задач позволило мне сделать вывод: производство и использование БПЛА является очень перспективным направлением в авиации. Применение БПЛА дает человеку большие преимущества в гражданской и военной сфере. Государству необходимо еще больше финансировать это направление для его дальнейшего развития. За время исследования я много раз встречался с выражением «беспилотная авиация – авиация будущего». Сейчас я с уверенностью могу сказать, что, благодаря стараниям наших ученых: «Беспилотная авиация – это авиация настоящего!»

Список использованных источников и литературы:

Источники:

1. Василин Н.Я.: «Беспилотные летательные аппараты». Минск: Попурри, 2003. - 272 с. ISBN: 9854389839

2.Тимоти У. Маклэйн и Рэндал У. Биард: «Малые беспилотные летательные аппараты: теория и практика».Москва: Техносфера, 2015. — 312 с. — (Мир радиоэлектроники). — ISBN 978-5-94836-393-6.

Статьи:

1. Сенюшкин Н. С., Ямалиев Р. Р., Усов Д. В., Мураева М. А. Особенности классификации БПЛА самолетного типа // Молодой ученый. — 2010. — №11. Т.1. — С. 65-68. — URL https://moluch.ru/archive/22/2272/ (дата обращения: 28.10.2018).

2. «Беспилотные транспортные средства: развитие технологий и место в мировом сообществе», «Наука и техника» №5 [338] 12.05.2018г.

Авторы: Олег Фиговский, Валерий Гумаров

Справочные издания:

1.Противообледенительная система // Военная энциклопедия / П. С. Грачёв. — Москва: Военное издательство, 2003. — Т. 7. — С. 49. — ISBN 5-203-2.018743.Авиация: Энциклопедия / гл. ред. Г. П. Свищёв. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1994. — 736 с. — ISBN 5-85270-086-X.

3. http://www.slaviza.ru/1494-tipy-bespilotnyh-letatelnyh-apparatov.html Владимир Михайлович ШИБАЕВ
к.т.н., директор Центра экспертизы и сертификации авиационной  техники ФГУП “ЦАГИ; Андрей Геннадьевич ШНЫРЁВ, к.т.н., заместитель директора департамента государственной политики в области гражданской авиации