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Pensamientos en voz alta. Cuatro es mejor que uno ... O el concepto de un quadrocopter de transporte

El artículo destaca las deficiencias fundamentales de un avión como un helicóptero, y se propone su solución. Se considera la posible aplicación de este concepto en sistemas y complejos robóticos. El enfoque descrito no pretende ser inequívoco y preciso, y el artículo tiene como objetivo compartir una idea técnica con los lectores de GT.


DECLARACIÓN DEL PROBLEMA


Aircraft (LA) es una máquina o dispositivo para volar en la atmósfera o en el espacio exterior. Por el momento, la clasificación de los aviones tiene una gran variedad de tipos y tipos de aviones, entre este conjunto se puede distinguir uno de los tipos de aviones más utilizados: un helicóptero.

Señalemos las principales deficiencias del helicóptero como clase:
  1. la dificultad de cargar mercancías y equipos de grandes dimensiones debido al estrecho compartimento de carga,
  2. el aterrizaje es posible solo en ausencia de balanceo lateral debido al fuselaje estrecho y una zona barrida por el rotor.
Para ilustrar las deficiencias 3 y 4, consideramos un helicóptero de transporte Mi-26 (Fig. 1).


Figura 1 - Helicóptero Mi-26 en tres proyecciones

El ancho del compartimento de carga del helicóptero es de 320 cm, en comparación, el ancho del vehículo blindado de transporte de personal BTR-70 es de 280 cm, respectivamente, hay un espacio de 20 cm entre cada lado del transportador y la pared del compartimento de carga del helicóptero, lo cual es un factor negativo cuando cargue equipos de tales dimensiones (Fig. 2, derecha). La Figura 2 (izquierda) ilustra la complejidad del proceso de carga utilizando una carretilla elevadora.

La presencia de este factor introduce inconvenientes cuando se usan helicópteros en el transporte de carga civil y es fundamental cuando se usan dichos aviones en emergencias y operaciones militares.


Figura 2 - El proceso de carga con una carretilla elevadora (izquierda), carga del BTR-70 (derecha)

SOLUCIÓN DEL PROBLEMA


Un quadcopter es un avión con cuatro rotores que giran diagonalmente en direcciones opuestas. Esta disposición de rotores le permite implementar un avión con un fuselaje más ancho que en helicópteros (Fig. 3), y la presencia de cuatro rotores proporcionará cuatro zonas de barrido, lo que permitirá el aterrizaje y el despegue con desplazamiento lateral.


Figura 3 - Diagrama de bloques de los diseños del quadrocopter y el helicóptero.

Cuando se utiliza este esquema, componentes como el sistema de combustible, el sistema de control, el sistema de radar y la electricidad se ubican en la parte superior del fuselaje en una cápsula blindada especial (Fig. 4). Esta disposición de nodos le permite colocar escotillas de compartimentos de carga y rampas de carga en cualquiera de los 5 lados del fuselaje (Fig. 5): desde los cuatro lados y desde la parte inferior (escotilla de carga vertical).


Figura 4 - Ubicación de la cápsula blindada


Figura 5 - Colocación de escotillas de carga

DESVENTAJAS DE LA DECISIÓN


El enfoque considerado tiene las siguientes desventajas:
  1. vulnerabilidad del motor del rotor,
  2. pequeño volumen del tanque de combustible debido a la colocación en la parte superior del fuselaje.

Posibles soluciones:
  1. colocación de rotores en góndolas especiales y placas blindadas que cubren los motores (Fig. 7)
  2. colocación de tanques de combustible en el exterior del fuselaje de la aeronave.



Figura 7 - Colocación de rotores

APLICACIÓN DEL CONCEPTO EN
SISTEMAS Y COMPLEJOS ROBÓTICOS


Vehículo aéreo no tripulado (UAV) : un avión sin tripulación a bordo, implementado mediante robótica. La implementación del quadrocopter de carga, como UAV, es aconsejable:
  • en complejos robóticos, por ejemplo, como parte de un sistema robótico de transporte y logística (proceso totalmente automático de almacenamiento y transporte de mercancías);
  • como un sistema independiente, para uso en condiciones de mayor peligro para la vida del piloto (emergencia, operaciones militares);
  • como un sistema independiente para resolver tareas que requieren una gran cantidad de aviones y un alto grado de eficiencia (operaciones militares, transporte de carga, atención médica de emergencia).
Basado en la aplicación anterior de un UAV de carga, consideramos las posibles implementaciones de sistemas de control de aeronaves utilizando enfoques clásicos.

Gestión centralizada con un operador humano (comunicación uno a uno) Estructura del sistema de gestión:
  • operador humano
  • terminal remota
  • Aeronave con un sistema de procesamiento de información inteligente a bordo.
El operador implementa todo el proceso de control de la aeronave a través de la terminal, el sistema de procesamiento de información a bordo analiza la información de los sensores y alerta al operador cuando los parámetros se desvían de la norma, predice posibles situaciones de emergencia, es decir Es un sistema experto dinámico.

Gestión centralizada con una sala de control (comunicación uno a muchos). Estructura del sistema de gestión:
  • operador humano
  • terminal remota
  • uno o un grupo de aeronaves con un sistema de control inteligente a bordo.
El operador humano a través de la terminal implementa la planificación de rutas, establece destinos, monitorea la corrección de las tareas, el estado de la aeronave, es decir realiza las funciones de un despachador. El sistema de control a bordo controla la aeronave en modo automático. Con este enfoque, muchos aviones pueden ser controlados por el operador.

Gestión descentralizada (relación de muchos a muchos). Estructura del sistema de gestión:
  • solicitar fuentes (persona, sistema técnico),
  • Grupo LA con sistema de control inteligente a bordo.
Las fuentes de la solicitud generan solicitudes de servicio. El grupo de aeronaves procesa los datos de la aplicación y realiza el servicio en función de las prioridades de las aplicaciones y la ubicación relativa de la aeronave y las fuentes de solicitud. Este enfoque utiliza los principios de control grupal de robots: interrogación (con la definición del nodo principal o estación base), una red de anillo con acceso a token o un caso especial de una red de anillo: una red de bus.

Source: https://habr.com/ru/post/es391105/

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