Одним из главных принципов уникальной «системы Физтеха», заложенной в основу образования в МФТИ, является тщательный отбор одаренных и склонных к творческой работе представителей молодежи. Абитуриентами Физтеха становятся самые талантливые и высокообразованные выпускники школ всей России и десятков стран мира.

Студенческая жизнь в МФТИ насыщенна и разнообразна. Студенты активно совмещают учебную деятельность с занятиями спортом, участием в культурно-массовых мероприятиях, а также их организации. Администрация института всячески поддерживает инициативу и заботится о благополучии студентов. Так, ведется непрерывная работа по расширению студенческого городка и улучшению быта студентов.

Адрес e-mail:

ПРОЕКТ "Исследовательский комплекс на основе малого БПЛА"

В связи с появлением и активным развитием малых БПЛА в последнее время возникает широкий интереск проблемам аэродинамики и динамики полёта таких летательных аппаратов, а также методики их применения. Малый размер аппаратов существенно упрощает процесс их изготовления и проведения испытаний без привлечения больших производственных мощностей и крупных испытательных ресурсов.

В связи с этим предлагается реализовать проект, в ходе которого будет разработан и построен исследовательский комплекс на основе малого БПЛА, включающий в себя:

  • летающую лабораторию самолётного типа (2 летательных аппарата);
  • систему сбора полётных данных для БПЛА;
  • автопилот для малого БПЛА.

Введение в проект

Никита Агеев, Виталий Кобцев и Сергей Левин в 2012 году разработали проект «Исследовательский комплекс на основе малого БПЛА» и организовали оперативную группу студентов, которая занимается его реализацией. Проект предполагает проектирование и производство беспилотного летательного аппарата, который без постороннего управления во время полета преодолеет расстояние между г. Жуковским и г. Долгопрудным.

Занимаясь проектированием беспилотных летательных аппаратов более двух лет, Никита Агеев и Виталий Кобцев часто задумывались о практическом применении их разработок. «На рынке беспилотников выставляется очень много универсальных аппаратов, однако спрос на них ограничен и их относительно мало закупают», - делится Виталий, руководитель проекта, – «Получалось, что единственная причина, по которой можно было бы заниматься проектированием беспилотников – это просто желание построить что-то самостоятельно». Размышляя о том, какую интересную задачу можно было бы поставить себе, чтобы решить ее и в конце получить собственный летательный аппарат, студенты вспомнили о случаях из истории авиации, когда планировались и осуществлялись длительные перелеты через северный полюс или океан. Затем проект «Корсика» французских студентов, в котором 1,5 метровый беспилотник преодолел расстояние >150км между побережьем Франции и островом Корсика, подтолкнул к мысли о полете между двумя подмосковными городами. Так родилась идея построить беспилотный летательный аппарат, который смог бы автономно перелететь из г. Жуковский в г. Долгопрудный.

Студенты сразу же загорелись возможностью реализовать такой проект, но быстро поняли, что разработка БПЛА своими силами и средствами затянется на очень длительное время. Поэтому Никита и Виталий разработали и представили проект на семинаре НОЦ ФАЛТ, чтобы заручиться поддержкой факультета, и не ошиблись: вскоре они получили одобрение от Союза Попечителей факультета на финансирование, которое взял на себя выпускник ФАЛТ 1992 г. И. Я. Стрешинский. В качестве научного консультанта согласился участвовать в проекте к.т.н Серохвостов С.В. ЦАГИ таже согласился оказать группе помощь при большом личном участии к.т.н. Корнушенко А.В., в Молодежном иновационно техническом центре планируется проводить большую часть работ по изготовлению аппарата.

Однако в то же время стало понятно, что задача, поставленная как «перелет из Жуковского в Долгопрудный» не совсем подходит факультету. «Первоначально мы думали, что было бы здорово просто построить беспилотник и перелететь на нем от одного факультета МФТИ к другому. Но тогда это было бы просто забавой трех студентов, и никто не стал бы это финансировать», - смеется Виталий, – «Тогда мы поняли, что в нашем проекте может заинтересовать факультет: мы создадим команду, которая и после этого перелета будет заниматься беспилотными летательными аппаратами».
Затем появилась еще одна мысль - научиться создавать БПЛА для конкретных задач. Аппараты, которые сейчас выставляются на выставках, конструируются с расчетом на выполнение самых разных заданий и позиционируются как универсальные. С другой стороны, для небольших беспилотников может быть даже более целесообразно создание с нуля нового аппарата специально для выполнения определенной задачи. Например, если нужно измерять параметры потока в воздухе, аппарат проектируется без винта в передней части; для долгих перелетов строится автономный самолет с высоким качеством планера и так далее. Так что теперь одно из намерений группы – научиться проектировать БПЛА, ориентируясь на конкретные условия конкретных задач. Первой такой задачей и будет создание исследовательского комплекса на основе малого БПЛА, способного совершить перелет из Жуковского в Долгопрудный. 
Итак, цели команды переросли в масштабную программу: организовать на факультете инициативную группу студентов, которые смогли бы работать в команде для проектирования БПЛА под решение определенных задач даже после реализации проекта.

Из трудностей, которые могут возникнуть при выполнении проекта, можно отметить сложность организации процесса и недостаток квалификации студентов. Решение многих задач выходит за рамки их специализации, например, разработка курсовертикали для беспилотника, вообще говоря, не является профильной деятельностью для нашего факультета. Также всегда есть вероятность появления каких-то проблем вне зависимости от деятельности студентов. Например, несмотря на то, что были тщательно проведены оценочные расчеты затрат на выполнение проекта, стоимость какого-либо оборудования или услуг может подскочить в цене, что породит финансовые трудности. В процессе работы над разрешением на полет и сертификацией проекта может выясниться, что полет, каким его представляет группа, невозможен из-за юридических сложностей. Сроки выполнения каких-либо работ (например, изготовление матриц или доставка каких-либо материалов) могут затянуться. Тем не менее, по расчетам группы, проект можно выполнить качественно и в срок.

Данный проект преследует следующие цели:

Образовательные:

Возможность написания бакалаврских работ участниками проекта в процессе его выполнения;

Повышение общей авиационной грамотности участников проекта;

Дополнительная мотивация к учебе для участников проекта;

Формирование коллектива, ориентированного на тематику БПЛА;

Исследовательские:

Исследование аэродинамики малых чисел Re;

Анализ динамики малоразмерных ЛА;

Изучение эксплуатационных особенностей БПЛА;

Технологические:

Отработка технологии изготовления деталей из композитных материалов;

Создание летающей лаборатории;

Создание комплекса регистрации параметров полета;

Технические задачи группы:

  1. Проектирование планера: разработать аэродинамические формы и конструкцию планера, рассчитать аэродинамические характеристики, рассчитать прочностные характеристики, компановку оборудования внутри фюзеляжа, изготовить планер.

  2. Разработка курсовертикали: написать компьютерный код, который интегрирует угловые скорости и вносит коррекцию по показаниям вектора g, вырабатывает курс и путевую скорость, используя GPS приемник, и определяет высоту полета по барометрическому датчику, а также воздушную скорость по показаниям датчика дифференциального давления.

  3. Разработка автопилота: написать код, который по показаниям датчиков давления и GPS-навигации выстраивал траекторию полета аппарата.

  4. Разработка системы управления: создать компьютерной модель аппарата, синтезировать систему управления в режимах стабилизации и автономного полета, преобразовать её в код для микропроцессора, установленного на аппарате.

  5. Обеспечение связи: создать сайт, с помощью которого будут задаваться координаты полета в автономном режиме, обеспечить передачу информации от самолета к серверу и обратно с помощью GSM-модема и продублировать её по каналу связи, использующем X-bee модем, так же обеспечить ручное управление аппаратом через X-Bee модем.

Команда 

Над проектом работают:

Руководитель проекта - Кобцев Виталий

Ответственный за производство планера -  Агеев Никита  

Ответственный за курсовертикаль - Лёвин Сергей

Научный Консультант - Серохвостов С. В.

Группа самолёта и двигателя:

Огородников Олег

Паскевич Глеб

Плотников Андрей

Сокут Павел

Емельянова Анна

Кисловский Артем

Группа прочности:

Чедрик Вячеслав

Фамин Кирилл

Группа курсовертикали и ПО для борта:

Курочкин Алексей

Романенко Роман

Группа системы управления:

Бондаренко Артем

Группа программного обеспечения для наземной станции и связи:

Сидоренко Андрей (МАИ)

Кашин Дмитрий

Киселев Иван

Аюпов Амир

Токарев Денис

Вяткин Андрей

Информационная поддержка:

Полякова Анастасия

Сертификация:

Кобцева Татьяна

 

Ход Проекта

План работ до конца 2012 года:

Планер: До конца 2012 года на производственной базе, которую предоставляет ЦАГИ, команда будет делать внутренний набор аппарата, вырезать из бальзы весь силовой набор и обклеивать его силовыми материалами. Также куплена резина для катапульты, с которой будут производить запуск самолета, сейчас проектируется ее устройство. До конца года запланирована покупка двигателя, винтов, сервоприводов и инструментов для оборудования рабочих мест.

Автопилот: К концу 2012 года написать программный код, с помощью которого автопилот смог бы провести самолет между двумя заданными точками, отладить работу этого кода во время полетов на тестовом самолете.

Система управления: До декабря планируется создать компьютерную модель самолета классической схемы и систему управления к нему, преобразовать ее в программный код для процессора, который будет стоять на борту аппарата.

Связь: До конца 2012 года должна быть написана программа, которая будет реализовывать прямое управление самолетом, выдачу команд в автоматическом режиме, чтобы самолет переходил в автономный режим и летал с автопилотом. Также планируется реализовать слепое управление – ручное управление в ситуации, когда аппарат находится вне зоны видимости, но с ним есть связь по х-bее. Программа должна отображать курс на базу, удаление от базы, крен, тангаж, чтобы можно было вручную довести аппарат до базы по приборам.

План работ на ноябрь 2012 года

Самолет и двигатель: за ближайшие 2 недели полностью закончить проект самолета. За месяц сделать мастер модель оперения. В ноябре планируется провести 4 выезда на испытания электроники: алгоритмов полета в режиме стабилизации, управления джойстиком, курсовертикали. На усмотрение группы провести работы по катапульте.

Система управления: реализовать режим стабилизации.

Курсовертикаль: Для того чтобы летать с системой стабилизации, нужно знать курс и высоту полета аппарата, поэтому на месяц нужно закончить все работы по курсовертикали, подключить барометры и научиться вычислять по ним высоту, подключить GPS и по нему научиться определять курс.

Связь: Реализовать систему связи для режима «слепого» полета. Наладить связь с бортом, по которой наземная станция будет получать сообщения, содержащие достаточно информации для управления аппаратом вслепую. Начать работы по тестированию связи с использованием сим-карт.

Отчет о работе, проделанной в октябре 2012 года:

Планер: Проведено детальное проектирование аппарата, выбраны размеры фюзеляжа, он практически полностью скомпонован. Сделано изображение аппарата в Unigraphics, просчитаны внутренняя и внешняя обшивки самолета. Выбран двигатель для аппарата, выбраны размеры управляющих поверхностей, размер оперений, плечо оперения. Внутри фюзеляжа размещены 2 аккумулятора, положение которых можно менять, тем самым корректируя центровку аппарата. В крыле и в оперении размещены рулевые машинки, за счет этого увеличилась толщина оперения. Решено, что парашют будет размещаться не в крыле, а в нижней части заднего отсека фюзеляжа. Так же обсуждается, в какой части аппарата будет помещена электроника: либо в фюзеляже (верхняя часть заднего отсека), либо в крыле, либо частично в крыле, частично в фюзеляже. Пока не проработаны законцовки крыла, еще рассматриваются разные варианты. Решено, что крыло будет собираться отдельно от фюзеляжа, будут изготовлены отдельные матрицы. Проработан предварительный вариант силового набора аппарата. По другим направлениям деятельности: сделана модель для прочностного расчета. Павел Сокут и Никита Агеев подались с докладами на Конференцию МФТИ-2012. Сейчас группа готовится к изготовлению хвостового оперения. Рассматривается вариант изготовления матриц аппарата по упрощенной технологии с использованием мастер моделей. Изготовлен вариант катапульты, который нужно испытывать.

Курсовертикаль: Группа занималась разработкой алгоритма, который по показаниям датчиков должен интегрировать угловые скорости аппарата и выдавать углы его пространственного положения. Далее эти углы корректируются с помощью алгоритма, который по показаниям акселерометров выдает положение вектора g и так же преобразовывает данные в углы крена и тангажа. Алгоритм разработан, но нуждается в настройке с помощью испытаний на тестовом аппарате. Также велись работы по созданию алгоритма, который будет обрабатывать данные с GPS приемника.

Связь: Утверждены структуры и определен тип сообщений, с помощью которых самолет будет общаться с любой управляющей программой, определен протокол общения. На основе этого протокола были сформированы структуры базы данных, которые нужны для работы с сайтом. Реализован режим полета самолета с модемом X-bee, с помощью которого можно получать данные о полете. Сейчас ведутся работы над наладкой системы связи, с помощью которого можно будет сообщения с джойстика отправлять на борт. В ближайшее время будет возможно управлять самолетом с помощью компьютера и джойстика. 
На сайте созданы два режима работы: пользовательское наблюдение и наблюдение с возможностью управления для администраторов сайта. В пользовательском режиме сейчас доступны карта, на которой будет отображаться маршрут и траектория полета аппарата, и краткие сообщения с борта самолета. В режиме управления также доступна карта, на которой можно будет выбирать координаты полета, расширенные сообщения с борта самолета и панель для ввода управляющих сообщений.

Система управления: Создана модель самолета классической схемы с адекватными нашему аппарату коэффициентами, получены стандартные уравнения для модели автопилота.Определились также новые направления деятельности: группе самолета и двигателя нужен человек, который мог бы заниматься дополнительным конструированием аппарата, в его обязанности будет входить починка аппарата после испытаний и пайка различных элементов электроники. Также нужен человек специалист по центровке и моментам инерции, который будет продумывать размещение внутри оборудования.

Отчет о работе, проделанной в сентябре 2012 года:

Планер: На данный момент полностью проработана конструкция планера. За сентябрь и октябрь просчитана аэродинамика разных компоновок с вариациями, по расчетам выбиралась площадь крыла, площадь оперения, центровка аппарата, ширина профилей. Команда, работающая над планером, остановилась на варианте: фюзеляж, крыло с тонким профилем, 2 балки, на которых крепится хвост, задний винт. Готовы все наружные обводы, известна вся поверхность самолета. Сделан силовой набор в крыле, сделан силовой набор в фюзеляже, выбрана толщина балок, выбрана форма и конструкция хвостового оперения. Проработана компоновка: известно, куда лягут аккумуляторы, СУ, датчики, модемы для связи, положение внутри сервоприводов, которые будут двигать органы управления. Закончен детальный проект самолета и проработана силовая схема внутри.

Курсовертикаль: Сергей Левин с командой, которая работает над курсовертикалью аппарата, написал программный код, который интегрирует угловые скорости и вносит коррекцию по показаниям вектора g.

Автопилот: Написан код для расшифровки сообщений c GPS модуля и вычисления курса на требуемую точку маршрута.

Связь: Команда программистов, которая создает сайт для управления самолетом, работает с опережением графика. Уже куплен виртуальный сервер, создан сайт, на котором уже есть возможность выбрать точки полета с помощью Яндекс-карт. Также создан макет сайта, куда должна будет отправляться информация о полете аппарата, установлена база данных для хранения этой информации.

Вторая команда обеспечивает связь самолета с сайтом через интернет и создает систему связи с аппаратом в ближней зоне. На данный момент налажена связь самолета с наземной станцией с помощью модема х-bее, разработан протокол обмена данными.

Если вы заметили в тексте ошибку, выделите её и нажмите Ctrl+Enter.

© 2001-2016 Московский физико-технический институт
(государственный университет)

Техподдержка сайта

МФТИ в социальных сетях

soc-vk soc-fb soc-tw soc-li soc-li
Яндекс.Метрика