Новый беспилотник-трансформер использует ветер, чтобы летать дольше

Трансформирующийся беспилотник вертикального взлёта и посадки (СВВП) сделали в Швейцарии. Elythor, дочернее предприятие Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL), разработало дрон, форма крыльев которого может адаптироваться к условиям ветра и полётной позиции в режиме реального времени, снижая потребление энергии. Более того, положение крыльев может меняться, позволяя дрону летать вертикально или горизонтально. Эти особенности делают его кандидатом для универсальных проверок электростанций.

Инстинктивная способность птиц использовать ветер в своих интересах — вот что вдохновило их на изобретение нового инспекционного беспилотника Morpho. Получился отчасти крылатый дрон, а отчасти квадрокоптер. Morpho — это гибридный беспилотный летательный аппарат (БПЛА), который может менять форму в зависимости от поставленной задачи.

Крылья Morpho приспосабливаются, что не только увеличивает время полёта, но и придаёт БПЛА большую маневренность. В сочетании со встроенными датчиками и камерами эти функции позволяют аппарату летать и в закрытых помещениях, и на открытом воздухе. То есть Morpho подходит для осмотра электростанций и другой инфраструктуры: высоковольтных линий электропередачи, ветряных турбин, газопроводов и нефтяных платформ в море.

Стоящий на четырёх ножках Morpho имеет обтекаемую форму, напоминающую крошечную ракету. Но форма быстро меняется, как только роторы начинают жужжать. Способность дрона к вертикальному взлёту означает, что он может развернуться в ограниченном пространстве, пролететь всего в нескольких сантиметрах от оборудования и проверить исправность, ни на что не натыкаясь.

Как только проверка завершится, Morpho может переключить свои двигатели и перейти в горизонтальное, более аэродинамичное, положение и быстро улетать к следующему месту инспекции. Если беспилотник встретится с сильным или быстро меняющимся ветром, он будет раскрывать или сжимать крылья по мере необходимости, чтобы сохранить траекторию. Morpho также может планировать при подходящем для этого ветре.


— Гарри Вурцис, соучредитель и гендиректор Elythor.

Вурцис с коллегами опубликовали статью о своём беспилотнике в издании Advanced Intelligent Systems («Передовые интеллектуальные системы»).

Как только Morpho достигает следующего места инспекции, он может сложить крылья и вернуться в вертикальное положение, чтобы подлететь прямо к оборудованию.

Гендиректор «Элитора» добавил, что крылатые дроны имеют преимущество в длительности полёта, в то время как квадрокоптеры обладают лучшей маневренностью. Изобретатели объединили достоинства обеих система и добавили адаптивность крыльев, что ещё больше снижает энергопотребление БПЛА. Большинство СВВП представляют собой компромисс: крылья достаточно маленькие, чтобы уменьшить сопротивление во время вертикального полёта, но и в меру большие, чтобы обеспечить достаточную подъёмную силу во время горизонтального полёта.

Система управления крыльями Morpho — результат нескольких лет исследований в Лаборатории интеллектуальных систем EPFL. Она включает датчики, связанные с программным обеспечением (ПО) для мониторинга направления и скорости ветра.

Натан Мюллер, также соучредитель Elythor, объяснил, что контроллер автоматически выбирает, удерживать крылья на месте или позволить им свободно двигаться по ветру, основываясь на траектории и эффективной скорости дрона, а также на любых изменениях направления ветра. Площадь поверхности крыльев также можно регулировать симметрично или асимметрично в зависимости от направления ветра.



Алгоритмы, которые обеспечивают питание системы управления, направлены не только на оптимизацию соотношения между трением в воздухе и подъёмной силой, но и на минимизацию энергопотребления. Это подразумевает использование преимуществ ветровых потоков, позволяющих дрону планировать, или асимметричную регулировку крыльев для рыскания или вращения вокруг вертикальной оси, что обеспечивает больше устойчивости при сильном ветре.

Количественные исследования в лаборатории EPFL показали, что Morpho обеспечивает значительно лучшую маневренность и энергоэффективность. Так что конструкция позволяет снизить энергопотребление до 85%, когда беспилотник летит вертикально. Это также значительно улучшает ориентацию дрона и его устойчивость. Перечисленные преимущества означают, что Morpho может проводить инспекции в более широком диапазоне погодных условий.

Поскольку в Elythor стремятся предоставить заказчикам готовое решение, там также разрабатывают ПО для компиляции и анализа данных, собранных Morpho. Вурцис не скрывает, что у них есть планы совершить революцию в услугах по инспектированию промышленных объектов. Сегодня операторы электростанций используют различные виды беспилотников в зависимости от того, где расположено оборудование для проверки. А их объекты иногда отстоят на несколько километров друг от друга и включают в себя сложные конструкции, в которые необходимо проникнуть, например, ветряные турбины и опоры электропередачи.

Elythor планирует подготовить свой беспилотник к промышленному производству в ближайшие месяцы, а выход на рынок намечен на конец текущего года.