Алгоритмы повышения производительности квадрокоптера

Когда самолет слишком сильно отклоняется вверх, уменьшение подъемной силы и увеличение лобового сопротивления могут привести к резкому падению самолета. Это явление, известное как сваливание, побудило многих производителей дронов проявлять крайнюю осторожность при планировании автономных полетов своих транспортных средств. Для хвостовых дронов с вертикальным взлетом и посадкой (VTOL) большинство производителей программируют дроны таким образом, что корпус аппарата очень медленно поворачивается при переходе от зависания к полету вперед и наоборот.

Исследователи создали планировщик траектории, который значительно сокращает время, необходимое хвостовым дронам вертикального взлета и посадки, чтобы совершить этот важный переход. Планировщик траектории был разработан для хвостового квадрокоптера-биплана, который использовался для тестирования новых конструктивных особенностей и изучения фундаментальной аэродинамики.

Хвостовые пилоты вертикального взлета и посадки обычно полагаются на эвристический подход всякий раз, когда они переходят между зависанием и полетом вперед, когда они следуют очень медленному, но очень безопасному заранее определенному набору действий. Напротив, планировщик траектории может найти оптимальную последовательность полетных движений для этих переходов, адаптированную к каждой ситуации. Исследователи обнаружили возможность этих более быстрых маневров, когда смоделировали уникальное взаимодействие между спутным следом от роторов транспортного средства и аэродинамикой его крыльев.

Если машина зависла, крылья направлены вверх, а роторы постоянно вращаются над ней; чтобы начать движение его вперед, нужно было бы эффективно тянуть крыло по воздуху. На самом деле, из-за того, что воздух обдувается крылом, оно не испытывает большого сопротивления. В результате этой дополнительной струи от винтов хвостовые вертикальные вертикальные взлетно-посадочные аппараты могут справляться с более агрессивным переходом между зависанием и полетом вперед, чем можно было бы предположить.

Путем моделирования исследователи обнаружили, что включение ротора в след от ветра в планировщик траектории позволило дрону перейти в режим зависания и приземлиться за вдвое меньшее время по сравнению с обычным подходом. Команда считает, что планировщик траектории может в конечном итоге позволить дрону разумно переключаться между зависанием и полетом вперед, когда он перемещается по густонаселенным или городским районам.

Включение более сложных моделей полета в планировщик траектории позволит дрону лучше понимать сложную аэродинамическую среду по мере его движения; например, если бы на пути было здание, было бы разумнее пролететь над зданием или вокруг здания?

После того, как планировщик траектории пройдет дополнительные симуляционные испытания, исследователи планируют подключить программное обеспечение к аппаратным моделям, чтобы обеспечить высокий уровень надежности, прежде чем они начнут летные испытания. Более быстрый и эффективный переход от зависания к прямому полету в конечном итоге поможет армии разработать новые машины для разведки, наблюдения и рекогносцировки, а также для операций по снабжению с воздуха.