Продвинутые алгоритмы повышают производительность квадрокоптерных дронов

Когда самолет слишком сильно кабрирует вверх, уменьшение подъемной силы и увеличение лобового сопротивления могут заставить аппарат внезапно пикировать. Известное как потеря подъемной силы (столл), это явление побудило многих производителей дронов ошибаться на стороне крайней осторожности при планировании автономных полетных движений своих аппаратов. Для дронов с вертикальным взлетом и посадкой (VTOL) хвостостоячих, большинство производителей программируют аппарат так, что корпус поворачивается очень медленно всякий раз, когда он переходит от висения к прямому полету и наоборот.

Исследователи создали планировщик траекторий, который значительно сокращает время, необходимое VTOL хвостостоячим дронам для этого критического перехода. Планировщик траекторий был спроектирован для квадрокоптерного биплана-хвостостоячего, используемого для тестирования новых дизайнерских особенностей и изучения фундаментальной аэродинамики.

VTOL хвостостоячие обычно полагаются на эвристический подход всякий раз, когда они переходят между висением и прямым полетом, где они следуют очень медленному, но очень безопасному предопределенному набору действий. В отличие от этого, планировщик траекторий может находить оптимальную последовательность полетных движений для этих переходов, адаптированную к каждой ситуации. Исследователи обнаружили доступность этих более ловких маневров, когда они смоделировали уникальное взаимодействие между следом роторов аппарата и аэродинамикой его крыльев.

Если аппарат висит, крылья направлены вверх, и роторы вращаются над ним постоянно; чтобы начать двигаться вперед, нужно было бы эффективно тащить крыло плоско против воздуха. В реальности, из-за воздуха, дуемого вниз на крыло, оно на самом деле не испытывает много сопротивления. В результате этого дополнительного даунвоша от роторов VTOL хвостостоячие могут выдержать более агрессивный переход между висением и прямым полетом, чем можно было предположить.

Через моделирование исследователи обнаружили, что включение интерференции ротора на ветровом следе в планировщик траекторий позволило дрону переходить в висячее состояние и приземляться в два раза быстрее по сравнению с конвенциональным подходом. Команда верит, что планировщик траекторий может в конечном счете позволить дрону интеллектуально переключаться между висением и прямым полетом, пока он навигирует через густые или городские районы.

Включение более изощренных полетных моделей в планировщик траекторий даст дрону лучшее понимание сложной аэродинамической среды по мере его движения; например, если на пути было здание, имеет ли больше смысла лететь над зданием или вокруг здания?

Как только планировщик траекторий пройдет больше симуляционных испытаний, исследователи планируют подключить ПО к аппаратным моделям для обеспечения высокого уровня надежности перед началом полетных тестов. Более быстрый, более эффективный переход между висением и прямым полетом в конечном счете поможет Армии разработать новые аппараты для разведки, наблюдения и разведки миссий, а также для воздушных операций по снабжению.