Первый в мире асимметричный дрон с одной подвижной частью
Инженеры из института динамических систем и управления Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) сконструировали первый в мире летательный аппарат с одной движущейся частью.
У современного вертолёта тысячи движущихся частей. У первых самолётов было две подвижные части: винт и хвостовой поворотник. В ETH Zurich впервые в мире сделали управляемый летательный аппарат вообще с одной подвижной частью. Коптер под названием моноспинер (Monospinner) — механически самая простая управляемая летающая конструкция среди всех существующих. У него есть только воздушный винт, никаких дополнительных приводов или аэродинамических поверхностей.
Моноспинер не умеет зависать, как обычный мультикоптер. Его воздушный винт направлен не вверх, а в сторону. Тем не менее, инженерам удалось добиться равновесия между силой тяжести и подъёмной силой винта, рассчитав векторы всех сил.
Таким образом, моноспинер всё-таки способен сохранять динамическое равновесие и удерживать своё положение в пространстве примерно в одном месте, если будет сохранять постоянную угловую скорость и тягу винта.
Правда, пока это невозможно без обратной связи. На видео показано, что в автономном зависании без обратной связи равновесие быстро исчезает.
У моноспинера ещё один недостаток — он не может подняться в воздух из горизонтального положения, когда винт направлен вверх, так что его приходится всегда запускать с руки.
Сложно сказать, какие преимущества этот аппарат имеет перед обычными мультикоптерами, кроме более простой конструкции. Например, такая модель позволяет лучше сохранять динамическое равновесие в условиях сильных возмущений воздушной среды. Дрон умеет эффективно выходить из состояния неконтролируемого вращения.
Кстати, в институте динамических систем и управления Швейцарской высшей технической школы Цюриха проводят очень интересные эксперименты с летательными аппаратами нетрадиционной конструкции. Например, ещё одна из последних разработок — восьмивинтовой омникоптер с шестью степенями свободы.
«Омникоптер — это надёжный беспилотник будущего, — говорит профессор Рафаэло Д«Андреа (Raffaello D«Andrea), который возглавляет разработку необычных БПЛА в Швейцарской высшей технической школе Цюриха. — Если какая-то часть выходит из строя, двигатель или блок аккумуляторов, или одна из половин дрона полностью отключится, повреждённый омникоптер все еще будет лететь туда, куда должен. Если моноспиннер — это образец экономности, то этот аппарат, омникоптер с восемью винтами, — пример избыточности. Что нам дают все эти излишества? Обратите внимание, конструкция очень симметрична, поэтому для неё не имеет значения ориентация в пространстве. Это открывает необыкновенные возможности! Дрон может двигаться в воздухе безоотносительно того, где верх, а где низ и как он вращается. Правда, у дрона свои сложности, в основном связанные с взаимодействием потоков от восьми пропеллеров».
Недавно профессор Д«Андреа прочитал очень интересную лекцию на конференции TED2016 в Ванкувере (mp4, есть стенограмма на русском языке). Он представил омникоптер, Monospinner и другие необычные летательные аппараты.
В своём выступлении профессор ещё раз напомнил, что практическая польза — не главная цель в разработке новых летательных конструкций, да и вообще в любых научно-технических разработках: «Реальность такова, что трудно предсказать влияние новых технологий. Для людей вроде нас главная награда — сам процесс работы и радость творчества. Это постоянное напоминание, в какой замечательной и волшебной Вселенной мы живём — она позволяет умным изобретательным созданиям так эффектно и ярко творить. То, что эти технологии имеют огромный коммерческий и экономический потенциал, — это лишь вишенка на торте», — сказал он.
