Projekt bezpilotného riadiaceho systému pre T-Rex 600

t-rex-headJedným z mojich dlhodobých projektov, ktorého časť riešim aj v rámci dizertačnej práce, je projekt autonómnej helikoptéry schopnej samostatného letu bez zásahu operátora. V rámci projektu idem trochu proti modernému prúdu používania malých viac-rotorových helikoptér známych aj ako quadrokoptéry, poprípade hexakoptéry.

Môj projekt sa práve naopak zameriava na konvenčné helikoptéry s hlavným nosným rotorom a koncovým vyrovnávacím rotorom. V súčastnosti používame pádlovú helikoptéru od spoločnosti Align T-Rex 600.

trex600

Prečo konvenčné usporiadanie rotorov?

Medzi hlavné nevýhody a slabiny viac-rotorových helikoptér patrí ich nízka energetická efektívnosť. Parameter figure of merit udáva energetickú efektívnosť rotorov a je rovný pomeru ideálneho výkonu rotora počas visu a skutočného výkonu, ktorý rotor spotrebúva. Tento parameter sa pri tomto type helikoptér pohybuje okolo 25 až 30%. Táto nízka účinnosť priamo vyplýva z použitia viacero malých pevných rotorov, bez možnosti riadenia ich kolektívneho uhlu nábehu. Malý priemer rotorových listov spôsobuje, že list rotora sa pohybuje v prostredí s nízkym Raynoldovým číslom, a teda prúdenie okolo profilu je v prevažnej miere laminárne, dochádza k separácii hraničnej vrstvy vzduchu a tým pádom dochádza k nárastu aerodynamického odporu, čo ma za následok potrebu zvýšeného výkonu na hriadeli rotora. Samotná regulácia ťahu jednotlivých rotorov je riešená iba pomocou zmeny uhlovej rýchlosti rotorov, keďže pri malých polomeroch listov rotorov je nemožné vytvoriť ich efektívne mechanické natáčanie kolektívneho uhlu nábehu.

Konvenčné usporiadanie rotorových listov postráda nevýhody, ktoré sú spomínané pri rotoroch viac-rotorových helikoptér. Tým, že priemer hlavného rotora je aj desaťnásobne väčší ako priemer rotorov viac-rotorových helikoptér a tým, že koncové body dosahujú vyššie obvodové rýchlosti, pracuje tento rotor v prostredí s oveľa väčším Raynoldsovým číslom. To znamená, že laminárne prúdenie sa mení na turbulentné, zväčšuje sa hrúbka hraničnej vrstvy vzduchu a nedochádza k jeho separácii. Parameter figure of merit sa pohybuje okolo 45-55%. Taktiež princíp generovania ťahu hlavného rotora je rozdielny od rotorov viac-rotorových helikoptér. V tomto prípade motor udržuje konštantné otáčky hlavného rotora. Veľkosť ťahu je menená pomocou kolektívnej zmeny uhlu nábehu rotorových listov. Motor počas zmeny kolektívneho uhlu reaguje iba na zmenu aerodynamického odporu a dorovnáva vzniknuté straty.

Vďaka týmto vlastnostiam je možné bezpilotné prostriedky na báze helikoptér s konvenčným usporiadaním rotorov využiť pri plnení dlhodobejších cieľov, keďže sú schopné zaletieť väčšie vzdialenosti s väčším úžitkovým zaťažením ako spomínané viac-rotorové helikoptéry. Dolet je možné ešte zväčšiť náhradou elektrického motora motorom spaľovacím, čo tieto helikoptéry, na rozdiel od viacrotorových, dovoľujú.

Nevýhodou zostáva zložitosť týchto systémov, ktorá sa vyznačuje nelineárnosťou a vysokou mierou nestability. A práve riadenie takéhoto typu systému je pre mňa výzvou 🙂

 Ján Bačík