Доставка грузов при помощи беспилотных летательных аппаратов (БЛА) в самое ближайшее время станет обыденность. Причем в этой новой области, помимо возникающих и исчезающих хайповых проектов доставки пива/пиццы/смартфонов, уже несколько лет существуют реально успешные проекты. Один из них: компания Zipline, обеспечивающая доставку медицинских грузов в Руанде. Интересно рассмотреть технические решения, к которым пришла компания за годы работы и многие тысячи часов «налета». Обзор решений компании выполнен на основе нескольких найденных на просторах сети роликов и затрагивает особенности конструкции, а так же отдельные моменты связанные с эксплуатацией аппарата. Важным ноу-хау компании является так же ПО, позволяющее диспетчеризировать работу всей системы доставки. В обзоре оно не затрагивается.
Парашютная система доставки груза
БЛА созданы для доставки медицинских грузов(кровь, медикаменты). Груз сбрасывается с небольшим парашютом. В первых прототипах использовался бумажный парашют. В современных образцах купол выполнен из полимерной пленки и дополнительно усилен липкой лентой по краям и вдоль строп. Площадь парашюта относительно маленькая. При таких размерах он не столько обеспечивает мягкую посадку, сколько гасит горизонтальную скорость, обеспечивая приземление без кувырков. Типичный груз, не боится удара при посадке.
Конструкция БЛА
В системе доставки используется специально разработанный БЛА самолетного типа. В конструкции применены силовые элементы из листового композита (какой-то вариант сэндвич панели, толстоват для чистого углепластика):
Аэродинамическая форма обеспечивается за счет элементов из пенопласта. Элементы съемные и легко заменяются по мере износа/повреждения:
Что важно: элементы небольшие, а значит возможно использовать относительно дешевое оборудование для формовки пенопласта.
Крыло состоит из лонжеронов, воспринимающих основою нагрузку, пенопласта и гладкой обшивки из полимерной пленки. Подробности технологии изготовления крыла не показаны, но можно предположить, что лонжероны помещаются в форму на этапе изготовления пенопластовой детали, а обшивка приклеивается потом.
Современные серийные «хоббийные» платформы схожих размеров (Volantrex ranger 2400, Skywalker X8) используют аналогичную конструкцию: лонжероны устанавливаемые на этапе формовки. Но хоббийные крылья изготавливаются без обшивки. Для повышения летных характеристик и живучести крыло может быть обтянуто пленкой, это трудоемкая операция, требующая квалифицированного исполнителя, очевидно, Zipline придумали что-то более технологичное.
Силовая установка состоит из двух электромоторов с трехлопастными воздушными винтами. Для крейсерского полета достаточно одного, лопасти неработающего двигателя складываются по потоку. Таким образом обеспечивается резервирование. В виде двух независимых поверхностей выполнены и все органы аэродинамического управления (элероны и рули хвостового оперения).
В аппарате используется батарея собственной конструкции на основе элементов типоразмера 18650 (Panasonic, судя по цвету) общей емкостью 1.25 кВт*ч. Батарея должна обеспечивать работу в условиях высоких температур Африки, а потому элементы закреплены консольно с большими промежутками необходимыми для обеспечения эффективного воздушного охлаждения:
Зарядная станции оснащена мощным вентилятором и отдаленно напоминает мангал:
СНС приемник совмещен с АКБ, что позволяет подавать питание на него за ранее (в начале рабочей смены) и уменьшить время подготовки к старту, так как «холодный старт» СНС приемника занимает насколько минут. Впрочем, быстрого старта можно было достичь и трансляцией альманаха по радиоканалу с наземной станции после включения питания. Похоже, пошли самым простым путем. Так же совместно в АКБ встроен накопитель полетной информации.
Взлет
Взлет производится с электрической катапульты. Решение довольно необычное. Чаще можно видеть пневматические конструкции или катапульты с резиновым жгутом. Здесь же в качестве привода использован обычный промышленный сервопривод. В драйвере привода, похоже установлены дополнительные накопительные конденсаторы, именно они скрываются в шкафчике с грозными надписями.
Подготовка к полету автоматизирована. Контрольные карты электронные, выполнены в виде приложения в смартфоне. Отдельные операции выполняются с использованием системы технического зрения. Так при помощи камеры подтверждается исправность и правильность калибровки управляющих поверхностей:
Похоже, через QR коды сделан не просто контроль исправности аппарата, но и контролируется правильность выполнения других подготовительных операций. На фотографии снизу виден QR код на полу, который, вероятно, используется для контроля правильности установки БЛА на катапульту. Такое решение позволяет снизить требования к уровню подготовки персонала.
Посадка
БЛА оборудован парашютом для аварийной посадки. Парашютная система с круглым куполом содержит «слайдер» замедляющим открытие купола при выпуске, что позволяет вводить парашют на любой скорости полета(ролик). Аварийная парашютная посадка используется для снижения возможного ущерба от посадки аппарата вне "базы".
Штатная посадка производится за счет тормозного троса. В хвосте аппарата размещен специальный крюк, который зацепляется за трос активного посадочного устройства, состоящего из двух штанг, закрепленных на валах сервоприводов. БЛА автоматически заходит на посадку между штанг посадочного устройства. В нужный момент времени штанги начинают движение и направляет трос прямо на посадочный крюк (V образное оперение и силовая хвостовая балка допускает некоторые погрешности, трос будет скользить по балке до крюка). После зацепления скорость аппарата гасится (демпфер не показан, но, подозреваю, там такой же сервопривод как на стартовой катапульте), аппарат повисает хвостом вверх.
Заключение
В итоге получилась дешевая по конструкции, надежная, простая в сборке и обслуживании система, которая может эксплуатироваться местным персоналом после недолгого обучения. Выскажу мнение, что по похожим принципам (стационарные пункты, дешевизна БЛА самолетного типа и максимальная автоматизация операций), а не на основе квадрокоптеров с малой дальностью или "полноценных" вертолетов с большой стоимостью должны строиться и перспективные системы доставки для отдаленных регионов нашей страны.
Комментарии (21)
Aspos
17.04.2022 21:52А вот что творят бывшие сотрудники зиплайна
https://mightyfly.com/Тут и точность, и дальность, и скорость. Все дела.
Tarakanator
18.04.2022 16:32Так и не понял чем это от квадрокоптера отличается. Крылья выглядят нефункциональными.
Вот если бы хотбы пара моторов поворачивалась я бы задумку понял. Типа оспрей, только квадро.Aspos
18.04.2022 17:08Крылья вполне функциональны. После взлёта вертикальные пропеллеры перестают держать вес машины и начинают лишь контроллировать направление; включается бензиновый движёк и работает задний пропеллер.
Итого 800+ км радиуса, вертикальные взлёт и посадка, грузоподёмность.
lab412
17.04.2022 23:04+1мне всегда интересно как получить разрешение на массовые полеты над кучей людей? ведь даже вертолёты не особо то летают, а они куда безопаснее дронов и надежнее в том числе. а если взять во внимание массовость то падать будут раз в день на головы жителей... это в руанде можно летать - там не жалко никого да и законов нет. а тут товарищ майор никогда не позволит. да я и сам буду против, у меня есть несколько дронов и скажу так что я бы побоялся жить там где они будут летать пачками над моей головой...
кстати я уже лет 10 читаю такие новости и везде обещают что вот завтра, ну максимум в следующем году уже это массово будет и все будем пользоваться...
pdkdrp Автор
18.04.2022 08:36>> кстати я уже лет 10 читаю такие новости и везде обещают, что вот завтра…
Сейчас на несколько лет будет просадка в гражданской авиации. Сгладить последствия можно будет быстрым развитием авиации общего назначения, так как сами аппараты меньше, проще, производственные циклы короче. Очень надеюсь, что в этот процесс и транспортные БЛА затянет. Все возможности для этого есть.
отдельные телодвижения в этой области уже начались: https://www.cnews.ru/news/line/2022-02-28_minekonomrazvitiya_i_pochta
PrinceKorwin
18.04.2022 09:30+2Сгладить последствия можно будет быстрым развитием авиации общего назначения,
Лучшее действие - это разрешить, наконец, частную авиацию. И не мешать им.
JediPhilosopher
18.04.2022 12:10+3До тех пор, пока в РФ все летающее подчинено минтрансу и росавиации, которым ничего кроме большой авиации с боингами не интересно и все эти дроны и тряпколеты только мешают, разрешать вряд ли что-то будут. Им это просто не нужно, их мечта - все запретить и загнать в единые рамки подготовки и сертификации, выстроенные по лекалам линейной авиации. Вот только в том году отбились от очередного законодательного захода приравнять СЛА к коммерческой авиации и заставить всяких дельта-парапланеристов учиться в академии ГА как и всех остальных пилотов. Но тренд очевиден.
pdkdrp Автор
18.04.2022 08:37+1>>меня всегда интересно как получить разрешение на массовые полеты над кучей людей?
примерно так как в статье и описано. Делаете хорошую систему и лет 10 откатываете её в Руанде. А через 10 лет можете попробовать выйти на богатый рынок вместе с крупной страховой компанией, которой Вы продемонстрируете собранную статистику. На практике, скорее всего их купят заплатив большие деньги именно за эту статистику, а не за технические решения, которые, какие хорошие бы не были, лет через пять потребуют коррекции.
Обратите внимание: у них парашютная система аварийной посадки БЛА… нужна ли она в малозаселенной местности? И в ролике есть про Гб данных с каждого полета, тоже для конкретной задачи избыточно.
mrise
18.04.2022 10:51+1Однако тому же Prime Air от Amazon такого не понадобилось.
Они померли от того, что многие клиенты оказывались недоступны для такой доставки из-за требований для посадки, бесполётных зон вокруг аэропортов и дальности полёта квадрокоптеров.
А не от того, что без запасных парашютов, десятилетий работы и гигабайтов данных их страховые тарифы были грабительски большими.
Зиплайн открылся в Руанде не потому, что это бедная страна, а потому, что в этой стране идеальные условия для развёртывания дрон-сети: множество сообществ, к которым нет нормальных дорог, но у которых есть собственные медпункты. В этим медпунктах нет экономической целесообразности хранить все виды короткоживущих медикаментов, нет возможности оперативно доставлять по земле из-за очень посредственного состояния дорог, но очень быстро и дёшево доставить по воздуху из районного центра, получая бонусом сглаживание потребления.
(P.S.: окей, действительно, Зиплайн открылся в Руанде потому, что это бедная страна)
SdrRos
18.04.2022 09:08+2Это у нас малая авиация фактически уже не существует, в остальном мире регулярно летает куча небольших Цесн, и автожиров. Основное отличие коптера от самолёта в том что самолёт даже если откажут моторы- может просто спланировать, а не упасть камнем на голову кому-нибудь. Скорее всего как и для самолётов — сделают трассы в обход центров населённых пунктов.
Tarakanator
18.04.2022 16:391)Теоретически, если квадрокоптер может крутить винты в обратню сторону, то при отказе одного двигателя он может оставаться управляемым.
2)винты изменяемого шага тоже по идее позволят посадку на авторотации. ДА конструкция сложнее, но всё-же не автомат перекоса. И можно поддерживать одинаковые обороты всех двигателей. А значит можно поставить ДВС на квадрокоптер без электрической трансмиссии.SdrRos
18.04.2022 18:45Только прежде чем он выровняется его может изрядно помотать из стороны в сторону, в условиях городов места может на такие манёвры не хватить и он получит дополнительные повреждения. Думаю пока квадрокоптеры массово не получится в городах использовать (даже наземные, робо доставщики как то не особо могут преодолевать городские препятствия), а вот БПЛА самолётного типа могут удешевить доставку продуктов, медикаментов, расходников для оборудования в отдалённые места которых у нас очень много. Вообще странно что от Почты кроме разбитого квадрокоптера больше нет новостей, они должны быть наверно первыми кому нужны беспилотники для доставки небольших по весу грузов на большие расстояния.
Tarakanator
19.04.2022 09:07вопрос быстродействия электроники. Не думаю что это реально сложная проблема.
Spym
18.04.2022 02:00-2АКБ это, буквально, аккумуляторная кислотная батарея. Здесь батарея литий-ионная, а не кислотная, у вас ошибка. Ещё приставка кило в кВт пишется в нижнем регистре.
pdkdrp Автор
18.04.2022 08:18Поправил, хотя до сего дня был уверен, что К к аКкумуляторной относится.
blind_oracle
18.04.2022 08:23+4Так и есть. К кислоте аббревиатура АКБ не имеет отношения, вас вводят в заблуждение ????
Gritsuk
Самолеты больше скорость и дальность. Коптеры - выше точность, меньше дальность, дороже.
Едино решения нет, тут каждому сервису свое
Quadrix
Может конвертопланы тогда?
DmitryOlkhovoi
Ну коптеры тоже быстрые есть))
axe_chita
Может это шанс для дисковидных ЛА наподобие V-173 и XFU5-1? Короткий(вертикальный) взлет/посадка/зависание.