Зачем нужен аппарат нового типа
Мультироторные беспилотники удобны при вертикальном взлёте, точном позиционировании и зависании, но значительная часть энергии в течение всего полёта расходуется на непосредственное создание подъёмной силы винтами. Самолётные БПЛА экономичнее в маршруте, однако обычно требуют взлётно-посадочной инфраструктуры или специальных устройств запуска и посадки.
Гибридная аэродинамическая схема должна объединить сильные стороны обоих подходов: выполнять взлёт и посадку с ограниченной площадки, зависать над заданной точкой, а после перехода использовать подъёмную силу крыльев и расходовать меньше энергии на маршрутный полёт.
Аппарат разрабатывается прежде всего как исследовательская и экспериментальная платформа. Его задача — подтвердить расчётные решения, отработать переходные режимы и сформировать научно-техническую базу для дальнейшего создания линейки грузовых и специализированных БПЛА.
Архитектура аппарата
БПЛА выполнен по тандемной схеме: переднее и заднее крыло участвуют в создании подъёмной силы. На крыльях установлены четыре винтомоторные группы — по две на каждом крыле. Крылья и двигатели жёстко закреплены относительно фюзеляжа и не меняют положение между режимами полёта.
Единая силовая установка
Одни и те же четыре двигателя создают тягу при вертикальном взлёте, переходе и горизонтальном полёте.
Отсутствие поворотных узлов
Нет механизмов поворота крыльев или мотогондол, что упрощает конструкцию и снижает число потенциальных точек отказа.
Тандемная схема
Два крыла расширяют допустимый диапазон центровок и позволяют гибко распределять подъёмную силу.
Управляемые поверхности
Закрылки и элевоны участвуют в управлении потоком, стабилизации, переходе и посадке.
Центральная часть фюзеляжа предназначена для размещения полезной нагрузки, аккумуляторных батарей, авионики и систем управления. Кили на верхнем крыле обеспечивают курсовую устойчивость в горизонтальном полёте и выполняют функции опоры при стоянке и взлёте.
Как аппарат переходит между режимами
Переход между режимами выполняется изменением пространственного положения всего аппарата. Автопилот изменяет тягу четырёх винтомоторных групп и положение аэродинамических поверхностей, формируя контролируемый момент по тангажу: при взлёте нос поднимается, чтобы вывести винты в плоскость горизонта, а при разгоне увеличение оборотов задних винтов поднимает корму — аппарат набирает поступательную скорость и переходит от опоры на тягу винтов к опоре на подъёмную силу двух крыльев.
Четыре фазы полёта
Опора на тягу винтов
При взлёте нос аппарата поднимается относительно кормы так, чтобы винты оказались в плоскости горизонта. Суммарная тяга создаёт вертикальную подъёмную силу, устойчивость по крену, тангажу и рысканию обеспечивается независимым регулированием оборотов двигателей.
Корма поднимается
Автопилот увеличивает обороты задних винтов и отклоняет управляющие поверхности — корма поднимается, винты поворачиваются от взлётного режима к самолётному. Горизонтальная составляющая тяги растёт, аппарат набирает горизонтальную скорость.
Опора на крылья
Крылья и винты находятся в плоскости горизонта, как у самолёта, а корма приподнята относительно носа. Подъёмную силу создают переднее и заднее крыло, стабилизацию принимают аэродинамические поверхности, винты создают преимущественно поступательную тягу.
Возврат в мультироторный режим
Всё происходит в обратном порядке: скорость снижается, нос снова поднимается, вертикальная составляющая тяги становится основной. Закрылки и элевоны уменьшают наклон фюзеляжа перед касанием. Далее — зависание, вертикальное снижение и точная посадка в стояночное положение.
Критический участок — момент, когда подъёмная сила уже распределяется между винтами и крыльями, но ни один из способов управления ещё не является доминирующим.
Для этого режима в рамках НИОКР определяются допустимые углы наклона, скорость перехода, распределение тяги, положения закрылков и границы устойчивости при различных центровках и ветровых воздействиях.
Что подтверждено на уменьшенном макете
Для проверки концепции был построен уменьшенный летающий макет с полностью настроенным автопилотом, способный выполнять полёт по миссии самостоятельно. Испытания подтвердили возможность устойчивого вертикального полёта, плавного перехода и автоматического маршрутного полёта:
- наибольшая нагрузка на силовую установку — в вертикальном режиме: ток до 50 А;
- в горизонтальном полёте ток составлял 20–24 А;
- при переходе между режимами ток изменялся плавно;
- подтверждена гипотеза о существенном снижении энергопотребления после выхода аппарата на крыло;
- выявленные особенности посадки компенсированы управляемыми закрылками и специальным алгоритмом;
- благодаря расширенным закрылкам угол установки крыльев снижен с 60° до 30° — меньше наклон фюзеляжа и лобовое сопротивление в горизонтальном полёте без сложных механизмов поворота крыльев;
- возможность поднятия закрылков вверх обеспечивает посадку при сильном ветре.
Важно: результаты макета подтверждают работоспособность принципа, но не переносятся напрямую на полноразмерный аппарат. Масштабирование требует отдельных аэродинамических, прочностных, энергетических и лётных исследований.
Научно-техническая задача
Основная научная сложность проекта связана не с отдельным двигателем или крылом, а с согласованием всей системы в трёх принципиально разных режимах: вертикальном, переходном и горизонтальном.
Аэродинамика двух крыльев
Взаимное влияние переднего и заднего крыла, распределение подъёмной силы и устойчивость на разных углах атаки.
Взаимодействие винтов и крыла
Поток от винтов влияет на аэродинамические поверхности, особенно при малой скорости, взлёте и посадке.
Переходные процессы
Безопасные траектории изменения угла наклона, тяги, скорости и положения управляющих поверхностей.
Система управления
Плавное переключение приоритета между регулированием тягой и аэродинамическим управлением.
Посадочная конфигурация
Уменьшение наклона корпуса перед касанием и сохранение управляемости при боковом и встречном ветре.
Прочность и флаттер
Расчёт нагрузок, жёсткости крыльев и предельных скоростей полноразмерной конструкции.
Целевые параметры экспериментального образца
Приведённые характеристики относятся к проектируемому экспериментальному образцу и будут уточняться по результатам расчётов, стендовых проверок и лётных испытаний.
Сценарии применения
Доставка грузов
В районы без подготовленных взлётно-посадочных полос, включая удалённые промышленные и нефтегазовые объекты.
Медицинские и аварийные грузы
Оперативная доставка при чрезвычайных ситуациях и в труднодоступные места.
Мониторинг инфраструктуры
Трубопроводы, линии электропередачи, транспортная инфраструктура, лесной и экологический мониторинг.
Поисково-спасательные работы
Экспедиционные задачи, работа в составе распределённых беспилотных систем, испытания новых средств связи, навигации и полезной нагрузки.
Текущая стадия проекта
Проект находится на стадии НИОКР и создания экспериментальной платформы. Выполнены предварительные исследования, построен и испытан уменьшенный макет, сформированы требования к полноразмерному образцу и программа дальнейших аэродинамических, прочностных и лётных работ.
Следующий этап включает уточнение геометрии, моделирование переходных режимов, разработку эскизной документации, изготовление экспериментального образца, стендовые проверки и последовательную программу лётных испытаний с доработкой конструкции и алгоритмов управления.
Почему эта схема важна
Проект создаёт не отдельный демонстратор, а инженерную и научную основу для семейства беспилотных аппаратов, способных сочетать точность мультироторных систем и эффективность самолётного полёта.
Отказ от поворотных мотогондол и отдельных подъёмных двигателей потенциально снижает массу и сложность конструкции. Тандемная схема расширяет возможности по центровке и размещению полезной нагрузки. Вертикальный взлёт позволяет работать без аэродромной инфраструктуры, а горизонтальный режим — увеличивать дальность и продолжительность полёта.
Краткая карточка проекта
Обсудить проект или сценарий применения
«АУРИГА» открыта к совместным НИОКР, испытаниям, интеграции полезной нагрузки и разработке специализированных конфигураций под задачи заказчика.
Связаться с нами