АЭРОПЛАТФОРМА — ТРАНСПОРТ БУДУЩЕГО

УДК 629.7

DOI: 10.24412/CL-35807-2024-1-51-54

АЭРОПЛАТФОРМА — ТРАНСПОРТ БУДУЩЕГО

Родин Н. Д., инженер 1 категории АО «Конструкторское бюро приборостроения им. академика А. Г. Шипунова», г. Тула Шариков Н. В., ведущий инженер-исследователь АО «Конструкторское бюро приборостроения им. академика А. Г. Шипунова», г. Тула

AEROPLATFORM — THE TRANSPORT OF FUTURE

Rodin N. D., engineer of the 1st category JSC Instrument Design Bureau, Tula Sharikov N. V., the lead research engineer JSC Instrument Design Bureau, Tula

Аннотация. В данной статье представлено описание прототипа пилотируемой летающей доски, спроектированной на основе мультикоп-терных систем.

Annotation. This article presents a description of a prototype of a manned flying board designed based on multicopter systems.

Ключевые слова: воздушное судно, винтовая тяга, мультикоптер, средство индивидуальной мобильности.

Keywords: aircraft, propeller thrust, multicop-ter, personal mobility device.

В современном мире все больше внимания уделяется личному транспорту. Комфорт, скорость, статус — это одни из основных лозунгов владельцев личного транспорта. Самый распространенный личный транспорт на сегодняшний день — легковой автомобиль. Однако стоит заметить — с каждым годом количество личного транспорта растет, в то время как инфраструктура развивается не так быстро. Следствием этого является загруженность на дорогах, пробки, нехватка парко-вочных мест, высокая аварийная опасность и т. п. Сегодня люди начинают активно использовать такие виды личного транспорта как: велосипед, электросамокат, моноколесо и пр., как альтернативу л ичному автомобилю. При этом с развитием технологий появляется все больше видов личного транспорта. Например, компании Lexus, Arx Pax и ARCA Space Corporation уже представили прототипы левитирующего и антигравитационного транспорта.

На сегодняшний момент существует несколько способов левитации, например, диамагнитная левитация, основанная на эффекте Мейснера, а также более привычный и распространенный способ — аэродинамический.

В представленной статье будет рассмотрен проект средства передвижения, не зависящего от количества и качества дорожного покрытия, являющегося прототипом личного транспорта будущего, принцип работы которого похож на принцип работы мультироторов и мультикоптеров: подъемная сила создается за счет винтовой тяги нескольких групп двигателей, параметры и количество которых выбраны в соответствии с требуемыми характеристиками, необходимыми для поднятия над землей среднестатистического человека. Несущая конструкция аэроплатформы представляет собой жесткую ячеистую конструкцию (рис. 1).

На конструкцию крепится 44 бесколлекторных двигателя постоянного тока с тяговыми винтами, 2 аккумуляторных блока и управляющая электроника. Система управления включает в себя 4 акселерометра, 4 гироскопа, блок управления полетом и несколько контроллеров двигателей. Общий вес конструкции составляет около 15 кг, при этом тяга достигает 75 кг. Потребляемый ток в полетном режиме составляет не более 40 А, а в максимальном режиме не более 50 А.

Рис. 1. Несущая конструкция «Аэроплатформы»

Управление платформой осуществляется за счет отклонения вектора тяги наклоном пилота по аналогии с катанием на скейтборде, сноуборде

или гироскутере, при этом высоту подъема и ограничение по скорости можно задавать как специальными сенсорами, вмонтированными в конструкцию, так и при помощи карманного пульта управления.

Рассматривая аналоги, стоит отметить, что хо-верборд фирмы Lexus в основе антигравитационного принципа использует магнитную левитацию, и для полетов на этом образце требуется специальная поверхность, что является огромным минусом для изделия.

Аналог компании HENDO (рис. 2) также требует специальной поверхности для полета, так как использует принцип электромагнитных полей для создания «воздушной подушки». Данный прототип обладает меньшей грузоподъемностью по сравнению с «Аэроплатформой».

Рис. 2. Аналог летающей доски от компании HENDO

✓ "ТЧППЫИИЯЧППТ '-tareau'bUHNYSKY вгзоб..

230& О О ..

ЖЕ

11 ^^wIRoe 2700KV. S046 лет н 0

SunnySky Edge Racing R2306 FPV Brush!ess Motors

Тяга мотора Пропеллер трёхлопастной, 1749 Грамм 5 дюймов

• • • # *  ... **«! •:

Рис. 3. Пример конфигурации двигателя и пропеллера

Рис. 4. Анализ массовых характеристик проекта летающей доски

АКБ № 1

Контроллер моторов № 2

Аэроплатформа

АКБ № 2

Управляющая электроника / \

r^r^r wwrw

Прототип летающей доски

Контроллер моторов № 4

Акселерометр-гироскоп № 1

Акселерометр-гироскоп № 2

Рис. 5. Схема работы «Аэроплатформы»

Компоновка изделия проходила в соответствии с выбранными сочетаниями двигателей и пропеллеров, которые дают максимальную тягу, не выходя за рамки рассмотренного диапазона рабочих токов. По итогам экспериментальных оценок инженеров мультироторных систем (рис. 3), можно сделать вывод о том, что пятидюймовые пропеллеры в сочетании с гоночными моторами дают высокое значение тяги (более 1,7 кг) при рабочем токе в 48 А.

Из рисунка видно, что при неполной разрядке аккумулятора с током около 40 А один двигатель (SunnySky Edge Racing R2306) с пятидюймовым трехлопастным пропеллером (Dalprop Cyclone 5*4,6*3) обеспечивает тягу около 1,5 кг.

Максимальная поднимаемая масса при 44 таких двигателях будет равна около 70 кг. По результатам проектирования мы можем заметить, что аэроплатформа весит 15 кг (рис. 4). То есть максимальная поднимаемая масса при неполной

Разворот на гироскутере

Движение: назад—стоп—вперед

Рис. 6. Принцип движения на гироскутере

Рис. 7. Движение «Аэроплатформы» с пилотом

разрядке аккумулятора (ток 40 А) с учетом платформы составляет 55 кг.

В данной компоновке летающая платформа обладает большей грузоподъемностью, нежели аналог фирмы HENDO под названием The White-box (рис. 2).

Далее рассмотрим принцип работы летающей платформы. На рис. 5. представлено схематичное изображение функциональной схемы работы.

В этой части стоит отметить наличие четырех зон ответственности за управление доской и од-

ной зоны, которая сфокусирована вокруг опор пилота, отвечающая за устойчивость полета. Управление платформой осуществляется за счет отклонения вектора тяги наклоном пилота, которое выводит платформу из равновесного зависания над землей. После отклонения угла наклона ги-ростабилизаторы посылают сигнал контроллерам, которые отвечают за зоны ответственности, предполагаемые изменение скорости вращения винтов тем самым приводя платформу обратно в равновесие.

Такой принцип движения реализован в первых прототипах гироскутеров (рис. 6).

На рис. 7 представлено схематичное изображение полета на платформе с пилотом.

Говоря о цене прототипа летающей доски, стоит отметить, что при условии закупки всех комплектующих и проведении технических и технологических работ в соответствии с ценами на предоставляемые услуги один экземпляр обойдется разработчику примерно в 70 000 рублей.

Стоимостной анализ спроектированного изделия при учете добавленной стоимости в 400 % даст нам цену изделия, равную менее 300 000 рублей. Для сравнения, самый дешевый прямой аналог (рис. 2) на рынке имеет стоимость 424 000 рублей. Говоря о более мощных и технологически совершенных прототипах, стоит отметить, что их стоимость начинается от отметки в 1,5 млн рублей.

Из вышесказанного можно сделать однозначный вывод, что спроектированное изделие будет иметь огромный потенциал на рынке воздушного транспорта. Учитывая стоимость современных моноколес и мощных электросамокатов, «Аэроплатформа» может конкурировать и с ними.

По итогам проведенной работы можно судить о том, что создание «Аэроплатформы» — вопрос лишь времени и ресурсов, например наличия комплектующих на рынке.

Список литературы

1. Шариков Н. В. Моделирование управляемого движения манипулятора / Известия ТулГУ. Технические науки, выпуск 9, часть 1 / Тула: ТулГУ. 2013 г. — 332 с.

2. Бесекерский В. А., Попов Е. П. Теория систем автоматического регулирования. Издание третье, исправленное. Изд. «Наука», Главная редакция физико-математической литературы, М., 1975 — 768 с.

3. Уразаев В. Г. ТРИЗ в электронике. Журнал «Компоненты и технологии» № 2—5. М.: Техносфера, 2005. — 320 с.