Дрон-поисковик из сверхлёгких композиционных материалов с использованием углепластикового каркаса, бесколлекторных моторов и солнечной батареи

Работа призёров открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» по направлению «Инженеры» в секции «Интеллектуальные робототехнические системы, беспилотные аппараты» среди работ учащихся 10–11 классов

Направление работы: Беспилотные аппараты

Авторы работы: ГБОУ Школа № 1532, ГБОУ Школа № 1311

Email: Написать

Предметы: Физика, Информатика, Технология

Классы: 11 класс

Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» по направлению «Инженеры» 2022 года

Актуальность

В настоящее время летающие дроны используются для получения различного рода информации: это могут быть съёмки кинофильма, фотографирование местности для составления топологических карт, поисковые спасательные операции, разведывательная деятельность. Но для того, чтобы дрон мог выполнять серьёзные задачи, он должен быть лёгким, прочным и долго находиться в небе.

Цель

Разработать прототип экологичного летательного аппарата – дрона-поисковика из сверхлёгких композиционных материалов с использованием углепластикового каркаса, бесколлекторных моторов и солнечной батареи.

Задачи

Проанализировать существующие разработки в области поисковых дронов.
Создать 3D-модель беспилотника, соответствующую реальным размерам устройства, создать 3D-сборку прототипа.
Создать чертёж летательного аппарата.
Составить дорожную карту выполнения объекта из сверхлёгких композиционных материалов и выбрать технологию изготовления.
Получить изображения 3D-модели устройства в высоком разрешении, оформить проект.
Распечатать прототип дрона на 3D-принтере.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

Персональный компьютер с установленным ПО (Autodesk Fusion 360, Autodesk Inventor)
Полётный контроллер F4
БК-мотор 2212 1400 кВ
Регулятор оборотов 40А
Аккумулятор – сборка из ячеек формата 21700 с ёмкостью (в облегчённой версии – 4 аккумулятора) 4А (4000мА/ч)
FPV-система: аналоговая камера, видеопередатчик 5,8 Ггц
Направленная антенна на приём видеосигнала, на передачу – антенна круговой поляризации
Пропеллер – от 9 до 11 дюймов
Два сервопривода, управляющие элевонами
Для управления аппаратом используются FPV очки и аппаратурам

Описание

Этапы работы над проектом

Изучили литературу и другие дополнительные источники по тематике авиамоделирования, конструктивные особенности и строение БПЛА
Создали чертёж летательного аппарата
Создали и разработали 3D-модель прототипа крыла
Создали модель крыла из подручных материалов: пенопласта, фанеры
Оснастили модель необходимыми электронными компонентами: бесколлекторным мотором, сервоприводами, регулятором оборотов, системой навигации GPS, полётным контроллером, FPV-системой.

Одной из текущих реализаций пассажирских дронов является поисковый беспилотник-разведчик на солнечной батарее, он позволяет преодолевать холмистую местность, водные и горные преграды без особых трудностей. Благодаря конструкции и оснащению дрон может преодолевать длительные расстояния и на разных высотах, даже при экстремально низких и высоких температурах. Выполнение беспилотника из композиционных материалов существенно облегчит конструкцию летательного аппарата и эксплуатационные характеристики. Данная модификация позволит сократить потребление электроэнергии, а также повысит коррозионную стойкость каркаса транспортного средства.

Результаты работы/выводы

В ходе работы мы создали 3D-модель беспилотника, а также изготовили прототип. По результатам полётных испытаний выяснили, что дрон может находиться в воздухе больше часа, а использование солнечных батарей позволит увеличить время полёта в полтора-два раза.

Перспективы использования результатов работы

Следующий наш шаг – создание прототипа модели летательного аппарата из сверхлёгких композиционных материалов с использованием углепластикового каркаса с использованием солнечных батарей.