У Національному авіаційному університеті (НАУ) передовим технологіям завжди приділялась велика увага. Безпілотні повітряні судна (БПС) не є виключенням, про що свідчить успішний запуск у січні 2011 року БПС М-7Д «Небесний патруль» (Рис. 1).
Це достатньо велике двомоторне БПС, яке можна віднести до групи тактичних БПС класу CR (Lпол. - до 30 км; Tпол. – до 4 год.; mo – 150 кг; Нпол. – до 3000 м) або класу LADP (Lпол. – більш, ніж 250 км; Tпол. – біля 1 год.; mo – 250 кг; Нпол – до 9000 м). У даному випадку йдеться про серйозну розробку «безпілотника»-прототипу з можливістю розвитку його схеми в частині збільшення розмірів, ваги, цільового навантаження, палива тощо.
Для успішної діяльності з розробки та освоєння безпілотних повітряних суден НАУ в 2010 році був створений Науково-виробничий центр безпілотної авіації «Віраж» (НВЦБА «Віраж») шляхом реорганізації створеного в 2007 році Науково-навчального центру безпілотної авіації.
Однак, було б несправедливо розглядати розробки «безпілотників» в НАУ тільки з точки зору їх сучасного стану. Кожен розуміє, що завжди є якась передісторія…
Початок цього очевидно лежить ще в кінці 70-х, коли у Радянському Союзі, незважаючи на критику відносно якості, на зміну «РУМам» і «Стартам» одна за одною з’являються «Новопроп» та «Супранар» - пропорційні апаратури радіокерування, які дають поштовх моделістам приступити до побудови та запусків на практиці довгоочікуваних радіокерованих моделей літаків та планерів. Автор пройшов цей шлях повністю.
Звичайно, першим кроком було створення «гуртка» (приблизно 1970 рік), де всіма правдами і не правдами випрошували у директора дискретний «Старт» і тихенько, встановлюючи по одній машинці, навчались десь далеко, у пшениці, запускати «таймерку» з «Ритмом», спочатку з поворотником, потім з елеронами тощо . Потім був наш «Пілот».
Прикладні, тобто корисні для людини, безпілотні літаки з’явилися пізніше; багато чого черпалося з робіт, опублікованих в «Інтеравіа», гедееровських, чеських та польських «Моделяжах», наших «М-К» і «К--Р» та ін. Певні знання в цьому напрямку здобували також в особистому спілкуванні, наприклад, на конференціях та змаганнях.
На початку 80-х була організована студентська група, яку сьогодні можна назвати міжрегіональною. Швидше за все це було щось міжвузівське, де приймали участь студенти КІІЦА, Тернопільського політеху та загальнотехнічного факультету із «пед», а також Львівського сільськогосподарського. Настільки несхожі вузи – це пошук відповідей на питання, які поставили перші запуски РЛА – радіокерованих літальних апаратів (так ми їх тоді називали). Складнощі виникали з навігаційним забезпеченням і з управлінням поза зоною видимості, з підготовкою операторів (тепер пілот-оператор чи RС- пілот), з точністю викидів корисних речовин за борт літака та з іншими питаннями. Схожа природна «кооперація» дозволяла майже любительському об’єднанню функціонувати і давати якийсь корисний продукт. Зокрема, з 1981 по 1987 рік самостійно полетіли четверо із групи; було побудовано до десятка «тренерів» під двигуни від 2,5 до 10 см3. У складі групи в різний час були студенти Матійчик М., Олійник В., Сазанов О., Горбулько М., Іванов О. та Іванов В., Шамрик А., Бердичевський А., Левчук О. та багато інших.
Далі пішли більш «важкі» літаки і на момент 1988 року було закладено два зразки «прикладних» літаків М-1 та М-2. Зразки будувались майже одночасно під двигуни 10 і 20 см3 на базі МДС-10 (рис. 2 і рис. 3).
 |
 |
| Рис. 2 | Рис. 3 |
Обидва літаки створювались тоді для використання в сільгоспвиробництві, в частині внесення трихограми. М-1 за проектом мав багатоканальний викид трихограми уздовж розмаху, а М-2 – її викид із трьох точок: однієї – із гондоли фюзеляжу та двох, розміщених на кінцях крил. М-1 через відсутність двигуна (повинна була бути редукторна «спарка» 20 см3) не був добудований і залишився у вигляді демонстраційного зразка. М-2 успішно добудували і випробовували разом із механізмами дозованого викиду трихограми. На механізми було отримано А.С. СРСР № 67516, а літак згодом використовували з науковими цілями, зокрема під час проведення експериментальної частини дисертаційного дослідження. Під час виконання АХР літак М-2 трохи використовувався на початку 90-х років у Львівській області.
Варто відмітити, що роботи М-1 та М-2 на той час демонструвались на декількох виставках. На одній із них літаки отримали втішну оцінку, тоді Президента України, Л. Кучми.
Потреба у збільшенні ваги цільового навантаження і перехід на бензинові двигуни привели учасників групи на початку 90-х до рішення щодо розробки та виготовлення 4,5-метрового одномоторного літака М-3, здатного нести цільове навантаження 30 кг (рис. 4).
Літак мав на той період сучасну компонувальну схему (вибрану напевно під впливом «Сойки» та «RQ», хорошу механізацію крила і шасі різних типів. Передбачалося декілька його застосувань, в тому числі на АХР. З цією метою на рівні ескізів була розроблена система внесення хімікату за допомогою активних (обертових) розпилювачів. Літак був виготовлено на 60%. Згодом літак М-3 отримав власну назву «Кордон». Цікаво звернути увагу, що для М-3 був розроблений двигун повітряного охолодження 2М-220У із поширених в СНД комплектуючих до бензопил «Урал». Двигун показав хорошу працездатність, однак, внаслідок важкого становища у країні в середині 90-х роботи по літаку та двигунові були згорнуті.
Відносно систем керування, то на той час застосовували радіокерування з елементами автоматики, окремі гіроскопи (скоріше акселерометри), підсилювачі вихідних каскадів передавачів та ін. Апаратні засоби на початку 90-х були переведені на системи «Конрад», «Футаба» і «Граупнер». Цікаво відмітити, що силові блоки власного розроблення (зараз їх називають «пауер-бокс») застосовувались на наших літаках з середини 80-х, унаслідок великих струмів, що проходять через основні шини приймачів. Вирішені також були питання приймачів та рульових машинок, а також розроблено декілька зразків потужних рульових машинок на базі вітчизняних комплектуючих. Зазнали змін частотні діапазони та тип модуляції. На момент початку 90-х з АМ ми перейшли на FM, PPM і PCM. Також, в цей період проводились перші дослідження з визначення складу бортової відео системи спостереження.
На зрізі століть діяльність початкової групи потроху згорталась. Дався взнаки важкий досвід попередніх років і деякий науковий вакуум, в якому опинилися наші розробки. Після ряду консультацій з проректором з виховної роботи НАУ Я.Козачком, автор повністю переїхав у Київ. Через деякий час, при активній участі проректора з навчальної роботи М. Кулика (зараз ректор НАУ) і проректора з наукової роботи В. Харченка на території НАУ було організовано перший штатний підрозділ по «безпілотниках».
Ідея полягала в тому, що оскільки першопочатковий період закінчено, то тепер необхідно об’єднати попередні напрацювання з високим науковим потенціалом вузу. Хочеться відмітити дуже швидке протікання процесу, що свідчить про високу внутрішню готовність керівництва до схожого роду піонерських рішень.
З нових проектів, які тоді відпрацьовувалися, можна виділити літак М-4, який зіграв певну роль у «взаємозв’язку» науки і практики (рис. 5).
Він виготовлений за традиційною наборною технологією і обладнаний бензиновим двигуном «Мокі-75». За зовнішнім виглядом він нагадує аматорський легкий літак. Мета його розробки - популяризація нового напрямку шляхом участі в різних авіашоу та використання як «літаючої лабораторії». Літак був обладнаний 14-ма рульовими машинками, «пауер-боксом», чотирма акумуляторними батареями, ефективним глушником, ефективною механізацією і підкриловими вузлами навіски. При злітній вазі 35 кг, він має корисне навантаження 18 кг. Для літака були виготовлені підкрилові штанги для АХР, які кріпилися на штатних вузлах. На літаку також відпрацьовувалася система живлення двигуна, що складається із заправного двохходового крану, декількох паливних фільтрів, розхідного баку і системи трубопроводів. Крім того, на двигуні використано кілька датчиків Холла для удосконалення системи запалювання.
У свій час на літаку М-4 за ініціативи професора С. Іщенко встановлювалися різні датчики та вимірювачі для дослідження нестаціонарних явищ в аеродинаміці.
У зв'язку з цим слід зазначити, що багато засновників наукових шкіл НАУ з інтересом відгукнулися на пропозицію проректора В. Харченко про об'єднання результатів роботи конструкторів і вчених. У числі перших були вже згадувані професор С. Іщенко, професори Е. Ударцев, А. Тунік, Г. Юн, С. Дмитрієв та багато інших.
У подальшому літак М-4 часто використовували для демонстраційних польотів на авіасалоніах «Авіасвіт ХХІ» у 2002 - 2006 рр.
Продовженням робіт, пов’язаних з проектом М-4, стало створення в 2004 році БПС М-6 за проектом «Жайвір» (рис. 6).
БПС М-6 «Жайвір» (пат. України № 34952) має невеликі розміри і при максимальній злітній вазі 12 кг відрізняється тим, що система викиду трихограми (пат. України № 43459) інтегрована в конструкцію.
БПС М-6 «Жайвір» (пат. України № 34952) має невеликі розміри і при максимальній злітній вазі 12 кг відрізняється тим, що система викиду трихограми (пат. України № 43459) інтегрована в конструкцію.
Літак оснащений велосипедним шасі і стартує «з руки» або зі спеціального лафета - катапультного пристрою КП-1, яке розроблялося як мобільний засіб розгону "безпілотників" з вагою до 30 кг (рис. 7).
КП-1 має рухому каретку, яка підганяється за допомогою певної кількості гумових джгутів. Зверху каретки змонтований механізм утримування та автомат відчіплення літака. Гальмування каретки у кінці пробігу відбувається за допомогою пружного демпфера. Варто відзначити, що методи та способи розгону каретки можуть бути найрізноманітнішими, і тому розробники НАУ сьогодні, використовуючи направляючу частину від КП-1, працюють над іншими пристроями катапультного розгону БПС.
Час диктував нові вимоги до застосування літака М-6 «Жайвір». Тому, в перебігу 2007 - 2009 років літак отримав ще кілька «професій».
Насамперед, посередині фюзеляжу з'явилися «щоки», за якими знаходився цифровий фотоапарат на поворотній платформі. Платформа «підверталася» сервоприводом на кут зносу, що дозволяло виключити «ялинку» під час аерофотознімання у великих масштабах. Крім того, для передачі зображення в реальному часі була застосована кольорова відеокамера з власним передавачем і антеною в обтічнику.
Ще одна «професія» літака - дистанційні дослідження сходження цукрових буряків з одночасним формуванням карти розподілу інтенсивності сходження. Для цієї мети використовували наземний пункт управління (НПУ), який допомагав у літаководінні, зборі та обробці отриманої інформації.
Варто відмітити, що у перевірці аеродинамічних характеристик літака М-6 активну участь приймала група під керівництвом професора А. Туніка. Навігаційне забезпечення і авіоніку на літак готувала група під керівництвом В. Кондратюка (науковий керівник – професор В. Харченко).
Крім цього, питання застосування БПС М-6 на аерофотозйомці розглядала співробітниця НАУ Т. Лаврик, а питання застосування літака на АХР – н.с. О. Рибальченко.
Проблема підвищення надійності польотів БПС впритул торкається основи його компонування. Потрібно нагадати, що два двигуни з цієї точки зору, завжди краще, ніж один. У зв'язку з цим, в 2005 році керівництву НАУ був запропонований проект «Небесний патруль», який мав на меті отримання двомоторного маршрутного БПС зі стартовою масою близько 100 кг. Серед компонувальних схем розглядалися найрізноманітніші, в тому числі і «тандемна», як у «Хантера». Однак вибір був зроблений на користь несподіваної - тандемної, асиметричної (рис. 8).
На думку розробників, вона повинна була дозволити отримати низький рівень впливу передньої силової установки на цільове навантаження, яке розміщується, як правило, в гондолі. Літак отримав назву М-7 «Небесний патруль» (пат. України № 33977). Його створенням в НАУ займалися протягом 2006-2007 рр. Компенсація шкідливих моментів від розміщення двигунів виконується відповідним «викошуванням» останніх. Літак неодноразово демонструвався на авіасалонах в 2008-2010 рр. На ньому були відпрацьовані технологія отримання композитних виклейок, деякі способи і прийоми отримання технологічних роз'ємів і багато іншого. Підйом літака здійснений у 2008 році.
Перші випробування показали, що розроблене компонування, маючи багато переваг, не дозволяє отримати відповідні характеристики на зльоті, через практично відсутнє обдування центроплана крила потоком від силових установок. Крім того, потужність наявних двигунів була також недостатньою.
Тому, незважаючи на переваги первинного компонування в крейсерському польоті (майже "чисте" крило), в 2009 році компонування було змінене на традиційне - двигуни з тягнучими гвинтами на центроплані крила. Літак отримав індекс М-7Д "Небесний патруль" (рис. 9).
На літаку встановлені два двигуни по 15 к.с. і стартова вага доведена до 150 кг. Запас палива в 20 л дозволяє йому на крейсерському режимі подолати відстань близько 800 км на швидкості 190 км/год. Збільшені розмах крила і площа, хороша механізація, щілинний закрилок і щілинний флаперон дозволяють йому впевнено стартувати в літаковому режимі навіть з "важкою" і короткою ЗПС. На випробуваннях 2010 року в зимових умовах (температура повітря була близько –10оС, , а сніжний щільний покрив - близько 10 см.) літак при стартовій вазі 80 кг пробіг до відриву 17 м (закрилок на -20о).Розрахункова довжина розбігу повністю спорядженого літака – близько 38 м. Цільове навантаження літака складає 50 кг. У процесі розробки знаходиться автопілот (на основі інтегрованих СНС/БІНС), елементи бортової дубльованої електромережі, наземні пристрої та багато іншого.
Завершальним етапом за проектом "Небесний патруль" було закінчення на початку 2011 року робіт над комплектом документації для створення літака М-7В5 зі стартовою масою до 200 кг (рис. 10).
Літак розрахований на польоти з перевантаженнями до 4 одиниць на маршрутну відстань близько 1500 км. Залежно від варіанту цільового навантаження (20-70 кг) вказана відстань може змінюватися в межах 1200-2700 км при тривалості польоту 7-15 год. На літаку будуть використані два двигуни загальною потужністю 50 к.с. Відмінними рисами М-7В5 є модульність конструкції, «Н» - подібне хвостове оперення, полегшення переведення з транспортного положення в робоче і більш досконалі життєво-важливі системи. Зокрема, буде використана БПС-балістична парашутна система. Як і в попередньому варіанті (М-7Д), М-7В5 буде володіти високими злітно-посадковими характеристиками. Розрахунковий розбіг повністю спорядженого літака складає близько 75 м. Крило літака для цієї мети оснащене великим щілинним висувним закрилком і щілинними флаперонами.
НВЦБА «Віраж» володіє сучасним композитним виробництвом, розрахованим на дрібносерійний випуск БПС та їх компонентів. В технологічному плані наші літаки – це практично повністю композитні вироби з використанням скло-, вугле- та інших типів наповнювачів. НВЦБА «Віраж» орієнтується на випуск повноцінного продукту, в практично замкнутому циклі з наступною сервісною підтримкою і підготовкою персоналу.
Оскільки планується регулярне використання наших БПС у повітряному просторі України, то з цією метою готуються відповідні сертифікаційні документи. При розробці життєво важливих систем БПС до роботи підключаються спеціалісти та вчені відповідних кафедр НАУ.