Самолетная система доставки Zipline

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 АКБ собственной конструкции на основе элементов типоразмера 18650 (Panasonic, судя по цвету) общей емкостью 1.25 КВт*ч. АКБ 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.