Первые испытания беспилотных аэростатов на привязи выявили их главную трудность: относительную неспособность зависать в воздухе при сильном ветре. Потребовался новый подход, и компания Dragonfly Pictures Inc. (DPI) разработала новый класс дронов: дроны на привязи, которые оставались над местом своего нахождения, не смещаясь.
В отличие от многороторных дронов с батарейным питанием, которые требуют замены батарей каждые 20 минут, дроны с проводным подключением питаются от электрического кабеля, соединенного с базовой станцией. Это позволяет им оставаться в воздухе в течение нескольких часов или даже дней. Многороторные дроны с проводным подключением от DPI предназначены для отслеживания и следования за мобильными базовыми аппаратами, такими как корабли, лодки, грузовики и другие беспилотные транспортные средства, как морские, так и наземные.
Они обладают рядом преимуществ перед беспилотниками с неподвижным крылом, таких как возможность вертикального взлета и посадки без необходимости в взлетно-посадочной полосе, пусковой установке или спасательном оборудовании. В отличие от воздушного шара, они также позволяют сохранять стационарное положение даже в неблагоприятных погодных условиях или при резких изменениях скорости ветра.
Беспилотные летательные аппараты DPI, работающие на тросах, прошли многочисленные испытания в реальных условиях эксплуатации и в настоящее время находятся на этапе сертификации ВМС США для использования в морской среде в целях разведки, наблюдения, рекогносцировки, связи и видеонаблюдения.
Как преодолеть огромные конструктивные сложности:
привязанный дрон UMAR (Unmanned Multirotor Aerial Relay) военного и промышленного класса от DPI выдерживает дождь, снег, пыль и жару, а также оптимизирован для морской среды с соленой водой.
Беспилотники UMAR особенно выгодны тем, что благодаря непрерывному электропитанию могут работать непрерывно более 400 часов на высоте до 500 футов (приблизительно 150 м). Однако такая конструкция сопряжена со значительными трудностями. Питание от основного аппарата к многороторному дрону должно подаваться при очень высоком напряжении и низком токе, что позволяет использовать максимально тонкий и легкий кабель, тем самым увеличивая мобильность и грузоподъемность дрона.
Беспилотники UMAR, обладающие рабочей мощностью от 8 до 10 кВт, чрезвычайно мощны и надежны, способны постоянно удерживать стационарное положение в неблагоприятных условиях морских штормов. Эта задача часто усугубляется турбулентностью и волнами, влияющими на положение базирующего судна. Поэтому беспилотникам необходимы возможности и маневренность для увеличения скорости вращения роторов, наклона и выполнения маневров короткими или продолжительными рывками, в зависимости от условий, для поддержания высоты с мгновенным временем отклика.
Внутри многороторного дрона преобразование высокого напряжения должно осуществляться в минимальных габаритах и с минимальным весом. Восемь независимых роторов на борту UMAR требуют сложной, взаимосвязанной схемы на печатной плате, чтобы любое сэкономленное место на силовых компонентах можно было использовать для других компонентов, повышающих его ценность.
«Силовые модули Vicor позволили нам снизить вес всех компонентов дрона, чтобы увеличить высоту и скорость, а также нести полезную нагрузку», — сказал Джо Павельчик, вице-президент по операциям DPI. «Никто другой не предлагает такую высокую удельную мощность, как Vicor, поэтому мы достигли высочайшего уровня маневренности, производительности и управления полетом с помощью их компонентов. Это позволяет привязанным дронам DPI нести больший вес, летать выше и быстрее»
Архитектура, оптимизированная по плотности мощности.
Для удовлетворения этих высоких требований к мощности компания DPI использует в своей системе UMAR низкопрофильные высоковольтные (ВВ) модули BCM® VIA™ от Vicor, обеспечивающие высокоэффективное преобразование (98%) с потерями всего 2% и выделением тепла в диапазоне напряжений от 800 В до 50 В. Компактные размеры и универсальные возможности монтажа ВВ модулей BCM особенно ценны для создания системы с чрезвычайно высокой плотностью мощности и очень малым весом.
Восемь модулей Vicor HV BCM4414, расположенных параллельно, обеспечивают питание восьми независимых роторов дрона UMAR компании DPI, с возможностью совместного использования питания роторами для повышения надежности. Низкий уровень электромагнитных помех (ЭМП) с небольшим количеством высокочастотных гармоник, а также встроенная в модули Vicor HV BCM фильтрация ЭМП позволили минимизировать шум ЭМП, при этом увеличив габариты и вес по сравнению с обычными преобразователями постоянного тока. Без фильтрации шум может влиять на радиочастотную связь между дроном и базовыми кораблями и/или нарушать правила по электромагнитной совместимости.
Помимо испытаний, проводимых в настоящее время ВМС США, технология DPI оценивается различными государственными учреждениями, подрядчиками и другими организациями и показала большие перспективы для других применений, таких как службы экстренной помощи при стихийных бедствиях и мониторинг больших территорий (общественные мероприятия, безопасность стадионов и т. д.).
