Студенты института № 1 "Авиационная техника" МАИ Георгий Брезгин и Павел Андреев работают над уникальным беспилотным самолетом для сельскохозяйственных нужд, по ряду характеристик не имеющим аналогов в мире. Основное назначение самолета - распыление химикатов над посевами для борьбы с сорняками и вредителями. По мнению авторов, новый беспилотник сможет занять пустующую нишу между квадрокоптерами и сверхлегкими пилотируемыми самолетами благодаря важным преимуществам и перед теми, и перед другими.

Весной этого года проект удостоился второго места на Международной молодежной научной конференции "Гагаринские чтения".

Идея проекта

Идея создать беспилотный самолет возникла у Георгия Брезгина еще до поступления в МАИ.

- Темой беспилотников я увлекся в средних классах, - рассказывает маевец. - В 10 классе появилось желание создать что-то действительно уникальное, но так как уже тогда рынок был перенасыщен квадрокоптерами, умеющими лишь летать с камерой, не было никакой нужды разрабатывать еще один. С другой стороны, проводя много времени в сельской местности, я видел острую нехватку аппаратов для улучшения качества урожая. Именно поэтому я и выбрал нишу беспилотных летательных аппаратов для авиационных химических работ.

Изначально самолет был задуман как средство для орошения небольших земельных участков, однако вскоре Георгий отказался от этой идеи из-за низкой эффективности такого аппарата. Так появилась цель создать самолет для ультрамалообъемного внесения химикатов.

Работа над аппаратом

Первый вариант самолета имел бак для химикатов емкостью 20 литров. После поступления в МАИ и знакомства с Павлом Андреевым Георгий переосмыслил проект. Павел оптимизировал конструкцию аппарата в программе КОМПАС-3D. Вместимость бака была увеличена до 70 литров. Кроме того, Павел разработал специальную систему для микрокапельного опрыскивания.

Изначально работа над проектом велась под руководством студента третьего курса кафедры 101 "Проектирование и сертификация авиационной техники" Александра Широкова и аспиранта той же кафедры Дениса Прокопенко. Сейчас научным руководителем ребят является заместитель директора центра "Беспилотные летательные аппараты" МАИ Максим Юрьевич Калягин.

В настоящий момент ребята продолжают заниматься проектированием конструкции второй версии самолета. Параллельно в мастерской Георгия ведется изготовление первой версии для проведения летных испытаний и внесения поправок во второй вариант. К настоящему времени из древесины изготовлены фюзеляж, хвостовое оперение, частично - крыло.

- На данный момент проделан анализ рынка сельскохозяйственной авиации и беспилотных летательных аппаратов и построена 3D-модель второй версии будущего самолета, - говорит Павел. - Ее мы используем для более точной компоновки агрегатов, а также при уточнении геометрической информации для аэродинамических расчетов. Также визуализация нашей разработки и вносимых изменений позволяет избежать многих проблем на этапе проектирования планера второй версии самолета.

Преимущества беспилотного самолета

Беспилотник маевцев сможет обрабатывать те или иные участки поля в полностью автономном режиме в соответствии с программой, загружаемой в полетный контроллер. Взлет и посадка будут осуществляться автоматически на заранее подготовленный участок. Также оператор сможет осуществлять управление самолетом по протоколу Fly-by-Wire, то есть его действия будут ограничены в рамках допустимых значений по каналам крена и тангажа. При этом по некоторым характеристикам разработка превосходит существующие аппараты, способные выполнять те же задачи.

- Все аппараты, выполняющие авиахимические работы, можно поделить на три группы, - объясняет Георгий. - Это коптеры, сверхлегкая авиация и "тяжелая" авиация, например Ан-2 и Air Tractor. Коптеры зарекомендовали себя как безотказные и простые в управлении машины, но они существенно ограничены в массе полезной нагрузки и полетном времени - объем бака для химикатов составляет всего 20-40 литров, а время полета коптеров - 15 минут с полной загрузкой. Но, несмотря на недостатки коптеров, их распылительные системы обладают самым малым размером капли среди всех аппаратов - 0,1 микрон, поэтому дроны успешно выполняют задачи ультрамалообъемного опрыскивания. При таком малом размере капли во время пролета коптера над растениями создается мелкодисперсное облако, которое длительное время "висит" в воздухе, обволакивая листья. У сверхлегких самолетов размер капли больше, как минимум, в 100 раз - от 10 до 60 микрон.

Аппарат маевцев занимает нишу между коптерами и сверхлегкой авиацией. Размер капли у него больше, чем у коптеров, в 10-15 раз, однако он выигрывает в скорости обработки и объеме бака. Таким образом, разработка сопоставима по характеристикам со сверхлегкими самолетами, но в то же время не нуждается в пилоте.

- Мы предлагаем рынку совершенно новое решение, - продолжает Георгий. - Агрохолдингу больше не нужно нанимать квалифицированных пилотов и обслуживать дорогостоящие сверхлегкие самолеты. С поставленной задачей отлично справится неприхотливый и дешевый в обслуживании беспилотный самолет.

На самолете будет применена задняя центровка, которая существенно улучшит его скоростные характеристики. При такой схеме центр тяжести находится за центром давления, а горизонтальное оперение участвует в создании подъемной силы.

- Исключаются потери на балансировку, составляющие 3-8% на самолетах, выполненных по нормальной балансировочной схеме, - говорит Павел. - Вкупе с бипланной коробкой данное решение обеспечивает невероятно низкие скорости сваливания, что сокращает посадочную дистанцию и делает полеты над полем более безопасными. Так, при полной загрузке сваливание на закрылках происходит на скорости 65 км/ч, а в посадочной конфигурации с пустым баком - 44 км/ч, соответственно, скорость посадки составляет всего лишь 52,8 км/ч, а скорость ведения авиахимических работ - 80-90 км/ч.

Использование разработки актуально на полях малых размеров - не более 200 гектаров. Норма внесения химикатов для рентабельной работы самолета составляет 3-5 л/га, что соответствует применению пестицидов, гербицидов, инсектицидов или десикантов.

В ближайшем будущем маевцы планируют представить свой проект на нескольких всероссийских конференциях, создать конструкторскую документацию и заняться вопросом воплощения второй версии самолета "в металле". По оценкам ребят, выйти на летные испытания самолета удастся уже в 2022 году....