Шуба для дрона
Холод — враг работоспособности. Причем не только у людей, но и у телефонов и даже дронов. У них-то шуб и пальто как у нас нет. Или уже есть? Сегодня мы расскажем про систему отопления для дронов.
Прежде всего, стоит уточнить, что при изготовлении «шубы» для дрона ни одно животное не пострадало. Ведь она из пенопласта. Об этом позже, давайте разбираться с самого начала. Разработкой занимается ассистент Кафедры эксплуатации и управления аэрокосмическими системами Павел Назаренко.
Павел Назаренко
Ассистент Кафедры эксплуатации и управления аэрокосмическими системами
Почему холод такая проблема для дронов? Самая главная причина — аккумулятор. Он схож с тем, что у вас в смартфоне. Причина того, что батарея быстро разрежается, — замедление процессов в ней. Меньше энергии передается и больше теряется. Как сохранить эффективность батареи? Поддерживать ее температуру!
— Мы решили создать термокейс, который поддерживал бы определенную температуру, потому что эксплуатация дронов, в нашем случае квадрокоптеров, всегда ограничена температурой выше +10 градусов. Это написано в технической документации, но не соответствует потребностям человека. Например, сейчас осуществляется программа по освоению Арктики. Я сам с севера и знаю, какие морозы там бывают. То есть если кому-то нужно сделать съемку, например, для поиска человека, при минусовых температурах это невозможно. У нас большие леса. Каждый раз поднимать вертолет — дорого. Легче приехать на вездеходе, запустить дрон и осмотреть большую территорию за 10−15 минут. Это может спасти жизни.
Павел Назаренко
Ассистент Кафедры эксплуатации и управления аэрокосмическими системами
Так как даже при температуре +10 есть риск потери эффективности аккумулятора, было решено взять температурный диапазон от +25 до +35 градусов. Аккумулятор нагревается до +35 с помощью нагревательного элемента, остывает постепенно благодаря термозащите. Как только температура доходит до +25, термодатчик это фиксирует и вновь включается подогрев. Конструкция несложная и собрана из простых доступных материалов, что делает ее эффективной и бюджетной.
— Мы проводили испытание в тепловлагокамере. Сделали для этого модель квадрокоптера, потому что размеры университетской камеры не позволяют поместить в нее дрон стандартных размеров. Там проводились испытания при -30 градусах. Если модель летала при комнатной температуре 16 минут, то в этих условиях всего 3 минуты. При использовании кейса квадракоптер повысил время до 9 минут. Можно увидеть хороший скачок, притом что система находится в разработке и использовались максимально доступные материалы. Мы планируем увеличить время до 12 минут.
Павел Назаренко
Ассистент Кафедры эксплуатации и управления аэрокосмическими системами
Какие решения могут улучшить разработку?
Для начала — уменьшить токопотребление и увеличить скорость нагрева. В проекте использовалась обычная медная проволока как нагревательный элемент. Усовершенствовать можно и теплосохраняющую камеру: взять менее теплопроводный материал и повысить жесткость конструкции. Еще одно улучшение — это поиск оптимального микроконтроллера. Изначально использовался ArduinoUno, который подпитывается кроной, батарейкой. При переходе на другой вид платы, например, ArduinoNano или отечественную Iskra такая массивная батарейка не понадобится, следовательно, уменьшится и вес кейса. Термодатчик также может выдавать результаты с погрешностью. Прототип можно усовершенствовать по многим параметрам, от этого возрастет время работы, но стоимость также повысится.
Оптимальный вариант крепежа тоже пока разрабатывается, так как размещение батареи разное. Когда она находится с внешней стороны и ее можно вывести за пределы корпуса, закрепив на нем термокейс, — это самый простой путь для монтажа. Но бывают случаи, когда батарея находится глубоко внутри. Тогда установка кейса почти невозможна. Поэтому при использовании «шубы» стоит правильно подбирать модели дронов. Сейчас одной из задач разработчиков является уменьшение размера кейса. Есть и другое решение: перепечатать обшивку на 3D-принтере с увеличенным местом под термокейс, но тогда могут быть проблемы с гарантией производителя на починку.
— Плюсы разработки в том, что она не требует высоких затрат как при техническом обслуживании, так и при ремонте. Есть дроны, которые предназначены для эксплуатации при низких температурах, но они дорого стоят, а также требуют особых деталей. Следовательно, такие коптеры будет очень проблематично починить. А так как на дальнем сервере и в Арктике нет сервисов обслуживания такого оборудования, то и гарантия после самостоятельного ремонта будет снята. В то время как «шуба» по себестоимости очень дешевая и не требует дорогого ремонта или каких-то особых навыков для ее установки.
Павел Назаренко
Ассистент Кафедры эксплуатации и управления аэрокосмическими системами
А теперь представьте, что вечером 31 декабря вы забыли купить горошек для оливье. Времени сбегать в магазин нет. Заказываете дрон-доставку. Вам привозят долгожданный горошек. Теперь можно встречать Новый год. А все почему? Потому что дрон в «шубе»!
Были произведены и некоторые экономические расчеты: изготовление термокейсов в рамках университета возможно со скоростью пять кейсов в день. К этому можно привлечь студентов для получения практики. Университетское образование больше заточено под теоретическое обучение, а такие проекты помогут понять, как применять формулы и алгоритмы в реальной жизни. Студенты смогут научиться паять платы и программировать их.
