Тейлситтер — это самолет, который взлетает и садится вертикально — хвостом на посадочную площадку, а в полете наклоняется горизонтально. Более быстрые и эффективные, чем квадрокоптеры, эти универсальные летательные аппараты могут летать на большие расстояния, как самолет, но при этом зависать, как вертолет, что делает их удобными для решения таких задач, как поиск и спасение людей или доставка посылок. Исследователи Массачусетского технологического института разработали новые алгоритмы планирования траектории и управления тейлситтером, использующие преимущества маневренности и универсальности этого типа летательных аппаратов. Алгоритмы позволяют выполнять сложные маневры, такие как полет в боковом или перевернутом положении, и настолько эффективны в вычислительном отношении, что позволяют планировать сложные траектории в режиме реального времени. Как правило, другие методы либо упрощают динамику системы в алгоритме планирования траектории, либо используют две различные модели: одну для вертолетного режима, другую для самолетного. Ни один из этих подходов не позволяет планировать и выполнять траектории, столь агрессивные, как те, которые продемонстрировала команда Массачусетского технологического института.
Тал и его коллеги использовали свои алгоритмы генерации траекторий и управления для демонстрации тейлситтеров, выполняющих сложные маневры, такие как петли, крены и повороты с подъемом, и даже продемонстрировали гонку беспилотников, в которой три тейлситтера пронеслись через воздушные ворота и выполнили несколько синхронизированных акробатических маневров. Потенциально эти алгоритмы могут позволить тейлситтерам автономно выполнять сложные движения в динамичной среде, например, влетать в обрушившееся здание и избегать препятствий во время быстрого поиска выживших. Вместе с Талем над статьей работали Гилхьюн Рю, аспирант кафедры электротехники и вычислительной техники (EECS), и старший автор Сертак Караман, доцент кафедры аэронавтики и астронавтики и директор LIDS. Результаты исследования опубликованы в журнале IEEE Transactions on Robotics. Решение проблемы траекторий тейлситтеровПроект тейлситтера был изобретен Николаем Теслой в 1928 году, но никто не пытался всерьез построить его почти 20 лет после получения патента. Даже сегодня из-за сложности движения тейлситтера в исследованиях и коммерческих приложениях основное внимание уделяется более простым в управлении летательным аппаратам, например дронам-квадрокоптерам. Существующие алгоритмы генерации траекторий и управления тейлситтерами в основном ориентированы на спокойные траектории и медленные переходы, а не на быстрые и акробатические маневры, которые способны совершать эти летательные аппараты. Учитывая столь сложные условия полета, Тал и его соавторы поняли, что для достижения максимальной производительности этих уникальных летательных аппаратов необходимо разработать алгоритмы планирования траекторий и управления, специально предназначенные для маневренных траекторий с быстро меняющимися ускорениями. Для этого они использовали модель глобальной динамики, то есть модель, применимую ко всем условиям полета — от вертикального взлета до полета вперед и даже вбок. Далее для обеспечения эффективности модели использовалось техническое свойство, известное как дифференциальная плоскостность. При построении траектории ключевым этапом является обеспечение реальной возможности полета самолета по запланированной траектории — возможно, он имеет минимальный радиус разворота, который делает невозможным прохождение особенно крутого поворота. Поскольку тейлситтеры представляют собой сложные системы с закрылками и роторами и демонстрируют столь сложные движения в воздухе, для определения целесообразности траектории обычно требуется множество расчетов, что затрудняет работу традиционных алгоритмов планирования. Используя дифференциальную плоскостность, исследователи из Массачусетского технологического института могут с помощью математической функции быстро проверить, является ли траектория выполнимой. Их подход позволяет избежать многих сложных моментов динамики системы и спланировать траекторию движения тейлситтера в виде математической кривой в пространстве. Затем алгоритм использует дифференциальную плоскостность для быстрой проверки осуществимости этой траектории.
Эти траектории могут быть очень сложными, быстро переходящими от вертикального к горизонтальному полету и включающими в себя маневры в сторону и перевертывание, поскольку исследователи разработали свой алгоритм таким образом, чтобы он равномерно учитывал все эти разнообразные условия полета.
Авиашоу тейлситтеровОни испытали свой метод на практике, спланировав и выполнив ряд сложных траекторий для тейлситтеров в крытом летном поле Массачусетского технологического института. В одном из тестов тейлситтер демонстрирует выполнение скоростного разворота, при котором самолет поворачивает влево, затем быстро ускоряется и снова поворачивает вправо. Также было продемонстрировано «авиашоу», в ходе которого три синхронизированных тейлситтера выполняли петли, резкие повороты и беспрепятственно пролетали через воздушные ворота. По словам Таля, эти маневры было бы невозможно спланировать в реальном времени, если бы в их модели не использовалась дифференциальная плоскостность.
Следующим шагом исследователей из Массачусетского технологического института является расширение алгоритма, чтобы его можно было эффективно использовать для полностью автономного полета на открытом воздухе, где ветер и другие условия окружающей среды могут существенно повлиять на динамику самолета. 23.08.2023 |
Транспорт
В Биробиджане придумали, как избавить дороги от гололеда: больше никаких травм | |
Специальную площадку для проверки устройс... |
Технологии цифрового моделирования изменили разработку новых электромобилей | |
Благодаря цифровому моделированию разработка и... |
В ПНИПУ нашли причину, по которой повреждаются винты малоразмерных самолетов | |
В слоях атмосферы есть переохлажденные капли в... |
В Пензе разработали бионический подводный дрон | |
Новый подводный аппарат разработали в Пен... |
В ОЭЗ «Алабуга» для перевозки грузов запустили роботы-грузовики | |
6 автономных грузовых электрокаров Evocargo N1... |
В МАИ разрабатывается система контроля пилотов для безопасности полетов | |
Современные самолёты оснащены электроникой и&n... |
В НовГУ придумали, как сканировать дефекты дорожного полотна | |
В лаборатории беспилотных систем и цифров... |
Ростех поставил новые вертолеты Ми-8МТВ-1 в российские регионы | |
Холдинг Вертолеты России передал Государственн... |
Глава Минпромторга РФ узнал об импортозамещении Ансата на Дне машиностроителя | |
Холдинг Вертолёты России Госкорпорации Ростех ... |
Communications of the ACM: Беспилотные авто Tesla можно сделать дешевле | |
К 2025 году на дорогах появятся миллионы ... |
На ДЭФ показали макет экологичного водородного поезда | |
В Южно-Сахалинске стартовал Дальневосточный эн... |
Одной бедой меньше: в МФТИ создадут новый способ проверки качества дорог | |
Сотрудники отдела радиофотоники МФТИ создали т... |
В России создают стандарты кибербезопасности для беспилотных автомобилей | |
Профессор Дмитрий Онищенко из МГТУ им. Н.... |
AA&P: Электромобили — более рискованный вид транспорта, чем обычные автомобили | |
Исследование Lero показало, что водители ... |
Будущее зарядных станций для электромобилей обсудили в Московском Политехе | |
В Московском Политехе прошла экспертная сессия... |
В МАИ создали беспилотник для мониторинга со сменными целевыми нагрузками | |
В Московском авиационном институте создали мно... |
ChatGPT поможет автономным автомобилям лучше понимать пассажиров | |
Инженеры Университета Пурдю разработали систем... |
В ПНИПУ повысили точность расчета свойств деталей авиакосмического транспорта | |
В строительстве авиакосмического транспорта ст... |
В ПИШ КАИ повышают эффективность управления дорожным движением | |
Программный комплекс, разработанный молодыми у... |
Science Robotics: Создано морфинг-колесо, преодолевающее любые препятствия | |
Разработана новая технология для создания... |
Journal of Power Sources: ИИ предотвратит возгорание аккумуляторов электрокаров | |
Одна из главных проблем безопасности элек... |
В Московском Политехе предложили новые подходы к стабилизации дронов | |
Магистрант Московского Политеха Владимир Карап... |
В МЭИ создали силовую электронику для БПЛА С-76 | |
Учёные разработали компоненты гибридной силово... |
В МАИ разработали дрон с ИИ для автономного полёта и обработки данных на лету | |
В МАИ создали беспилотный летательный апп... |
В России разработали перспективную беспилотную авиационную систему «Атлас» | |
Макет беспилотной авиационной системы Атлас пр... |
В МАИ назвали 6 ключевых трендов развития отечественной авиации | |
Будущее авиастроения определяют шесть ключевых... |
Эксперт отметил роль региональных центров в развитии авиационной промышленности | |
Помимо Москвы, в развитии авиапрома играю... |
Эксперт МАИ: искусственный интеллект и беспилотные системы — будущее авиации | |
Глава дирекции института Авиационная техника М... |
Environmental Research Letters: Частные самолеты не менее опасны для климата | |
Современные коммерческие самолёты выбрасывают ... |
Научная разработка аспирантки из Военмеха оптимизирует полеты | |
Проект учитывает особенности потока, такие как... |