Исследователи Массачусетского технологического института (MIT) в США разработали новые алгоритмы планирования траектории и управления, которые существенно усиливают преимущества маневренности и универсальности тейлситтера – гибридного типа летательных аппаратов. Об этом сообщает официальный сайт MIT. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Тейлситтер – это особый тип летательных аппаратов, сочетающий свойства коптера и самолета с неподвижным крылом. Он взлетает и приземляется вертикально («сидя» на хвосте на посадочной площадке), а в ходе полета переориентируется в горизонтальное положение. Эти универсальные летательные аппараты – более быстрые и эффективные, чем дроны-квадрокоптеры, могут летать над большой территорией, как самолет, а также парить в воздухе, как вертолет, что делает их хорошо подходящими для таких задач, как поисково-спасательные операции.
Конструкция тейлситтера была изобретена Николаем Теслой еще в 1928 году, но никто до сих пор не пытался всерьез реализовать ее на практике из-за сложностей управления движением подобной конструкции. Даже при сегодняшних технологиях исследования и разработки, как правило, сосредотачиваются на летательных аппаратах, которыми можно управлять более простыми методами, например, на квадрокоптерах.
Специалисты MIT дополнили преимущества тейлситтера новыми алгоритмами планирования траектории и управления хвостовым сиденьем, которые позволяют летательным аппаратам выполнять особо сложные маневры, такие как полет вбок или вверх ногами. Новые алгоритмы настолько эффективны в вычислительном отношении, что могут осуществляться в режиме реального времени.
Примечательно, что эта разработка была поддержана частичным финансированием от Исследовательского бюро Армии США.
Эзра Таль, научный сотрудник Лаборатории систем информации и принятия решений (LIDS) и его коллеги из MIT использовали алгоритмы генерации траектории и управления, чтобы продемонстрировать прототипы тейлситтера, которые выполняют такие сложные маневры, как петли, перекаты и подъемные повороты, и даже представили выполнение тремя аппаратами нескольких синхронизированных акробатических маневров.
Таль и его коллеги использовали модель глобальной динамики, то есть такую, которая применима ко всем условиям полета – от вертикального взлета до полета вперед или даже вбок. Помимо этого, они применили техническое свойство, известное как «дифференциальная плоскостность», чтобы гарантировать эффективную работу модели.
При построении траектории ключевым шагом является обеспечение того, чтобы самолет смог реально пролететь по запланированному пути – то есть учесть минимальный радиус поворота, исключив слишком крутые маневры. Поскольку тейлситтеры представляют собой сложные системы с закрылками и винтами, они вполне способны осуществить сложные воздушные движения, но это требует множества расчетов.
Используя дифференциальную неравномерность, исследователи MIT смогли вывести математическую функцию, чтобы быстро проверить, осуществима ли заданная траектория. Их подход позволяет избежать многих сложностей системной динамики и планирует траекторию тейлситтера как математическую кривую в пространстве, действуя в реальном времени.
Как объясняет Таль, эти траектории потенциально могут быть очень сложными, с быстрым переходом от вертикального к горизонтальному полету, включая боковые и перевернутые маневры. Но исследователи разработали свой алгоритм таким образом, чтобы он единообразно учитывал все эти разнообразные условия полета.
«Дифференциальная плоскостность была разработана и применена для создания плавных траекторий основных механических систем, таких как моторизованный маятник. Теперь, более 30 лет спустя, мы применили это к летательным аппаратам. Возможно, в будущем мы сможем применить это во многих других приложениях», – добавил аспирант кафедры электротехники и информатики MIT Гильхён Рё, один из соавторов исследования.