211service.com
Fancy skrydžiai
Pusantro metro ilgio sraigtasparnis sėdi ant stalo 33 korpuso rūsyje. Vietoj aptakaus stiklo pluošto korpuso jo korpusas yra grubiai lituotas metalinis karkasas su Erector komplekto apdaila. Jis yra utilitarinis, ne dekoratyvinis, bet tai, ko jam trūksta stiliaus, kompensuoja iš esmės. Šis minisparnis gali padaryti tai, ko negali didesni sraigtasparniai. Ir dar svarbiau, kad jis gali juos atlikti naudojant autopilotą. Iš esmės tai yra skraidantis robotas. Išskyrus kilimą ir tūpimą, visi jo judesiai yra valdomi matematinėmis lygtimis.
Praėjusį rudenį mašina, praminta ponu Choperiu, žengė į priekį, kai tapo pirmuoju sraigtasparniu, kuris be žmogaus įsikišimo atliko padalijimo S manevrą – pusę ridenimo, o po to – pusę kilpos. Šis manevras apribojo daugybę aeronautikos ir astronautikos bei Elektros inžinerijos ir kompiuterių mokslo katedrų tyrimų grupės pasiekimų. Aeronautikos ir astronautikos docento Erico Ferono vadovaujama komanda daugiausia dėmesio skiria orlaivių judrumui didinti, kad skraidantys aparatai galėtų atlikti kilpas ir apsisukti ankštose erdvėse. Nariai teigia, kad per ateinančius 10 metų tokios veržlios nepilotuojamos transporto priemonės kaip P. Chopperis galėtų būti naudojamos karinei žvalgybai ir filmuoti filmus.
Manau, kad tai turbūt beprotiškiausias skraidymo projektas visoje šalyje universiteto aplinkoje, sako Feronas, kuris pradėjo dirbti su minisparniais 1998 m., kai stebėjo, kaip nuotolinio valdymo sraigtasparnio pilotas per kelis triukus nukreipia sraigtasparnį. Anksčiau Feronas studijavo automatinio valdymo sistemas, o idėja automatizuoti skrydį sraigtasparniu jį sužavėjo. Jis pasamdė du magistrantus, Alexą Shterenbergą, MNG ‘00, ir aeronautikos ir astronautikos mokslų daktaro kandidatą Vladą Gavriletsą, SM ‘98, kad sukurtų avionikos dėžę, kuri dabar vadovauja pono Chopperio judesiams.
Keturis su puse kilogramo sverianti aviacijos elektronikos dėžė veikia kaip valdytojo akys danguje, nuolat matuojant ir perduodant skrydžio duomenis į žemę. Po trijų kilogramų sraigtasparnio korpusu pritvirtintoje dėžutėje yra trys jutikliai, pasaulinės padėties nustatymo sistemos imtuvas, aukščiamatis ir skrydžio valdymo kompiuteris. Jis susisiekia per Ethernet su antžeminiu kompiuteriu, kurį taip pat sukūrė magistrantai.
Tai, ką Vladas ir jo bendradarbiai padarė, tiesiogine prasme sukūrė visą kompiuterinę sistemą, esančią po sraigtasparniu, iš pagrindinių komponentų, sako Feronas. Jis turi veikti aplinkoje, kuri labai dreba ir ne tik skaičiuoja dalykus, bet ir siunčia užsakymus į fizinius įrenginius.
Norėdami surinkti duomenis, kurie nukreipia sraigtasparnį automatinio skrydžio metu, Shterenbergas ir Gavriletsas įrengė laivą pagal užsakymą pagamintą duomenų gavimo dėžutę. Nuotolinio valdymo sraigtasparnio pilotas Raja Bortcosh vedė sraigtasparnį per daugybę manevrų, o dėžutė užfiksavo jo komandas ir sraigtasparnio jutiklio išėjimus. Gavriletsas teigia, kad naudodamiesi šiais duomenimis galėjome atkurti, kaip pilotas nukreipia sraigtasparnį atlikti manevrus. Ir tada mes galėjome sukurti pirmąjį dinaminį sraigtasparnio modelį - matematinį modelį akrobatinio skrydžio metu, ko dar niekada nebuvo padaryta. Kai jie atkūrė skrydžio komandas kaip matematines lygtis, mokslininkai, prie kurių prisijungė doktorantas Bernardas Mettleris, aeronautikos ir astronautikos magistrantūros studentas Ioannis Martinos ir elektrotechnikos bei informatikos magistrantė Kara Sprague '01, MEng '02, užprogramavo informaciją P. Chopperio kompiuteris, leidžiantis mašinai pačiai dubliuoti manevrus.
Mettleris, kurio doktorantūros studijos Carnegie Mellon universitete buvo sutelktos į miniatiūrinių sraigtasparnių modeliavimą ir valdymo būdus, pažymi, kad norint įgyti sraigtasparnio valdymo įgūdžių prireikia ne vienerių metų, todėl šiuos įgūdžius atkartoti kompiuteriu nėra lengva. Pasak jo, MIT autonominių sraigtasparnių grupė, sėkmingai vykdydama akrobatinius manevrus, pasiekė naują skrydžio atlikimo lygį, valdant kompiuteriu.
Norėdami išbandyti savo matematinius modelius, mokslininkai sukūrė skrydžio treniruoklį su pasikartojančia aviacijos elektronikos dėžute ir sąsaja. Naudodami treniruoklį jie gali stebėti sraigtasparnio judėjimo trimatį vaizdą visur, kur jį nukreipia jų modeliai. Komanda bando pašalinti visus matematinius treniruoklio netikslumus prieš išbandydama komandas su sraigtasparniu.
Lauke, sraigtasparnyje užprogramavęs pasirinktą matematinį algoritmą, pilotas valdo sraigtasparnį, kai šis kyla nuo žemės. Nukreipdamas jį skristi tam tikroje vietoje ir aukštyje, pilotas perjungia jungiklį, kuris įjungia sraigtasparnį į autopilotą. Sraigtasparnis vadovaujasi algoritmo instrukcijomis ir atlieka manevrą pagal nustatytus aukščio, greičio ir atstumo parametrus, o visą laiką tyrėjai stebi jo skrydžio duomenis antžeminiame kompiuteryje. Baigęs manevrą, sraigtasparnis grįžta į sklandymo padėtį, o pilotas perima rankinį valdymą ir nuleidžia skeltuvą.
Dėl treniruoklio ir tyrėjų sugebėjimo išbandyti matematinius modelius prieš pakildamas į dangų, sraigtasparnis sudužo tik du kartus per savo ketverių metų istoriją, nepaisant to, kad, kaip sako Feronas, langai, skirti klysti ir atsigauti. jie itin siauri. Abi gedimai kilo dėl aparatinės įrangos gedimų, o ne dėl skaitmeninių klaidų.
Tačiau praėjusį rudenį komandos nariai stebėjo netikėtą avarinio atkūrimo procedūrų testą – užprogramuotas instrukcijas, kurios nukreipia sraigtasparnį reaguoti į kartais klaidingus jutiklių duomenis. Jie išbandė algoritmą, kuris iki tol buvo išbandytas tik simuliatoriuje. Modelis turėjo nukreipti sraigtasparnį atlikti du automatinius manevrus iš eilės: eleronas - kamščiatraukis panašus manevras, o po to - split-S. Tačiau kai atėjo laikas realiai atlikti manevrus, iškilo problema: kapotuvas išlipo iš riedėjimo, gavo klaidingus duomenis apie savo padėtį ir į tai sureagavo spirale. Užuot mėginusi perimti ir gelbėti sraigtasparnį, komanda laukė, ar plaukiojančios priemonės jutikliai gaus teisingus duomenis, pagal kuriuos galėtų veikti. Jų džiaugsmui būtent taip ir atsitiko. Be pagalbos sraigtasparnis atsigavo po nardymo ir grįžo į pradinę padėtį.
Viena dramatiškiausių skrydžio akimirkų įvyko, kai sraigtasparnis pirmą kartą atliko split-S. Tyrėjai numatė, kad jis nukris 36,5 metro per 2,5 sekundės, kai išlips iš S splito, ir taip nutiko. Tačiau kritimas, panašus į klaidos sukeltą laisvą kritimą, buvo labiau nervingas, nei tikėtasi. Simuliatoriuje tai neatrodo beveik taip dramatiška, kaip iš tikrųjų matant, sako Gavriletsas. Tai buvo tikrai laukinė!
Dėl savo gebėjimo atlikti griežtus posūkius, kilpas ir riedėjimus, miniatiūrinis sraigtasparnis puikiai tinka miesto ir gamtos peizažams, sako Mettler. Jis jau buvo panaudotas filmuojant filmą Niujorke, nors už tai M. Chopperis veikė žmogaus kontroliuojamas. Prie pagrindo pritvirtinta kamera užfiksavo skrendančius balandžius, skirtus 2000 m. Emmy apdovanojimą pelniusiam dokumentiniam filmui Nacionalinė geografija . Sraigtasparnyje įmontuota vibracijos izoliavimo sistema, kuri skrydžio metu amortizuoja avionikos kompiuterį, leido net filmuoti. Aparato stabilaus fotografavimo galimybė ir jo manevringumas sulaukia pramogų pramonės susidomėjimo, nes mašina gali būti naudojama nebrangiai filmuoti triukus.
Tačiau Feronas ir jo komanda dažniausiai aptaria karinius pritaikymus. Galų gale, NASA, Karinio jūrų laivyno tyrimų biuras ir Gynybos pažangių tyrimų projektų agentūra finansuoja projektą. Praėjusį rudenį komanda parengė aviacijos šou programą, skirtą parodyti, kad sraigtasparnis gali savarankiškai atlikti suplanuotą misiją – tai yra būtina tokiam kariniam naudojimui kaip žvalgyba.
Susiję darbai (su didesniais sraigtasparniais) vyksta kituose universitetuose, įskaitant Carnegie Melloną ir Džordžijos technologijos institutą, tačiau tyrėjai pripažįsta MIT pažangą. „Georgia Tech“ asistentas Ericas Johnsonas, SM ‘95, sako: „Mano nuomone, Erico Ferono ir jo komandos naujausių rezultatų įtaka buvo vienareikšmiškai parodyta, kad nepilotuojami orlaiviai gali veikti labiau kaip pilotuojami orlaiviai.