В ТГУ создают отечественный аналог прочного квадрокоптера

Студенты физико-технического факультета Томского государственного университета спроектировали с применением 3D-технологий новую конструкцию квадрокоптера для производства с использованием отечественных компонентов. Задача включала создание усиленного аналога коммерческого дрона DJI Mavic 3 Pro с расчетом прочности конструкции при соударении с препятствиями при аварийных посадках. Выпускные работы студентов стали частью инженерного проекта, который ТГУ выполнял по заказу компании-разработчика беспилотников.

Факультет получил этот проект после победы в конкурсе «Подготовка молодежных команд» от Университета 2035 в рамках федерального проекта «Кадры для беспилотных систем», сообщает пресс-служба ТГУ. Задачи для участников формулировали промышленные компании. В одной из таких заявок ставилась цель разработать новую, усиленную конструкцию БПЛА, способную выдерживать падение с трех метров без разрушений.

Такие беспилотники активно применяются в гражданской сфере для доставки посылок, мониторинга сельскохозяйственных угодий, аэросъемки и других задач. Зачастую дроны выходят из строя по вине внешних воздействий и внутренних сбоев. Студенты ТГУ разрабатывали цифровые двойники конструкций беспилотников, моделировали экстремальные условия эксплуатации и определяли, как распределяются напряжения в корпусных элементах.

Большинство серийных дронов подобного типа рассчитаны на идеальные условия работы — взлет и посадку с ладони или ровной поверхности. На практике это не всегда возможно: при нештатных ситуациях — сбоях связи, разряженных батареях или порывах ветра — аппараты теряют управление и падают на неподготовленные поверхности. Легкие пластиковые корпуса таких моделей обычно не выдерживает ударов и ломаются.

Заказчик поставил задачу разработать конструкцию корпуса с повышенной прочностью. Коммерческий аналог, на который ориентировались студенты, стоит сотни тысяч рублей, и его разрушение при первом падении — серьезный риск для эксплуатирующей организации.

«Задача пришла от промышленного партнера, который занимается массовым производством отечественных беспилотников. Нужно было создать модель квадрокоптера, аналогичного Mavic 3 Pro, но разработанного на отечественной базе и с увеличенным запасом прочности. Конструкция должна выдерживать в три раза большую нагрузку, чем предполагается при эксплуатации. Проектирование проводилось с учетом возможностей массового производства: модель должна быть не только прочной, но и пригодной для серийного производства доступными средствами изготовления, например литьем пластмасс или аддитивной печатью», — рассказал доцент кафедры механики деформируемых твердых тел Александр Козулин.

Подобные беспилотные технологии могут применяться в обследовании строительных конструкций, сельском хозяйстве, экологическом мониторинге и геодезии. Квадрокоптеры с надежной конструкцией и устойчивостью к ударным нагрузкам используют для аэрофотосъемки, анализа состояния посевов, построения карт и обследования труднодоступных территорий. Прочность корпуса особенно важна в условиях, где дрону приходится многократно взлетать, садиться на неровные поверхности и работать при переменчивой погоде и воздействии помех.

В ходе работ по обратному проектированию студенты создали цифровые 3D-модели известного квадрокоптера двумя способами — по имеющимся в открытых источниках фотографиям и 3D-сканированием реального объекта. На основе полученных данных они провели серию численных расчетов по определению напряженно-деформированного состояния спроектированной конструкции БПЛА. Чтобы проверить точность расчетов, студенты сравнили результаты с данными испытаний — заказчик сбрасывал дроны с разной высоты. Расчеты совпали с результатами эксперимента.

«Образовательная программа, в рамках которой подготовлены бакалаврские работы ребят, предусматривает не просто обучение навыкам нажимать кнопки в специализированных программных комплексах, но и глубокое погружение в теоретический материал инженерного анализа. Этот факт является сильной стороной любой конкурсной заявки, поэтому нам регулярно удается выигрывать подобные конкурсы: наши молодые соисполнители имеют высокий уровень подготовки», — рассказал Александр Козулин.

В итоге создана цифровая модель корпуса БПЛА, пригодная для производства. Также на ее основе студенты разработали алгоритм расчета для динамического анализа при ударных нагрузках, позволяющий учитывать и вносить изменения в конструкцию уже на этапе проектирования.

На промежуточном этапе работ установлено, что разработанная конструкция требует доработки: коэффициент запаса прочности при падении с высоты в три метра оказался меньше требуемого, но сам алгоритм подготовки модели и расчетов признан рабочим и будет применяться для последующих итераций в совершенствовании конструкции. Проект также будет продолжаться, а наработанные результаты — внедряться в учебные процессы.

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.