З цієї статті ви дізнаєтесь, як працюють основні передавальні та приймальні пристрої на борту БПЛА, зокрема GPS-модулі, телеметричні модеми та відеопередавачі.
384 
У статті описано про різноманіття типів БПЛА, зокрема багатороторні системи та літакові платформи, їх переваги та обмеження. Будуть розглянуті ключові аспекти аеродинаміки, такі як підйомна сила, профіль крила та тягоозброєність, які впливають на ефективність польоту. Також висвітлено рекомендації щодо виявлення та боротьби з безпілотниками, а також особливості планування польотів залежно від погодних умов і специфіки апарата. Це допоможе краще зрозуміти, як обрати та ефективно використовувати дрон для виконання конкретних завдань.
Артилерійські підрозділи, як показує досвід цієї війни, є ключовою силою для завдання вогневої поразки ворогу. Їх ефективність забезпечує 90% успіху операцій, адже до 75% втрат противника припадає саме на удари артилерії. Саме тому тісна взаємодія з артилерією є критично важливою, а її довіра до вас — необхідною умовою. Правила передачі інформації про ціль доволі прості: потрібно надати витяг із таблиці або знімок з БПЛА, координати та характеристику цілі.
Якщо об’єкт рухається і не перебуває постійно в заданій зоні, обов’язково слід вказати часові рамки. У разі оголошення режиму “перемир’я” варто попросити внести вашу ціль до списку запланованих. Робота по таких цілях зазвичай ведеться під час вогню у відповідь на обстріли опорних пунктів.
Для простоти розуміння не розповідатимемо всіх нюансів створення та призначення систем БПЛА, які взято на озброєння та експлуатуються у всьому світі. Ці дані можна легко знайти в інтернеті. Обмежимося вступною лекцією, яка дозволить охочим самостійно знайти всю потрібну інформацію та відповіді на запитання в інтернеті.
Спочатку поговоримо про типи БПЛА, які стають усе популярнішими з кожним днем. Один із найрозповсюдженіших видів — багатороторні системи. Їх також називають мультикоптерами, квадрокоптерами, гексакоптерами або октокоптерами, залежно від кількості гвинтів. Їхня головна особливість — багатомоторна конструкція, яка працює за принципом, схожим до гелікоптера. Основні переваги цих дронів — можливість злітати і сідати без спеціального майданчика, здатність зависати на місці та легкість у керуванні.
Проте є і недоліки. Коптери мають невеликий радіус дії, не підходять для роботи у сильний вітер, дуже чутливі до обмерзання і вимагають більших акумуляторів, ніж літакові моделі.
Багатороторні дрони зазвичай працюють на відстані до 10 км (більшість — до 4 км) і добре себе показують у тиху, спокійну погоду. Їхні робочі висоти зазвичай не перевищують 250–800 м, залежно від обладнання для спостереження. У міській забудові вони дуже ефективні, дозволяючи зазирнути за будівлі чи рельєф. Вони також незамінні у коригуванні артилерійського вогню, адже можуть зависати над ціллю. Часто їх використовують для пошуку ворожих ДРГ поблизу наших позицій уночі, особливо якщо дрон обладнаний тепловізором.
Швидкість роботи таких дронів зазвичай не перевищує 10 м/с, але невеликі коптери у ручному режимі можуть розганятися до 20 м/с.
Другий за популярністю, але не за ефективністю тип БПЛА, — літаковий. Перевагиданоїсистем—велика дальністьдії, більша енергоефективність порівняно з коптерами, менша залежність від погоди. Відстань, яку проходить літаковий БПЛА найпростішого класу — «поля бою», у рази перевершує робочі дистанції коптерних систем. Недоліки літакового БПЛА: необхідність майданчика для зльоту та посадки, більший час на розгортання та підготовку до вильоту, більш складне управління та більша вимогливість до підготовки екіпажу. Застосовуються для аерофотозйомки в денний та нічний час, а за наявності необхідних навичок у екіпажу — для коригування артилерійського вогню.
Існують БПЛА, призначені для виконання завдань РЕР, РЕБ та забезпечення зв’язку. Швидкісний діапазон роботи — від 1 5 до ЗО м\с. Робочі висоти— залежно від обладнання та розмірів апарату, але завжди перевищують 300 м. Зазвичай це діапазон висот 300 — 2000 м. Існує кілька аеродинамічних схем літакових БПЛА. Основні аеродинамічні схеми — класична і «літаюче крило».
Досить часто виникають запитання: як визначити, чи над нашими позиціями працює ворожий безпілотник, чи це просто проліт нашого БПЛА? Як відрізнити дрон від супутника, виявити його та, за потреби, збити? У цьому тексті ми не розглядатимемо спеціальні засоби боротьби з безпілотниками, а зосередимося на основах, які допоможуть бійцям на лінії фронту.
Безпілотники найчастіше працюють уранці та ввечері, коли сонце низько над горизонтом і створює довгі тіні. Оптимальні умови для їх застосування — ясна або злегка хмарна погода, відсутність вітру й туману. У чистому небі дрон помітити важко, але на тлі хмар його видимість значно зростає. Зазвичай спершу чути звук роботи безпілотника, і лише потім його знаходять у небі.
Передбачити напрямок, із якого з’явиться дрон, або траєкторію його польоту складно — усе залежить від рівня підготовки екіпажу. Ворожі БПЛА діють непередбачувано: іноді дотримуються всіх правил безпеки, а іноді повністю їх ігнорують. У темну пору доби ворог використовує дрони з тепловізорами, які найчастіше з’являються ближче до заходу сонця. У нічний час дрони, які фільмують позиції, ніколи не літають із увімкненим світлом. Якщо ж уночі видно яскраву точку, найімовірніше, це супутник, стріляти по якому немає сенсу.
Іноді ворог застосовує тактику “приманки”: у групі дронів один летить зі світлом, привертаючи увагу й провокуючи вогонь, а інші безпілотники фіксують позиції. Такі групи зазвичай працюють на різних висотах і відстанях, що ускладнює їхнє виявлення.
Якщо вирішили стріляти по дрону вдень, треба враховувати його висоту й швидкість, а також характеристики вашої зброї. Наприклад, коптер на висоті 400 м і швидкості 10 м/с вимагатиме випередження прицілу приблизно на 5 м (або 10 його довжин). Це без урахування вітру, який може погіршити точність. Такі знання зазвичай достатні для піхоти.
Політ літальних апаратів, важчих за повітря, можливий завдяки тому, що повітря має масу, інертність і створює опір. Якщо форма літака підібрана правильно, цей опір може частково спрямовуватися вгору, утворюючи підйомну силу.
Більшість підйомної сили літака створюється крилом. У кожного крила є розмах, хорда, площа та профіль. Ці основні параметри крила визначають його можливості. Розмах крила — це відстань по прямій між його крайніми точками, незалежно від форми крила та його стріловидної форми. Розмах крила БПЛА обирається конструктором як компроміс. Збільшення розмаху покращує несучі властивості крила, але знижує його міцність, ускладнює маневреність такого апарата та його транспортування.
Площа крила визначається його контурами, якщо дивитися зверху. Форма крила у плані має велике значення та залежить від призначення літального апарата. Найчастіше використовуються прямокутні крила або трапецієподібні зі звуженням. Звуженням називають співвідношення між кореневою хордою крила (біля фюзеляжу) і кінцевою хордою (на кінцях крила). Для прямокутного крила площа розраховується як добуток розмаху на хорду.
Формула підйомної сили крила має прямі залежності: зі збільшенням площі крила, швидкості руху або щільності повітря його несуча здатність також зростає. Однак важливим параметром є профіль крила. Профілі крил авіамоделей, які нерідко стають основою для бойових БПЛА, відрізняються від тих, що застосовуються у великій авіації. Ці профілі вимагають чіткого дотримання форми, тому дрони зі склопластиковими жорсткими крилами демонструють кращі льотні характеристики, ніж моделі з пінопластовими крилами, які легко деформуються.
При ремонті пошкоджених крил важливо максимально точно відновити їхній профіль, адже завдяки його особливій формі повітря обтікає верхню частину крила швидше, ніж нижню. Це створює різницю тисків, яка формує підйомну силу.
Саме ця різниця тисків — зверху та знизу крила — створює підйомну силу, що тримає літак у повітрі. Фізичний сенс цієї картинки простий — різниця тисків, а отже, підйомна сила залежить від швидкості. Немає швидкості або швидкість недостатня — літак падає. На сьогодні створено досить велику кількість крилових профілів, які систематизовані в спеціальних атласах із зазначенням аеродинамічних характеристик та особливостей, отриманих експериментальним шляхом, під час продування в аеродинамічній трубі. Конструктори при проектуванні БПЛА обирають профіль крила відповідно до призначення літального апарата. Також велике значення для параметрів БПЛА має подовження крила.
За інших рівних умов, найкращі несучі властивості має крило з більшим подовженням. Подовження крила — це відношення розмаху крила до його середньої хорди.
БПЛА з невеликим радіусом дії зазвичай мають подовження крила близько 10 (БПЛА «Мара», м. Харків), а крила БПЛА далекого радіусу дії можуть мати подовження до 19 (MQ-1D Predator, м. Сан-Дієго). Крило великого подовження дозволяє витрачати менше енергії на політ, а отже, літати далі і довше, тобто літак з таким крилом має високу аеродинамічну якість.
Простіше, аеродинамічна якість — це відношення відстані, яку може пролетіти БПЛА з вимкненим двигуном до висоти, яка була при цьому витрачена. Наприклад, при зниженні на 1 км апарат пролетів 20 км — це означає, що його аеродинамічна якість дорівнює 20 км.
Оператори БПЛА — професіонали, які знають, що аеродинамічна якість точніше визначається як співвідношення підйомної сили літака до його лобового опору. Якщо ставитися до дрона недбало, його лобовий опір може суттєво зрости, що призводить до погіршення аеродинамічної якості. Наклейки, краї скотчу, які розвіваються у повітряному потоці, або GPS-трекери, примотані зовні ізострічкою, зменшують відстань, яку може подолати дрон. Це може обернутися тим, що безпілотник не «дотягне» до своїх позицій і впаде на територію, яку контролює противник, що потребуватиме пояснень перед командуванням.
Після кожного польоту необхідно ретельно оглядати БПЛА на наявність ушкоджень і очищати його від забруднень. Наприклад, після посадки в дозріваючий лан пшениці корпус дрона може вкриватися липким соком, пилком і залишками комах. Тому в наборі техніки обов’язково мають бути як вологі, так і сухі серветки для очищення апарата.
Центрування літака — це розташування центру ваги літака щодо хорди крила. Все навантаження на БПЛА має бути розташоване таким чином, щоб центрування не виходило з діапазону допустимих центрувань для конкретного літального апарата. Діапазон центрувань для літаків класичної схеми — від 25 до 35% САХ. САХ — це середня аеродинамічна хорда крила. Для прямокутного крила вона і є хорда, для крил складної форми її знаходять розрахунковим шляхом.
Виробники БПЛА зазвичай для зручності екіпажів вказують місце розташування центру ваги, частіше за міліметри від передньої кромки крила, а найпросунутіші —наносять на крило позначки діапазону центрувань. Піднятий на кінчиках пальців, поставлених на позначки центрування, БПЛА повинен бути у стані байдужої рівноваги. Перевіряти центрування необхідно обов’язково перед кожним зльотом. Наприклад, неточність при установці акумулятора можезначнозмінити центрування. Це спричинить або підвищені втрати енергії на стабілізацію БПЛА в польоті, або навіть негайну аварію на зльоті.
В атмосфері постійно відбуваються динамічні зміни: горизонтальні повітряні потоки переплітаються з вертикальними вітрами різної сили й напрямку, утворюючи вихори, які взаємодіють із потоками, що огинають рельєф місцевості. Щоб безпечно пройти через цей “хаос”, БПЛА повинен мати запас стійкості.
Стійкість визначає здатність безпілотника підтримувати заданий режим польоту без втручання оператора чи автопілота. Якщо стійкості недостатньо, літак вимагає частого ручного втручання для корекції курсу елеронами чи рулями висоти та напрямку. Це призводить до підвищених енергетичних витрат і зменшення дальності польоту. У разі надмірної стійкості апарат стає менш маневровим, що створює додаткові труднощі для оператора.
Тому під час проєктування конструкторами обирається компромісний запас стійкості, який забезпечує баланс між стабільністю та маневровістю. Загальна стійкість БПЛА складається з трьох компонентів: поздовжньої, поперечної та курсової.
Усі зусилля із забезпечення стійкості літального апарата зводяться до поєднання центру тиску літака та його центру тяжіння. Центр тиску літака — це точка застосування суми всіх аеродинамічних сил, що діють на літак. При будь-якому відхиленні центру тиску від центру тяжіння літак починає обертатися навколо центру тяжіння, і ця особливість використовується для управління літаком, що летить. Головне — перемістити центр тиску у потрібний бік та на потрібну величину. Для цього літак має керуючі поверхні: руль напряму, руль висоти, елерони. При відхиленні будь-якого руля центр тиску переміщається і літак змінює своє положення в повітрі.
Крім зазначених аеродинамічних керуючих поверхонь на багатьох БПЛА встановлюються закрилки. Закрилки використовуються для зменшення посадкової швидкості літального апарата.
Тягоозброєність літака — це відношення тяги, що розвивається силовою установкою, до ваги літака. Тобто якщо тяга гвинта дорівнює 2 кг, злітна вага БПЛА — 2 кг, то тягоозброєність такого літака — 1. Сучасні потужні електродвигуни та акумулятори легко дозволяють отримувати енергоозброєність БПЛА більше ніж 1, тобто такий літак може злітати вертикально, як ракета. Але застосування надмірно потужних силових установок на БПЛА є недоцільним насамперед з економічної точки зору. Кожен грам тяги повітряного гвинта коштує грошей.
Повітряний гвинт створює тягу за тим самим принципом, що й крило створює підйомну силу. Профіль лопатей гвинта подібний до профілю крила, а на величину тяги впливають діаметр гвинта, крок, швидкість обертання та щільність повітря. Профіль лопатей залежить від типу двигуна.
Для двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ) лопаті гвинтів зазвичай товщі, оскільки вони витримують значні ударні навантаження. Дерев’яні гвинти найчастіше використовуються з одно- або двоциліндровими ДВЗ через їхню здатність витримувати нерівномірність обертання і уникати утомних руйнувань.
Гвинти для електродвигунів мають тонший профіль, що дозволяє максимально ефективно використовувати переваги електроприводу — плавність роботи, високу потужність і швидкість обертання. Пластикові гвинти складної конструкції додатково знижують опір під час польоту, коли двигун вимкнений.
Як дерев’яні, так і пластикові гвинти можуть бути небезпечними для необережних операторів, завдаючи серйозних травм. Складані лопаті гвинта розкриваються у робоче положення під дією відцентрової сили та складаються при натисканні зустрічного потоку повітря.
Діаметр повітряного гвинта — це діаметр кола, що утворюється при обертанні. Гвинти більшого діаметра менше шумлять, знижуючи помітність БПЛА. Крок гвинта — це шлях уздовж осі обертання, який гвинт пройшов за один оберт, якби його вкручували в тверде середовище.
Максимальна частота обертання повітряного гвинта повинна забезпечувати, щоб швидкість кінчиків лопатей не перевищувала 280 м/сек. Перевищення цього показника призводить до небажаних ефектів, оскільки швидкість кінців лопатей наближається до швидкості звуку. Це викликає різке зниження коефіцієнта корисної дії (ККД) гвинта.
Крім того, зміни щільності повітря, зумовлені погодними чи сезонними умовами, можуть сягати до 20%. У таких несприятливих обставинах тяга гвинта може значно зменшуватися, що особливо важливо враховувати під час зльоту БПЛА.
Деякі виробники радять адаптувати гвинти до сезонних умов, використовуючи різні моделі для літа і зими, щоб забезпечити максимальну ефективність у будь-яких кліматичних умовах.
З усього розмаїття аеродинамічних схем є кілька основних, які найбільш популярні для БПЛА: класична схема з тягнучим гвинтом, класична схема зі штовхальним гвинтом, літаюче крило зі штовхальним гвинтом, літаюче крило з тягнучим гвинтом.
Літаючі крила мають низку переваг порівняно з класичною схемою. Вони є більш технологічними, простіші у транспортуванні та менш вразливі до пошкоджень при неакуратних посадках. Однак відсутність фюзеляжу і хвостового оперення робить такі апарати менш стабільними у тангажі та курсі, оскільки керуючі поверхні мають коротше плече відносно центру ваги.
Літаюче крило складніше запустити з руки, як це можна зробити з БПЛА класичної схеми. Для його надійного старту потрібен більш потужний двигун. У свою чергу, дрони класичної схеми, хоча й вимагають дбайливішого транспортування, забезпечують кращу стабільність і польотні якості, що важливо для коректної роботи оптичного обладнання.
Щодо типу гвинта, тягнучий гвинт має значні переваги над штовхальним. Він працює поза аеродинамічною тінню, що створює штовхальний гвинт, і забезпечує додаткове обдування крила, підвищуючи його несучі властивості та загальну стійкість апарата.
384 
304