1.1.03. Упражнение 1.1ТП: полёт по схеме — круг и прямоугольный маршрут в районе площадки #

• Использовать карту из занятия по статье 1.1.02 (открытая местность, ветер отключён, режим Angle). Расставить ворота трассы по углам прямоугольника 150 × 80 м; при нехватке ворот допускается обозначить углы наземными объектами карты и записать их в задание на тренировку.
• Для круговой схемы выбрать центральный ориентир (здание, башня, группа деревьев) и, при возможности, четыре промежуточных маркера на окружности радиусом 25 м.
• Включить запись сессии: после каждого обхода просматривать траекторию в плане и графики высоты и скорости.

• Запустить модель ArduCopter: через Mission Planner (вкладка CONFIG, раздел Simulation) либо командой sim_vehicle.py из состава ArduPilot. Подробный порядок запуска — урок курса «Mission Planner» на настоящем сайте и статья 0.2 настоящего курса.
• Подключить аппаратуру управления как joystick либо использовать виртуальный пульт MAVProxy; проверить отклик по каналам (вкладка CONFIG, раздел Radio).
• Ручной полёт по схеме: режимы Stabilize и AltHold. Схема та же — прямоугольник 150 × 80 м на высоте 10 м; ориентиром служат объекты карты SITL и сетка карты Mission Planner.
• Полёт в режиме Guided: на карте Mission Planner щелчком правой кнопки задать первую угловую точку (команда Fly to here), после прибытия — следующую. Высота удерживается автоматом; пилот контролирует траекторию и готов перехватить управление.
• Автоматическая схема: на вкладке MISSION составить полётное задание — четыре путевые точки по углам прямоугольника с высотой 10 м и команда RTL в конце; для круговой схемы — точку с командой LOITER_TURNS (число витков и радиус). Загрузить задание в контроллер (кнопка Write Mission), проверить список точек и отображение маршрута на карте.
• Проверить параметры: WPNAV_SPEED = 1000 (см/с, то есть 10 м/с), WPNAV_ACCEL = 250 (см/с²), WPNAV_RADIUS = 100 (см). Значения задать на вкладке CONFIG, раздел Parameters.
• После полёта открыть журнал (вкладка DATA, раздел Log) и наложить фактическую траекторию на полётное задание: оценка отклонений — часть элемента 4.
• Дополнительно задать геозону (параметры GF_ACTION, GF_MAX_HOR_DIST) так, чтобы граница проходила в 15–20 м за пределами схемы: срабатывание геозоны в упражнении не планируется, но она страхует от грубой ошибки.

• Задание: схема 150 × 80 м, высота 10 м, скорость 10 м/с, развороты с угловой скоростью 20°/с, направление облёта — по часовой стрелке.
• До взлёта назвать вслух четыре угловых ориентира, направление облёта и порядок выхода из схемы.
• Выполнить взлёт, набор высоты схемы, вход на первую сторону и два полных обхода.
• Выполнить выход из схемы: после четвёртого разворота — прямая к точке взлёта, остановка и зависание над ней.
• Повторить с облётом против часовой стрелки.
• По журналу сессии определить максимальное отклонение от каждой стороны и от высоты схемы; сравнить с собственной оценкой.

Критерий: отклонение от сторон схемы не более 5 м; высота выдержана с отклонением не более 1 м на всей схеме; развороты выполнены в угловом коридоре 15°; вход и выход — без превышения скорости 10 м/с; точка взлёта не терялась из вида ни на одном участке.

• Задание: круг радиусом 25 м вокруг центрального ориентира, высота 10 м, скорость 5 м/с. Расчётные параметры: угловая скорость 11,5°/с, время витка 31,4 с (проверяются расчётом до полёта — задача 2).
• Выполнить два витка по часовой стрелке и два — против, удерживая радиус по промежуточным маркерам.
• Вести отсчёт времени витка вслух: расхождение фактического времени с расчётным более 3 с означает ошибку радиуса или скорости.
• Выполнить разворот на 180° на окружности и продолжить облёт в противоположном направлении — без потери ориентира и высоты.

Критерий: отклонение радиуса не более 5 м; высота выдержана с отклонением не более 1 м; время витка в пределах 31 ± 3 с; разворот на обратное направление выполнен в пределах окружности схемы.

• Выполнить взлёт в SITL и обход прямоугольной схемы 150 × 80 м в режиме AltHold по показаниям карты и визуально — по объектам сцены SITL.
• Переключиться в режим Guided и пройти схему точками: щелчок по угловой точке на карте Mission Planner, контроль прибытия, следующая точка. Пилот держит руку на органе управления газом и тангажом и готов перехватить управление.
• Сравнить ощущения: в Guided пилот задаёт цель, а не траекторию; ошибки по курсу автомат устраняет сам, но высота и скорость зависят от правильности указания точки.
• Сохранить журнал полёта SITL для элемента 4.

Критерий: ручной обход в SITL — те же допуски, что в элементе 1; обход в Guided — прибытие в каждую угловую точку с отклонением не более 2 м; пилот ни разу не допустил неконтролируемого смещения при переключении режимов.

• Составить полётное задание: взлёт (команда TAKEOFF) на 10 м, четыре путевые точки по углам схемы с высотой 10 м, команда RTL. Для круговой схемы — отдельное задание с командой LOITER_TURNS: два витка, радиус 25 м.
• Загрузить задание в контроллер и выполнить трёхступенчатую проверку: список точек, маршрут на карте, профиль высот.
• Выполнить задание в режиме Auto. Пилот следит за траекторией, скоростью и высотой, не вмешиваясь без отклонения от допусков.
• После посадки открыть журнал полёта в Mission Planner и оценить отклонение фактической траектории от заданной на сторонах и в углах.
• Сравнить с журналом ручного полёта элемента 3 и записать результаты в форме таблицы: среднее и максимальное отклонение, ручной полёт и полёт по заданию.

Критерий: задание выполнено без вмешательства; отклонение автоматической траектории от сторон схемы не более 1 м; пилот способен назвать по журналу максимальное отклонение ручного полёта и объяснить разницу задержкой контура управления (задача 3).

Задача. Занятие проводится на свободной площадке 200 × 120 м. Схема — прямоугольник 150 × 80 м, скорость 10 м/с, угловая скорость разворотов 20°/с (радиус 28,6 м, время обхода 41,1 с — по задаче 3 статьи 1.1.02). Требуется проверить, вписывается ли схема в площадку с запасом 15 м от границ, определить суммарное время занятия из четырёх обходов (два по часовой стрелке и два против) с взлётом и посадкой и оценить потребное число аккумуляторных батарей.

Заданные параметры:

Искомые параметры: потребный размер зоны (м); вывод о вписывании; суммарное время занятия (с); потребное число батарей.

Решение.

1. Проверка радиуса: короткая сторона допускает \( R \lt 80 / 2 = 40\ \text{м} \); фактический радиус 28,6 м — условие выполняется, траектория не выходит за линии схемы.
2. Потребная зона с запасом: \( (150 + 2 \cdot 15) \times (80 + 2 \cdot 15) = 180 \times 110\ \text{м} \).
3. Сравнение с площадкой: \( 180 \lt 200 \) и \( 110 \lt 120 \) — схема вписывается, остаток запаса 20 м по длинной оси и 10 м по короткой.
4. Время обходов: \( 4 \cdot 41{,}1 = 164{,}4\ \text{с} \).
5. Суммарное время занятия: \( 164{,}4 + 25 + 15 + 25 = 229{,}4 \approx 230\ \text{с} \) (3 минуты 50 секунд).
6. Число батарей: \( 230 / 208 = 1{,}1 \), то есть одна батарея не обеспечивает задание — требуются две батареи либо сокращение до трёх обходов: \( 3 \cdot 41{,}1 + 65 = 188\ \text{с} \lt 208\ \text{с} \).

Ответ: потребная зона 180 × 110 м — вписывается в площадку 200 × 120 м; время занятия из четырёх обходов около 230 с; план занятия — две батареи либо три обхода на одной.

Вывод. Проверка вписывания схемы и расчёт времени выполняются до занятия и включаются в задание на тренировку (статья 0.1). Расхождение расчётного и фактического времени более чем на 20 % — признак того, что скорость или угловая скорость в полёте не выдерживаются.

Задача. Аппарат ведёт круговое наблюдение объекта на радиусе 25 м со скоростью 5 м/с. Требуется определить угловую скорость, время витка, потребный крен и перегрузку, число витков для трёх минут непрерывного наблюдения и проверить, укладывается ли задание в ресурс батареи с учётом резерва.

Заданные параметры:

Искомые параметры: угловая скорость ω (градус/с); время витка t_вит (с); потребный крен φ (градус) и перегрузка n; число витков; суммарное время задания (с); время полёта до резерва (с); вывод о ресурсе.

Решение.

1. Угловая скорость в радианах: \( \omega_{рад} = V / R = 5 / 25 = 0{,}2\ \text{рад/с} \).
2. Угловая скорость в градусах: \( \omega = 0{,}2 \cdot \dfrac{180}{\pi} = 0{,}2 \cdot 57{,}3 = 11{,}5\ \text{°/с} \).
3. Время витка: \( t_{вит} = \dfrac{2\pi R}{V} = \dfrac{2 \cdot 3{,}1416 \cdot 25}{5} = \dfrac{157{,}1}{5} = 31{,}4\ \text{с} \). Контроль: \( 360 / 11{,}5 = 31{,}3\ \text{с} \) — сходится.
4. Потребный крен: \( \tan(\varphi) = \dfrac{V \cdot \omega_{рад}}{g} = \dfrac{5 \cdot 0{,}2}{9{,}81} = 0{,}102 \), откуда \( \varphi = 5{,}8° \).
5. Перегрузка: \( n = \dfrac{1}{\cos(5{,}8°)} = 1{,}005 \) — прирост тяги 0,5 %, практически не ощущается.
6. Число витков на 180 с наблюдения: \( 180 / 31{,}4 = 5{,}7 \), то есть 6 витков (188,4 с).
7. Суммарное время задания: \( 188{,}4 + 30 = 218{,}4\ \text{с} \).
8. Время полёта до резерва: \( \dfrac{0{,}832\ \text{А·ч}}{13{,}5\ \text{А}} = 0{,}0616\ \text{ч} = 222\ \text{с} \).
9. Сравнение: \( 218{,}4 \lt 222 \) — задание укладывается в ресурс батареи, остаток около 4 с.

Ответ: угловая скорость 11,5°/с; время витка 31,4 с; крен 5,8°; перегрузка 1,005; для трёх минут наблюдения — 6 витков; суммарное время 218 с против доступных 222 с.

Вывод. Задание выполнимо на одной батарее, но запас составляет единицы секунд — в реальном полёте такое планирование недопустимо: запас по остатку ёмкости на момент завершения задания должен составлять не менее 20–30 % сверх резерва на посадку. Правильное решение — сократить наблюдение до четырёх витков или предусмотреть вторую батарею.

Задача. По журналам двух полётов по одной схеме получены отклонения траектории от линии стороны: ручной полёт в SITL — среднее 1,8 м, максимальное 4,2 м; полёт по заданию в режиме Auto — среднее 0,4 м, максимальное 0,9 м. Задержка контура «пилот — аппарат» по измерениям статьи 0.5 составляет 0,25 с, скорость 10 м/с, допуск зачёта 5 м. Требуется оценить смещение за время задержки, объяснить разницу точности и сделать вывод о зачёте.

Заданные параметры:

Искомые параметры: смещение за время задержки (м); отношение средней точности; отношение максимальной точности; вывод о зачёте ручного полёта; объяснение разницы.

Решение.

1. Смещение за время задержки: \( \Delta S = V \cdot \tau = 10 \cdot 0{,}25 = 2{,}5\ \text{м} \).
2. Сопоставление: среднее отклонение ручного полёта 1,8 м того же порядка, что и смещение за задержку 2,5 м — основная составляющая ошибки ручного полёта объясняется временем реакции и задержкой контура.
3. Отношение средней точности: \( 1{,}8 / 0{,}4 = 4{,}5 \) — автоматический полёт точнее примерно в 4,5 раза.
4. Отношение максимальной точности: \( 4{,}2 / 0{,}9 = 4{,}7 \).
5. Зачёт ручного полёта: максимальное отклонение \( 4{,}2 \lt 5 \) — допуск выполнен.

Ответ: смещение за время задержки 2,5 м; автоматический полёт точнее ручного в 4,5 раза по среднему и в 4,7 раза по максимальному отклонению; ручной полёт укладывается в допуск 5 м.

Вывод. Точность автоматического полёта обеспечивается контуром без задержки реакции; точность ручного полёта упирается в физиологию пилота и задержку тракта управления, поэтому уменьшение ручной ошибки достигается упреждающими действиями (статья 1.1.01) и снижением скорости. Обратная сторона: при отказе спутниковой навигации автоматическое удержание линии пути прекращается и пилот возвращается к точности порядка единиц метров — запас зоны и удалённость от препятствий должны это учитывать (Модуль 2).