1.1.04. Упражнение 1.1ТП: взлёт и посадка в нормальных условиях #

• Выбрать карту с выраженной ровной площадкой и посадочным маркером; при отсутствии маркера назначить точку касания по заметному объекту карты и записать её в задание на тренировку.
• Режим полёта — Angle; расходы и экспоненты — по настройке статьи 0.3. Ветер отключён.
• Включить симуляцию повреждений, если она предусмотрена настройками карты: грубое касание должно приводить к видимым последствиям — это формирует правильное отношение к вертикальной скорости касания. Для первых циклов допускается отключить повреждения и включить их после устойчивого выполнения элемента 2.
• После каждого цикла «взлёт — посадка» просматривать график вертикальной скорости в журнале сессии: значение в момент касания — главный объективный показатель.

• Запустить модель ArduCopter (вкладка CONFIG, раздел Simulation в Mission Planner либо sim_vehicle.py из состава ArduPilot — порядок запуска в статье 0.2 и в курсе «Mission Planner» на настоящем сайте).
• Задать параметры: PILOT_SPEED_UP = 100 (см/с, вертикальная скорость набора по команде пилота), WPNAV_SPEED_UP = 250 (см/с, набор в автоматических режимах), WPNAV_SPEED_DN = 100 (см/с), LAND_SPEED = 50 (см/с, скорость автоматической посадки), RTL_ALT = 2500 (см, то есть 25 м).
• Автоматический взлёт: на вкладке FLIGHT DATA щелчком правой кнопки по позиции аппарата вызвать действие Takeoff и задать высоту 10 м; аппарат набирает высоту в режиме Guided.
• Автоматическая посадка: переключить режим в Land (переключатель режимов на аппаратуре или список режимов в Mission Planner); снижение выполняется со скоростью LAND_SPEED до касания, затем двигатели выключаются (параметр LAND_DISARMDELAY).
• Возврат: переключить режим в RTL; наблюдать набор высоты возврата, перелёт к точке home и автоматическую посадку.
• После полёта открыть журнал (вкладка DATA, раздел Log) и снять фактические значения: вертикальную скорость набора, снижения и касания, отклонение точки касания от home.

• Выполнить предвзлётную проверку по чек-листу занятия (площадка, аппаратура, модель, задание — статья 0.1).
• Плавно увеличить тягу до режима нагруженных шасси, удержать 2–3 секунды, выполнить отрыв и подняться на высоту 1,5–2 м.
• Контрольное висение 10 секунд: проверить удержание позиции, показания OSD, отсутствие смещения и посторонних звуков модели.
• Выполнить набор высоты схемы 10 м с вертикальной скоростью 1 м/с; по окончании набора — остановка и зависание.
• Повторить цикл три раза подряд: взлёт, контрольное висение, набор 10 м, снижение в точку взлёта.

Критерий: отрыв плавный, без рывка и подскока; в контрольном висении смещение не более 1 м за 10 секунд; вертикальная скорость на наборе 1 ± 0,2 м/с; смещение точки набора относительно точки взлёта не более 2 м; набор выполнен без потери позиции при выходе из экрана.

• Задание: посадка на маркер с высоты схемы 10 м; скорость снижения 0,5–0,7 м/с; касание с вертикальной скоростью не более 0,3 м/с.
• Из зависания на высоте 10 м сместиться так, чтобы маркер находился строго под аппаратом (контроль по отсутствию видимого смещения маркера в кадре — статья 1.1.01).
• Выполнить снижение с постоянной скоростью, на высоте 0,5–1 м выполнить выравнивание: уменьшить вертикальную скорость до 0,2–0,3 м/с и удерживать аппарат над маркером до касания.
• После касания плавно убрать тягу полностью.
• Выполнить три цикла «взлёт — посадка» подряд; по журналу определить вертикальную скорость касания и отклонение от маркера для каждого цикла.

Критерий: вертикальная скорость касания не более 0,3 м/с (по журналу); отклонение точки касания от маркера не более 1 м; снижение без изменения скорости более чем на 0,2 м/с; касание без подскока и смещения после касания; тяга убрана после касания, а не до него.

• В SITL выполнить автоматический взлёт командой Takeoff на высоту 10 м; сопровождать контроль траектории и высоты.
• На высоте выполнить переход в режим Land и наблюдать снижение со скоростью LAND_SPEED; зафиксировать по журналу скорость касания и отклонение от точки взлёта.
• Повторить взлёт и выполнить возврат: после набора 10 м удалиться от точки взлёта на 100–120 м (в ручном управлении), затем переключить режим RTL; наблюдать набор высоты возврата, перелёт к home и автоматическую посадку.
• Проверить по журналу: фактическую высоту возврата (должна соответствовать RTL_ALT), скорость снижения при возврате, точку касания.
• Сравнить параметры автоматической посадки (LAND_SPEED = 0,5 м/с, отклонение около 0 м) с результатами ручной посадки элемента 2 и записать вывод в журнал занятия.

Критерий: пилот выполняет проверки до и после каждой автоматической операции (высота возврата против препятствий, состояние площадки); автоматические операции выполнены без вмешательства; пилот способен назвать по журналу фактические вертикальные скорости каждой фазы.

• Условие выполнения: инструктор подаёт команду «второй круг» в случайный момент снижения либо пилот сам принимает решение при выходе параметров за допуски (смещение более 1 м от маркера, скорость снижения более 0,7 м/с).
• Ручной уход: прекратить снижение, плавно увеличить тягу, набрать высоту схемы 10 м, выполнить зависание, оценить положение относительно маркера и повторить заход.
• Уход из автоматического снижения в SITL: в режиме Land на высоте 3–5 м переключиться в Loiter или AltHold, выполнить набор 10 м, затем повторить посадку.
• Выполнить по два ухода в каждом варианте; время от команды до прекращения снижения — не более 2 секунд.

Критерий: снижение прекращается немедленно и без потери высоты более 0,5 м; набор высоты схемы выполнен с вертикальной скоростью не более 1 м/с; повторный заход приведён к касанию в пределах допусков элемента 2; решение об уходе принимается пилотом самостоятельно при любом сомнении, без ожидания команды.

Задача. Аппарат из статьи 1.1.01 (взлётная масса 0,75 кг, тяга висения 7,36 Н) набирает высоту схемы 10 м с вертикальной скоростью 1 м/с; разгон до скорости набора выполняется с ускорением 1 м/с². Требуется определить время набора, тягу на участке разгона и относительный прирост тяги по сравнению с висением.

Заданные параметры:

Искомые параметры: время и путь разгона; время набора t_наб (с); тяга на разгоне T (Н); прирост тяги относительно висения (%).

Решение.

1. Время разгона: \( t_{1} = V_{в} / a = 1 / 1 = 1\ \text{с} \).
2. Путь разгона: \( h_{1} = \dfrac{a \cdot t_{1}^{2}}{2} = \dfrac{1 \cdot 1}{2} = 0{,}5\ \text{м} \).
3. Время участка постоянной скорости: \( t_{2} = \dfrac{H_{сх} - h_{1}}{V_{в}} = \dfrac{10 - 0{,}5}{1} = 9{,}5\ \text{с} \).
4. Полное время набора: \( t_{наб} = 1 + 9{,}5 = 10{,}5\ \text{с} \).
5. Тяга на разгоне: \( T = m \cdot (g + a) = 0{,}75 \cdot (9{,}81 + 1) = 0{,}75 \cdot 10{,}81 = 8{,}11\ \text{Н} \).
6. Прирост тяги: \( \dfrac{8{,}11 - 7{,}36}{7{,}36} \cdot 100 = 10\ \% \); на участке постоянной скорости тяга равна тяге висения.

Ответ: время набора 10,5 с; тяга на разгоне 8,11 Н — на 10 % больше тяги висения; на постоянном наборе тяга равна весу.

Вывод. Набор высоты с умеренной вертикальной скоростью почти не увеличивает потребную тягу: основные затраты энергии приходятся на само висение. Это подтверждает выбор учебной скорости набора 1 м/с: попытка «быстрее взлететь» скоростью 3–4 м/с дала бы заметный прирост тяги и расхода при выигрыше нескольких секунд, не имеющем оперативного смысла в учебном полёте.

Задача. Сравнить нагрузку на шасси и подвес при двух вариантах касания: нормативном (0,3 м/с) и ошибочном (1,5 м/с) для аппарата массой 0,75 кг. Найти кинетическую энергию вертикального движения, её отношение и эквивалентную высоту свободного падения для каждого варианта.

Заданные параметры:

Искомые параметры: энергия касания E для обоих вариантов (Дж); отношение энергий; эквивалентная высота падения h_экв (м) для обоих вариантов.

Решение.

1. Нормативное касание: \( E = \dfrac{m \cdot V^{2}}{2} = \dfrac{0{,}75 \cdot 0{,}09}{2} = 0{,}034\ \text{Дж} \).
2. Ошибочное касание: \( E = \dfrac{0{,}75 \cdot 2{,}25}{2} = 0{,}84\ \text{Дж} \).
3. Отношение энергий: \( 0{,}84 / 0{,}034 = 25 \) — в 25 раз больше, хотя скорость выше лишь в 5 раз: энергия пропорциональна квадрату скорости.
4. Эквивалентная высота падения, норматив: \( h_{экв} = \dfrac{V^{2}}{2g} = \dfrac{0{,}09}{19{,}62} = 0{,}005\ \text{м} \) — 5 мм.
5. Эквивалентная высота падения, ошибка: \( h_{экв} = \dfrac{2{,}25}{19{,}62} = 0{,}11\ \text{м} \) — падение с 11 см.

Ответ: энергия касания 0,034 Дж против 0,84 Дж — отношение 25; эквивалентные высоты свободного падения 5 мм и 11 см.

Вывод. Касание со скоростью 1,5 м/с эквивалентно падению аппарата с 11 см на жёсткую поверхность: для пластиковых шасси учебного аппарата и подвеса камеры это рабочая граница прочности, а для аппаратов с полезной нагрузкой — риск повреждения съёмочного оборудования. Контроль вертикальной скорости касания по журналу полёта — обязательная часть разбора каждого занятия.

Задача. Аппарат находится на удалении 120 м от точки взлёта на высоте 10 м. Выполняется возврат в режиме RTL с высотой возврата 25 м, скоростью 10 м/с, набором 2,5 м/с и автоматической посадкой со скоростью 0,5 м/с. Средний ток фаз возврата принять 15 А. Требуется определить полное время возврата, расход заряда и проверить высоту возврата против препятствия высотой 15 м на линии возврата.

Заданные параметры:

Искомые параметры: время набора, перелёта, снижения (с); полное время возврата (с); расход заряда (мА·ч); остаток заряда после возврата (%); вывод о высоте возврата.

Решение.

1. Проверка высоты возврата: требование \( RTL\_ALT \ge h_{преп} + 10 = 15 + 10 = 25\ \text{м} \); установленные 25 м соответствуют требованию точно, без запаса — рекомендуется увеличить до 30 м.
2. Время набора: \( 25 / 2{,}5 = 10\ \text{с} \).
3. Время перелёта: \( 120 / 10 = 12\ \text{с} \).
4. Время снижения: \( 25 / 0{,}5 = 50\ \text{с} \).
5. Полное время возврата: \( 10 + 12 + 50 = 72\ \text{с} \) плюс переходные участки, ориентировочно 10 с, итого около 82 с.
6. Расход заряда: \( 15\ \text{А} \cdot \dfrac{82}{3600}\ \text{ч} = 0{,}34\ \text{А·ч} = 340\ \text{мА·ч} \).
7. Остаток: \( 500 - 340 = 160\ \text{мА·ч} \), что составляет \( 160 / 1300 \cdot 100 = 12\ \% \) полной ёмкости.

Ответ: возврат занимает около 82 с и расходует 340 мА·ч; при остатке 500 мА·ч на момент начала возврата после посадки остаётся 12 % ёмкости; высота возврата 25 м — предельно допустимая, рекомендуется 30 м.

Вывод. Возврат RTL — энергозатратная операция: решение о возврате принимается не «когда батарея на исходе», а когда остатка гарантированно хватает на полный цикл возврата с запасом. Правило планирования: остаток заряда на момент начала возврата должен превышать расчётный расход возврата не менее чем в полтора раза — в данном примере это 510 мА·ч, то есть возврат следовало начать раньше. Порядок контроля батареи в полёте разбирается в статье 1.1.06 и в Модуле 3 настоящего курса.