1.2.06. Упражнение 1.2ТП: посадка при низком заряде батареи — энергия и точка решения #

• Запустить модель мультиротора (статья 0.2): sim_vehicle.py -v ArduCopter; SITL моделирует батарею: напряжение снижается с расходом ёмкости и проседает под нагрузкой.
• Задать параметры батареи: BATT_MONITOR = 4 (контроль напряжения и тока), BATT_CAPACITY = 5000 (мА·ч), BATT_ARM_MAH = 4500 (запрет взлёта при остатке менее 4500 мА·ч).
• Задать пороги отказной логики: FS_BATT_ENABLE = 1, FS_BATT_MAH = 500 (остаток, мА·ч), FS_BATT_VOLTAGE = 13,2 В; действие — RTL (статья 1.1.06).
• Для элемента 3 подготовить манёвр с повышенным током: энергичный набор высоты или полёт против ветра SIM_WIND_SPD = 8.

• На индикаторе полёта (вкладка FLIGHT DATA) отображаются: напряжение батареи, ток, израсходованная ёмкость (мА·ч) и оценка остатка — эти поля используются для контроля вслух.
• Настроить речевые сообщения (раздел Messages): предупреждение при остатке менее 1500 мА·ч и при срабатывании порога 500 мА·ч.
• После каждого полёта разбирать журнал: кривые напряжения и тока, момент прохождения точки принятия решения, фактический остаток на касании.
• Результаты заносить в таблицу разбора занятия (статья 0.6): плановый и фактический расход по фазам полёта.

• Проверить параметры батареи и пороги отказной логики (раздел 5.1) до запуска двигателя.
• Выполнить расчёт задачи 1 письменно: продолжительность полёта, запас на возврат, точка принятия решения по времени и по ёмкости.
• Назвать вслух план: полёт 14 минут, точка принятия решения — остаток 700 мА·ч (раньше порога автоматики 500 мА·ч), запас на посадку — 1200 мА·ч.
• Выполнить взлёт и короткий полёт (3–5 минут) с контролем тока: фактический ток висения сравнить с расчётным 12 А.
• Повторить расчёт по фактическому току; при расхождении более 10 % пересчитать точку принятия решения.

Критерий: расчёт выполнен до взлёта; пороги настроены; фактический ток висения отличается от расчётного не более чем на 10 %; точка принятия решения названа вслух в ёмкостных и временных единицах.

• Выполнить полёт по схеме (статья 1.1.03) продолжительностью около 10 минут; каждую минуту называть вслух израсходованную ёмкость и остаток.
• На середине полёта сравнить фактический расход с плановым; расхождение более 10 % — назвать причину (ветер, манёвры, масса).
• По достижении остатка 700 мА·ч объявить точку принятия решения, выполнить возврат и посадку в автоматическом режиме (RTL, статья 1.1.04) под контролем пилота.
• Проверить по журналу: остаток на касании не менее 500 мА·ч (порог автоматики не сработал — решение принято пилотом).
• Повторить три полёта подряд с контролем вслух.

Критерий: контроль остатка вслух каждую минуту; точка принятия решения пройдена осознанно; остаток на касании не менее 500 мА·ч; автоматика не срабатывала.

• На остатке около 50 % выполнить энергичный набор высоты с током около 30 А; наблюдать напряжение на индикаторе.
• Перевести аппарат в висение; наблюдать восстановление напряжения; зафиксировать оба значения.
• По журналу измерить просадку и сравнить с расчётом задачи 2 (ориентир 0,6 В при 30 А).
• Сделать вывод вслух: почему оценка остатка по напряжению под нагрузкой недостоверна и какая величина достоверна.
• Повторить цикл «манёвр — висение» три раза; расчётное внутреннее сопротивление батареи оценить по трём измерениям.

Критерий: измеренная просадка соответствует расчётной с точностью 30 %; вывод о достоверности счётчика ёмкости сформулирован пилотом самостоятельно; манёвры выполняются на безопасной высоте не менее 20 м.

• Инструктор объявляет вводную: остаток 600 мА·ч, штатная площадка в 100 м, ветер 3 м/с; уход на второй круг исключён.
• Пилот называет вслух план: заход сверху на площадку (статья 1.2.01), оценка энергии на возврат (достаточна или нет), запасная площадка рядом (статья 1.2.05).
• Выполнить возврат и заход: один заход, тщательно подготовленный; при нестабильности на высоте 2 м — наименее рискованное продолжение (смещение точки касания в пределах площадки), а не уход.
• Посадку выполнить в пределах допусков; остаток на касании зафиксировать по журналу (не менее 300 мА·ч).
• Повторить сцену три раза, включая один прогон с заведомо недостаточным остатком на штатную площадку — пилот обязан выбрать запасную площадку до начала захода.

Критерий: план назван до захода; решение «штатная или запасная площадка» принято расчётом энергии; посадка выполнена с первого захода в пределах допусков; остаток на касании не менее 300 мА·ч.

Задача. Батарея 4S ёмкостью 5000 мА·ч; ток висения 12 А; рабочая доля ёмкости 80 %; запас на возврат и посадку — 1200 мА·ч. Требуется определить теоретическую и рабочую продолжительность полёта, время до точки принятия решения и долю запаса.

Заданные параметры:

Искомые параметры: теоретическая продолжительность (мин); рабочая ёмкость и продолжительность (мА·ч, мин); время до точки принятия решения (мин); доля запаса от рабочей ёмкости (%).

Решение.

1. Теоретическая продолжительность: \( 5000 / 12000 = 0{,}417\ \text{ч} = 25\ \text{минут} \).
2. Рабочая ёмкость: \( 0{,}8 \cdot 5000 = 4000\ \text{мА·ч} \); рабочая продолжительность: \( 4000 / 12000 = 20\ \text{минут} \).
3. Время до точки принятия решения: ёмкость задания \( 4000 - 1200 = 2800\ \text{мА·ч} \); время \( 2800 / 12000 = 14\ \text{минут} \).
4. Доля запаса: \( 1200 / 4000 = 30\ \% \) рабочей ёмкости — типовой норматив учебного полёта.

Ответ: теоретическая продолжительность 25 минут, рабочая 20 минут; задание выполняется не более 14 минут, после чего — возврат и посадка; запас составляет 30 % рабочей ёмкости.

Вывод. Продолжительность полёта планируется от рабочей ёмкости, а не от полной, и уменьшается на расчётный запас. Если задание требует больше 14 минут полёта — оно разбивается на два вылета или выполняется с батареей большей ёмкости; вариант «полететь дольше и сократить запас» не рассматривается.

Задача. Внутреннее сопротивление батареи 20 мОм. В энергичном манёвре ток достигает 30 А; напряжение на индикаторе падает до 13,4 В. Требуется определить просадку напряжения, напряжение покоя и оценить, является ли падение признаком разряда.

Заданные параметры:

Искомые параметры: просадка ΔU (В); напряжение покоя (В); напряжение на элемент под нагрузкой и в покое (В); вывод о достоверности оценки по напряжению.

Решение.

1. Просадка: \( \Delta U = 30 \cdot 0{,}020 = 0{,}6\ \text{В} \) — по 0,15 В на элемент.
2. Напряжение покоя: \( 13{,}4 + 0{,}6 = 14{,}0\ \text{В} \) — 3,5 В на элемент, что соответствует примерно половине разряда рабочей зоны, а не «почти севшей» батарее.
3. Сравнение с порогом: FS_BATT_VOLTAGE = 13,2 В; в манёвре напряжение 13,4 В — 0,2 В до порога, хотя остаток ёмкости около половины: срабатывание было бы ложным по смыслу, но реальным по механизму.
4. Вывод: оценка остатка по напряжению под нагрузкой систематически занижает остаток; достоверная величина — израсходованная ёмкость по счётчику мА·ч.

Ответ: просадка 0,6 В; напряжение покоя 14,0 В (3,5 В на элемент); падение до 13,4 В в манёвре — просадка, а не разряд; остаток оценивается по счётчику ёмкости.

Вывод. Порог по напряжению (FS_BATT_VOLTAGE) — резервная защита, которая может сработать в манёвре раньше фактического разряда; поэтому энергичные манёвры при малом остатке запрещены, а основной контроль ведётся по ёмкости. Расхождение «напряжение говорит одно, счётчик — другое» разрешается в пользу счётчика.

Задача. Аппарат находится на удалении 300 м от точки взлёта; встречный ветер 5 м/с; скорость возврата (воздушная) 10 м/с; высота возврата 15 м, скорость набора 2,5 м/с, скорость снижения при посадке 0,5 м/с; средний ток возврата 12 А. Требуется определить время возврата, расход ёмкости на возврат и точку принятия решения с коэффициентом безопасности 1,5.

Заданные параметры:

Искомые параметры: путевая скорость возврата (м/с); время возврата по фазам (с); расход ёмкости (мА·ч); точка принятия решения (мА·ч).

Решение.

1. Путевая скорость: \( 10 - 5 = 5\ \text{м/с} \); время перелёта: \( 300 / 5 = 60\ \text{с} \).
2. Набор высоты возврата: \( 15 / 2{,}5 = 6\ \text{с} \); снижение при посадке: \( 15 / 0{,}5 = 30\ \text{с} \).
3. Полное время: \( 60 + 6 + 30 = 96\ \text{с} \).
4. Расход: \( 12 \cdot 96 / 3600 = 0{,}32\ \text{А·ч} = 320\ \text{мА·ч} \).
5. Точка принятия решения: \( 320 \cdot 1{,}5 = 480\ \text{мА·ч} \); округляется в большую сторону до 500 мА·ч — согласуется с порогом FS_BATT_MAH = 500 (статья 1.1.06).

Ответ: время возврата 96 с; расход 320 мА·ч; точка принятия решения — остаток 500 мА·ч; решение пилота принимается при остатке 600–700 мА·ч, раньше порога автоматики.

Вывод. Встречный ветер удваивает время возврата (60 с вместо 30 с в штиль) — ветер обязан входить в расчёт точки принятия решения. Совпадение расчётной точки с порогом автоматики не случайно: порог FS_BATT_MAH настраивается по тому же расчёту, но решение пилота принимается раньше — с запасом на обстановку, которую автоматика не учитывает.