3.0. Методика полёта по маршруту: план, карточка маршрута, энергетический бюджет, точка возврата #

• Подготовить тренажёр по статье 2.0: записать в карточку рабочего места параметры маршрутной навигации ArduPilot 4.7: WP_SPD (скорость на участке, м/с), WP_ACC (ускорение, м/с²), WP_RADIUS_M (радиус прохождения пункта, м), WP_SPD_UP и WP_SPD_DN (вертикальные скорости, м/с), RTL_ALT_M (высота возврата, м).
• Проверить модель батареи: BATT_MONITOR, BATT_CAPACITY (фактическая ёмкость), пороги BATT_LOW_MAH и BATT_CRT_MAH, отказную логику FS_BATT_ENABLE.
• Задать учебные внешние условия: SIM_WIND_SPD и SIM_WIND_DIR по сценарию занятия.
• Сохранить набор параметров как «маршрутный профиль» (методика загрузки и сохранения наборов — статья 2.0).

• Вкладка PLANNING: построить маршрут инструментами карты — точки, высоты, команды; включить отображение расстояний между пунктами и полного времени задания (оценка наземной станции).
• Загрузить задание в контроллер (Upload) и проверить MIS_TOTAL — число пунктов; сверить координаты первого и последнего пунктов с карточкой маршрута.
• Проверить отображение геозоны и высоты возврата RTL_ALT_M относительно препятствий маршрута.
• Сохранить файл задания (.waypoints) вместе с карточкой маршрута; результат планирования занести в протокол занятия (статья 0.6).

• Получить задание: маршрут из четырёх пунктов общей длиной 2 км, высота 40 м, цель — аэрофотосъёмка площадки в пункте 3.
• Построить маршрут в Mission Planner: точки, высоты, команды съёмки в пункте 3; измерить длины участков и полные расстояния.
• Рассчитать энергетический бюджет по задачам 1 и 2: время участков при заданном ветре, расход, предельную дальность, точку возврата.
• Загрузить задание в SITL, проверить MIS_TOTAL и параметры WP_SPD, RTL_ALT_M; выполнить пробный автоматический пролёт первых двух пунктов для сверки фактического времени с расчётным.
• Повторить три раза с разными ветрами (штиль, 5 м/с встречный, 5 м/с боковой).

Критерий: задание загружено и соответствует карточке; расчётное время совпало с фактическим пролётом в пределах 10 %; точка возврата рассчитана до начала полёта.

• Составить карточку маршрута по шаблону раздела 3.3 для задания элемента 1: участки, курсы, расстояния, высоты, ориентиры, время, расход, запасные площадки.
• Отдельными строками зафиксировать: точку возврата (в метрах и процентах расхода), пороги прекращения полёта, погоду, состав экипажа.
• Защитить карточку перед инструктором: ответить на вопросы «где разворот при усилении ветра», «какая площадка на участке 3», «какой расход к пункту 2».
• Сверить карточку с заданием в наземной станции: расхождения не допускаются.
• Повторить три раза для разных маршрутов.

Критерий: карточка полная, числа сверены с расчётом и с заданием; ответы на контрольные вопросы даны без обращения к калькулятору (числа уже рассчитаны).

• Получить исходные данные: ветер у земли и на высоте полёта, видимость, нижняя граница облачности, прогноз изменения.
• Сопоставить с ограничениями раздела 4 и руководства по лётной эксплуатации: ветер не более 30 % максимальной скорости, видимость не менее 3 км, облачность выше маршрута с запасом 30 м.
• Рассчитать влияние фактического ветра на бюджет (задача 1): средняя путевая скорость, время, расход; при необходимости скорректировать маршрут или точку возврата.
• Принять решение вслух: вылет разрешён, вылет с условиями, вылет запрещён — с обоснованием по каждому параметру.
• Повторить три раза на разных исходных данных (в том числе один раз — с заведомо запретной погодой).

Критерий: решение принято по числам, а не по впечатлению; запретная погода распознана; пересчёт бюджета выполнен до решения.

• Провести разбор по карточке маршрута: маршрут и высоты, погода, точка возврата, пороги, запасные площадки, действия при потере связи и отказе позиционирования, распределение ролей в экипаже.
• Проверить отказную логику и параметры (карточка сценария статьи 2.0): FS_THR_ENABLE, FS_GCS_ENABLE, FS_BATT_ENABLE, RTL_ALT_M против препятствий.
• Объявить вслух ключевые числа: точку возврата, остаток энергии на ней, запасную площадку текущего участка.
• Получить допуск инструктора; записать допуск и время разбора в протокол занятия.
• Повторить три раза подряд.

Критерий: разбор проведён полностью по карточке, без пропусков разделов; ключевые числа объявлены вслух наизусть; протокол заполнен.

Задача. Маршрут «туда и обратно»: два участка по 500 м. Воздушная скорость 15 м/с, продольный ветер 5 м/с (туда — встречный, обратно — попутный). Требуется определить время каждого участка, полное время, среднюю путевую скорость маршрута и потерю средней скорости относительно штиля.

Заданные параметры:

Искомые параметры: время участков (с); полное время (с); средняя путевая скорость (м/с); потеря относительно штиля (%).

Решение.

1. Участок туда (против ветра): \( W = 15 - 5 = 10\ \text{м/с} \); \( t = 500 / 10 = 50\ \text{с} \).
2. Участок обратно (по ветру): \( W = 15 + 5 = 20\ \text{м/с} \); \( t = 500 / 20 = 25\ \text{с} \).
3. Полное время: \( 50 + 25 = 75\ \text{с} \); средняя путевая скорость: \( 1000 / 75 = 13{,}3\ \text{м/с} \).
4. В штиль: \( 1000 / 15 = 66{,}7\ \text{с} \); потеря времени 12,5 %, потеря средней скорости — столько же.

Ответ: участки 50 и 25 с; полное время 75 с; средняя скорость 13,3 м/с; потеря относительно штиля 12,5 %.

Вывод. Ветер «туда и обратно» всегда замедляет маршрут: выигрыш на попутном участке меньше проигрыша на встречном, потому что встречный участок занимает больше времени. В бюджет маршрута закладывается средняя путевая скорость, а не воздушная — в данном примере разница составляет восьмую часть времени полёта.

Задача. Фактическая ёмкость батареи 5000 мА·ч, доступная ёмкость — 80 %, резерв после посадки — 30 % доступной. Средний ток против ветра 22 А, по ветру 18 А; путевые скорости — 10 и 20 м/с (ветер 5 м/с при воздушной скорости 15 м/с). Требуется определить доступную ёмкость, удельный расход на километр маршрута «туда и обратно» и предельную дальность маршрута.

Заданные параметры:

Искомые параметры: доступная ёмкость (мА·ч); расход на полёт «туда и обратно» на 1 км (мА·ч); предельная дальность (км).

Решение.

1. Доступная ёмкость: \( 5000 \cdot 0{,}8 = 4000\ \text{мА·ч} \); на маршрут (за вычетом резерва 30 %): \( 4000 \cdot 0{,}7 = 2800\ \text{мА·ч} \).
2. Расход на 1 км туда: время \( 1000 / 10 = 100\ \text{с} \); \( 22 \cdot 100 / 3{,}6 = 611\ \text{мА·ч} \).
3. Расход на 1 км обратно: время \( 1000 / 20 = 50\ \text{с} \); \( 18 \cdot 50 / 3{,}6 = 250\ \text{мА·ч} \).
4. Удельный расход «туда и обратно»: \( 611 + 250 = 861\ \text{мА·ч} \) на километр; предельная дальность: \( 2800 / 861 = 3{,}25\ \text{км} \).

Ответ: доступная ёмкость 4000 мА·ч, на маршрут — 2800 мА·ч; удельный расход 861 мА·ч на километр; предельная дальность — 3,25 км в один конец.

Вывод. Предельная дальность — расчётная величина, а не паспортная: она падает при усилении встречного ветра и растет при попутном, но несимметрично (задача 1). План маршрута строится на 70–80 % предельной дальности — остаток покрывает манёвр, зависание на пункте и ошибку расчёта.

Задача. Используя данные задачи 2, определить точку возврата — удаление от точки взлёта, на котором израсходовано 50 % доступной ёмкости (2000 мА·ч), и проверить, что остатка хватает на возврат с полуторным запасом относительно стоимости возврата.

Заданные параметры:

Искомые параметры: удаление точки возврата (км); стоимость возврата с этого удаления (мА·ч); остаток на возврат и его кратность.

Решение.

1. Удаление, на котором расход достигает порога: \( 2000 / 611 = 3{,}28\ \text{км} \). Предельная дальность маршрута (задача 2) — 3,25 км, поэтому на предельном маршруте порог практически совпадает с конечной точкой: расход к развороту составляет \( 3{,}25 \cdot 611 = 1986\ \text{мА·ч} \), то есть 49,6 % доступной ёмкости.
2. Стоимость возврата с конечной точки: \( 3{,}25 \cdot 250 = 813\ \text{мА·ч} \).
3. Остаток на момент разворота: \( 4000 - 1986 = 2014\ \text{мА·ч} \); кратность к стоимости возврата: \( 2014 / 813 = 2{,}5 \) — выше требуемых 1,5.
4. После возврата останется \( 2014 - 813 = 1201\ \text{мА·ч} \) — 30 % доступной ёмкости: резерв выдержан.

Ответ: на предельном маршруте 3,25 км расход к развороту — 1986 мА·ч (49,6 %), остаток 2014 мА·ч покрывает возврат (813 мА·ч) с кратностью 2,5; резерв после посадки — 30 % доступной ёмкости.

Вывод. Правило 50 % и правило полуторного запаса согласованы: на маршруте, спланированном по предельной дальности, оба порога выполняются одновременно с запасом. Если фактический расход к развороту превысил расчётный более чем на 10 %, возврат выполняется немедленно — с ближайшей запасной площадки, а не из конечной точки маршрута.