IMAV-2017: как это было

The International Micro Air Vehicle Conference and Competition (IMAV) – это комбинация научной конференции и соревнований. География проведения мероприятия обширная: Китай, Германия, Голландия, Франция – в прошлых годах; в нынешнем - Франция, Тулуза; в следующем году IMAV будет проводится в Австралии. Ежегодно студенты и деятели науки со всего мира выступают с научными докладами перед коллегами, а также соревнуются в создании самого инновационного микроаппарата.

 

 

21 сентября команда студентов ФАЛТ “MIPTeam” – Борис Макаев, Артём Кисловский, Ахмеда Мохарам – под руководством доцента кафедры общей физики Сергея Владимировича Серохвостова привезла из Тулузы победу в номинации “Best MAV design” и второе место в номинации “Record breaking session”. Команда представила на соревнованиях аппарат, который смог удивить не только конкурентов, но и профессионалов, работающих в области конструкции дронов. О разработке проекта, трудностях его реализации и эксплуатации на соревнованиях, а также об актуальных темах в области аэродинамики и конструкции аппаратов с нами побеседовали Борис Макаев (далее Борис) и Сергей Владимирович Серохвостов (далее С.В.).

 

 

 

 — Это ваше первое знакомство с IMAV?

 

С.В.: В этой конференции я принимаю участие с 2007 года. Также на них выступали и соревновались многие наши студенты, теперь уже выпускники: Никита Агеев, Никита Пущин, Кирилл Шилов, Камиль Зарипов. А в этом году от нашего факультета с докладами участвовали трое: Борис Макаев, Артём Кисловский и Ахмед Мохарам. 

 

 

 — Ребята участвовали не только в научной конференции, но и в спортивных соревнованиях, командой. С кого началась команда?

 

С.В.: Когда я увидел правила соревнований и узнал, что Борис работает над коптерами, я предложил ему поучаствовать, а, может, даже и выиграть что-нибудь. Борис с энтузиазмом согласился.

 

 

 — А каким образом проходил процесс набора в команду остальных участников?

 

С.В.: Естественный отбор (смеётся).

 

Борис: К команде присоединились наиболее заинтересованные в данной теме студенты, ранее участвовавшие в подобных проектах. Например, Артём Кисловский – кандидат в мастера авиамодельного спорта, а Ахмед Мохарам принимал участие в разработке беспилотных летательных аппаратов в Египте.

 

С.В.: На самом деле, отбор в команду – процесс довольно тонкий, в том числе из-за финансирования поездки. Артём Кисловский подал доклад по своему дипломному проекту – проектированию БПЛА – так что он уже был со всех сторон потенциальный кандидат (смеётся). У Бориса была статья об оптимизации БПЛА. Поэтому можно было рассчитывать на некоторую потенциальную поддержку из проекта 5Топ-100, который дает финансирование авторам докладов. К сожалению, работы не всех студентов были одобрены комитетом. Изначально мы планировали достаточно большую группу и широкий спектр соревнований, но по объективным причинам пришлось ограничиться небольшой командой.  

 

 

 — Как разрабатывался аппарат для соревнований? С какими трудностями пришлось столкнуться?

 

Борис: Задача, по правилам соревнования, заключалась в создании дрона как можно меньшего размера, способного поднять определённый груз и продержаться с ним в воздухе одну минуту. Нюанс в том, что груз может быть разного размера. Если он маленький, то его без проблем можно закрепить под беспилотником. Но если груз будет большим, то так сделать не получится, потому что поток от винтов будет давить на груз, и дрон просто не взлетит. Несмотря на то, что мы не сбрасывали со счетов второй вариант, первоначальные тесты проводились с довольно небольшими грузами. Однако вскоре, когда мы увидели размеры груза на официальном сайте, мы поняли, что об эффективности крепления груза снизу не было и речи: предмет был больше размера дрона, потому абсолютно весь поток бы просто падал на груз. У нас было два способа решения проблемы:

– Закрепить груз на длинных веревках. У этого варианта два недостатка: во-первых, таким образом было бы неудобно доставлять груз в маленькие помещения, а во-вторых, появляются колебания. Коптер и груз на верёвке вступают в резонанс, и управление становится невозможным.

– Закрепить предмет над дроном – там, где влияние потока винтов на порядок меньше. Однако эта идея считалась новой, ещё никто не пробовал так делать. Дело в том, что при закреплении груза сверху центр масс поднимается наверх – аппарат может стать неустойчивым. В итоге мы решили остановиться на этом варианте, и у нас получилось. Кстати, предполагалось, что на соревнованиях на самом грузе будут перемещаться всякие предметы. Например, кружка с чаем.

С.В.: Но этого не произошло, чашка просто для масштаба была поставлена.

Борис: Да… Мы сделали дрон, закрепили груз сверху и поехали на соревнования.

С.В.: И тут начинается самое интересное! (смеётся)

 

 

 — Значит, поездка выдалась запоминающейся?

 

Борис: Да. За два дня до главных соревнований был тренировочный день, во время которого каждая команда могла попробовать закрепить груз, взлететь и отладить какие-то детали. Когда мы вышли на корт, где потом проводились соревнования, к нам сразу сбежались команды и в холодном поту начали расспрашивать о размере нашего дрона. Все, конечно, были удивлены выбором закрепления груза над аппаратом и с нетерпением ждали нашего тестового полёта.

Первый полёт был очень гладким: мы продержались минуту, и всё прошло хорошо. Во время тренировки присутствовали и другие команды, в том числе команды из Ирана, которые заметили наши установку и схему. Во второй тестовый полёт мы хотели протестировать запасной аккумулятор, но что-то пошло не так, произошёл сбой в электронике, и двигатели нашего аппарата стали сильно греться. Настолько сильно, что мы начали побаиваться.

С.В.: Уже и запах пошёл.

Борис: Запах жжённой смолы с карбоном, как мне кажется. То есть возникли проблемы, которые мы кое-как смогли устранить в первый день тренировок.

С.В.: Тут необходимо отметить, что наши главные конкуренты, австралийцы, очень нам помогли советом. Хотя они уже понимали, что размер их дрона поменьше, и, если всё будет хорошо, то они будут первыми.

Борис: Спустя два дня, в главный день соревнований мы приехали в зону полётов. Там к нам подошли австралийцы и сообщили: после тренировочного дня команда из Ирана, увидев нашу схему, скопировала вариант крепления.

С.В.: И уменьшила размеры.
Борис: Да, пошла на риск. Грубо говоря, они сделали самый маленький коптер, используя нашу схему закрепления сверху и обрезав пропеллеры. Соответственно, занервничали и мы, и австралийцы. Мы пребывали в небольшой панике, что иранцы обойдут нас с нашей же схемой.

С.В.: Нас нашим же оружием.

Борис: Было немного обидно, что они, по сути, украли нашу идею. “Ну, ладно, будь что будет” - подумали мы. И когда дело дошло до соревнований, наша команда оказалась первой.

С.В.: Первой, в смысле, по списку.

Борис: Однако произошла та же самая проблема, что и на тренировках, потому пришлось перенести наше выступление в конец списка. Следующими были австралийцы с меньшим, чем наш, коптером. Они решили пойти в лоб и сделали большой пятиметровый трос.

С.В.: Здесь я замечу, что у них была максимальная длина 18 сантиметров по горизонтали, при этом длина троса – 5 метров.

Борис: Да, то есть задача минимизации немного двояка: если говорить, что трос - это одна из частей дрона, то выходит совсем не маленький размер. Команда из Австралии продержалась минуту, правда, груз болтался, как только мог. Лишь мастерство пилота спасло дрон от падения. Само собой, полёт был нестабильным. Затем были бразильцы. Бразильцы тоже попробовали закрепить груз под коптером, но они не справились с управлением и упали. Потом были индусы.

С.В.: Индусы закрепили жёстко.

Борис: Да, они тоже закрепили снизу.

С.В.: И не взлетели.

Борис: Затем подошла наша очередь. Мы поставили аппарат, закрепили груз над дроном и взлетели. В этот момент у меня дрожали руки, однако полёт, тем не менее, оказался стабильным - система стабилизации работала хорошо, груз был неподвижен. Мы продержались минуту. И наступил самый приятный момент – когда всё позади, всё получилось.

С.В.: И когда Борис посадил дрон, зал взорвался бурными аплодисментами. Нам хлопали громче всех.

 

 

Борис: Аплодисменты немного подбодрили. Как сейчас помню (улыбается). После того как несколько команд закрепили груз снизу, где он болтался, мы показали всем, что груз можно крепить и сверху, над аппаратом, и никакого падения при этом не происходит... Да, это было облегчением. Для меня самым приятным оказался момент, когда после полёта ко мне подошёл Петер Мюррен (у него своя компания по производству микроаппаратов ProxDynamics, которая поставляет свои дроны в армии 15 стран). Он подошел и сказал, что хотя наш дрон чуть больше дронов некоторых соперников, но это был очень стабильный amazing flight, как это сказать?

С.В.: Amazing, просто amazing. Это можно не переводить (смеются).

Борис: Мюррен, к сожалению, спешил тогда. Он сказал, мол, хотел на нас посмотреть, а теперь у него скоро самолёт. Попрощался и уехал. Это было на самом деле очень приятно…

После нас выступали голландцы.

С.В.: Причём изначально они не заявляли о своём участии. Их даже в списке нет.

Борис: Они каким-то образом переоборудовали свой дрон.

С.В.: Из подручных материалов.

Борис: Ну, единственное, размер их коптера был чуть побольше, однако они тоже выбрали закрепление сверху и смогли продержаться минуту.

С.В.: А я в этот момент сидел в зале и слышал: “Oh, this is russian way!” (смеются).

Борис: Да, это тоже было приятно.

С.В.: Причём у них груз находился выше относительно коптера, чем у нас. Даже на таком большом расстоянии он достаточно стабильно держался.

Борис: То есть закрепление груза сверху, перемещение центра масс наверх – тоже нормально.

С.В.: Потом голландцы начали хулиганить. Кроме этого соревнования там было ещё несколько: пролёт через окно, между столбами и так далее. И вот он, значит, с этим грузом в ручном режиме начал демонстрировать, как можно пролететь через эти препятствия. Вот если бы он ещё мимо вентиляторов пролетел!

Борис: После всех соревнований было награждение. Наш дрон был признан лучшим в номинации “Best IMAV design”, и он занял второе место после австралийцев в номинации “Record breaking session”. Нас наградили кубком и медалями.

 

 

 

 — Сколько времени у вас заняла реализация проекта?

 

Борис: Проект разрабатывался в несколько этапов: с середины мая по начало июня и с середины августа по начало сентября. Суммарно месяц чистого рабочего времени. Было много экспериментов, мы потратили много карбона на разные варианты рам. Финальный экземпляр был готов уже 4 сентября.

 

 

— Был ли у вас план разработки аппарата или всё делалось экспромтом?

 

Борис: Был план: мы с Сергеем Владимировичем отразили его в статье «Copter size minimization for IMAV-2017». Вот там как раз таки указан план всей нашей работы и описано, какие пути минимизации мы выбрали, каким образом мы это делали.

С.В.: Сначала была теоретическая часть, потом стали воплощать её в жизнь.

Борис: Мы хотели нашу математическую модель согласовать с реальным экспериментом. В какой-то степени у нас это получилось.

 

 

— Собираетесь ли вы дорабатывать свой дрон?

С.В. А как же!

Борис: Да, да. Как раз-таки после соревнований возникли пути дальнейшей оптимизации.

С.В.: Но мы вам о них не скажем. Потому что нам ещё опять в соревнованиях участвовать. Мало ли, иранцы будут читать (смеются).

Борис: Пока у нас есть план участия в этих же соревнованиях в следующем году, есть над чем поработать.

С.В.: Обещают более жёсткие условия: вместо ручного режима хотят ввести строго автоматический. С одной стороны, это, конечно, может сыграть нам на руку, так как у нас достаточно стабильный аппарат. С другой стороны, понятно, что, все пойдут по нашему “русскому пути”, и тогда уже будет сложнее что-то выиграть. Но мы пока надеемся.

Также хотелось бы поучаствовать в других вариантах соревнований, не только в поднятии тяжести, но и в таких, как пролёт мимо столбов, вентиляторов, причём не в ручном режиме - в автоматическом.

Борис: Кстати, если есть желающие, которые увлекаются беспилотниками и хотят принять участие в разработке, мы будем их с нетерпением ждать! Потому что команда должна быть большой, со множеством “мозгов”.

С.В.: Вот в качестве примера – Сингапур. От этой страны было две команды, и в каждой – человек по восемь. То же самое с китайскими командами. В принципе, любая приезжающая на соревнование команда состоит как минимум из шести человек. Программисты – обязательно; те, кто по железкам, и общее руководство – тоже немаловажно. Так что если у кого-то есть порыв к конструированию, программированию или кто-то хочет предложить какие-то свои идеи – мы всегда рады! Приходите, обсудим.

 

 

 

 — Расскажите, пожалуйста, о применения вашего дрона на практике?

 

С.В.: Тут вопрос: внутри помещения – да, можно применять. А вот на улице при наличии сильного ветра мы пока ничего точно не можем сказать.

Борис: Допустим, вам нужно доставить много посылок. Тогда, чтобы не использовать целый парк больших дронов, можно ограничиться дронами, которые помещаются на ладони. Об энергоэффективности надо ещё подумать, но если стоит задача в минимизации размера, то такими дронами можно пользоваться.

С.В.: И тут дополнительный плюс этого нашего “русского пути” состоит в чём – в том, что когда мы крепим груз снизу, особенно если он большой, есть вероятность, что мы его повредим при посадке. А если крепим сверху, то вероятность повреждения может быть меньше. Хотя это пока только предварительные рассуждения – нужно проводить эксперименты!

 

 

 

 — Соревнования оставили много впечатлений. А что насчет научной конференции?

 

С.В.: За два дня конференции было более 50 докладов. Мне эта конференция понравилась больше, чем прошлая, которая была в Пекине и даже до неё, что была в Германии. В последние годы наметился какой-то численный перевес докладов об автопилотах и всем, что с этим связано, по сравнению с конструкцией и аэродинамикой. А вот эта конференция мне показалась достаточно сбалансированной: и по навигации были доклады, и по аэродинамике, и по конструкции. Был очень интересный доклад про полёт в турбулентных условиях, потому что для микроаппаратов это более острая проблема, чем для обычных самолетов. Так как масштабы вихря сравнимы с размерами аппарата – очевидно, что он будет вести себя очень неуверенно. Ну и другие доклады тоже интересными показались.

Борис: Мне очень понравилась лекция английского учёного. У него собственная лаборатория, и он делает беспилотные летательные аппараты, основываясь на биологических свойствах животного. Грубо говоря, его аппарат сможет, как цапля, нырнуть в воду, захватить какой-то груз и вынырнуть. Он прямо математически описал весь процесс, и у него были специальные устройства катапультирования из воды – в общем, проведена большая работа. Мне показалась его лаборатория очень интересной.

С.В. Призываю студентов участвовать в таких конференциях! Во-первых, это интересно. Во-вторых, позволяет почувствовать уровень своих знаний. В-третьих, исследование таких маленьких объектов может стать целью жизни. Не обязательно самолетов — но и птиц, жучков. Сейчас есть определённый интерес в этой области и, думаю, он будет только нарастать.

Ещё один актуальный вопрос – акустика аппаратов. Проблемы создания не просто маленького самолета или коптера, но и такого, который бы меньше шумел. Все мы знаем, что, когда ты в одной комнате с комаром, заснуть невозможно. Такая проблема незаметности, бесшумности коптеров и любых аппаратов, имеющих движущие части, стоит достаточно серьёзно. Потому что вроде бы научились делать маленькие аппараты, а тихие — пока не умеем. Если кто из студентов на эту тему подсядет — думаю, ему будет хорошо всю жизнь.

 

 

 Команда MIPTeam и С.В. Серохвостов выражают благодарность за финансовую поддержку поездки и изготовления дрона Александру Михайловичу Кузнецову, Союзу попечителей ФАЛТ и организаторам программы 5TOP100.

 

Материал подгтовлен Натальей Габдрахмановой
Фото Инны Сидоровой