БПЛА - состояние и перспективы

keleg>> Так и 50 метров (если коптер маленький) вполне хлеб для "выносного НП"
кщееш> В 14 году было просто.
кщееш> Сейчас невозможно, думаю .
кщееш> Времени нет.
кщееш> Делают всякое фуфло и очень дорого.
кщееш> Совершенно идиотское регулирование .
про попытки бравого распила на популярной теме - это впечатление давно есть. И только усиливается от чтения комментариев "представителей промышленности"..
Но почему невозможно сделать выносной НП на кабеле?

Полл> Вообще я помнил, что системы постоянного тока ушли из-за больших потерь. Но сейчас полез почитать -потери у них были на системах коммутации-распределения и преобразования, не на кабельных линиях.
Конечно.
Представь себе преобразователь с постоянки на переменку (и обратно) в рамках техники даже 50-60-х годов, без сверхмощных тиристоров-семисторов... да даже без мощных диодов, только с игнитронами. Это ж жесть!
А становление систем (и война токов в Штатах) было ещё раньше.
Сейчас всё сильно поменялось, если бы мы сейчас делали бы ЕЭС, я уверен, для магистралей был бы выбран постоянный ток (как, собссно, и есть сейчас для мощных ЛЭП на большие расстояния - они на постоянном, несмотря на сложности и дороговизну сопряжения с остальной сетью)...
Да и в быту постоянный уже выгоднее, сейчас держит лишь инерция совместимости.

КМК, такое нетривиальное решение с переменкой высокой частоты вызвано проблемами конкретных чуваков:
отладка относительно мощного импульсного блока питания, да ещё на высоких вольтах - нетривиальное и дорогое мероприятие. Сейчас импульсные БП стОят какие-то копейки именно из-за их разработки и отладки большими корпорациями, упихивания сложнейшей схемотехники в микруху и общедоступности типовых схем.
Разработка спецсхемы может потянуть на сотни тысяч долларов, и это размажется по стоимости выпущеных БПЛА, от которых многотысячные серии не ожидаются.

Поэтому, КМК, чуваки стояли перед выбором - либо просто пихнуть высокочастотный компактный транс, либо на порядки более дорогой в разработке (да и в серии даже) статический преобразователь + возиться с отладкой высоковольтной силовой схемы (на что тоже спецы нужны с их редким специальным опытом). Выбрали транс.
Я выбор конкретной гаражной команды понимаю, но в принципе альтернативы там есть, уж в пределах нескольких кВ полупроводники доступны, статические преобразователи для них не редкость.

Татарин>> Ну вот у чуваков же - вполне себе переносная (посмотри, там у них 6 прототипов).
Полл> У них все прототипы, кроме летающего на переменке, имеют высоту полета до 50 метров.
Полл> И несмотря на это все прототипы достаточно массивные - в том числе и из-за веса кабеля.
Извини, это твоё предположение. Уже основанное на тезисе, который ты доказываешь на этом примере с учётом предположения, основанного... и т.д.
Кабель у них не наилегчайший (я думаю в первую очередь из-за требований по механике), но 2.5кВт - это десятки кг нагрузки, уж явно не 50м тягать.

Да и, как ты сам видишь из ролика, на километр они поднимались.

Татарин> Извини, это твоё предположение. Уже основанное на тезисе, который ты доказываешь на этом примере с учётом предположения, основанного... и т.д.
Это мое предположение, основанное на знакомстве с подобными системами - привязными БЛА.

Татарин> Кабель у них не наилегчайший (я думаю в первую очередь из-за требований по механике), но 2.5кВт - это десятки кг нагрузки, уж явно не 50м тягать.
Для мультикоптеров требуется запас по тяге в 2 для управления. А в получившийся десяток-полтора кг нагрузки входит еще и кабель, включая парусность его.

Татарин> Да и, как ты сам видишь из ролика, на километр они поднимались.
На 1000 ft они поднимались. Не метров, а футов.

Полл> Для мультикоптеров требуется запас по тяге в 2 для управления. А в получившийся десяток-полтора кг нагрузки входит еще и кабель, включая парусность его.
Да забей.
Это мгновенная мощность.
А ограничения в кабеле у тебя на передаваемую среднюю мощность. Несколько секунд (или даже десятков секунд, в зависимости от величины перегрузки) ты можешь перегружать его в разы.
Теплоёмкость кабеля не нулевая, если ты тянешь килограмм кабеля, то и теплоёмкость у него - как у килограмма.

Ты прикинь порядок величин. Даже 2кДж/К*кг теплоёмкости кабеля это секунда при рассеиваемой (на кабеле!) двухкиловаттной(!) дополнительной(!) мощности (без учёта возросшего теплоотвода) для нагрева на 1 градус. Один. Градус.
Чтобы прогреть тот же килограмм на 10 градусов тебе нужны уже 10 секунд, а это явно запредельная величина для компенсации возмущений, или у тебя неверно посчитаны средние.

Татарин> Чтобы прогреть тот же килограмм на 10 градусов тебе нужны уже 10 секунд, а это явно запредельная величина для компенсации возмущений, или у тебя неверно посчитаны средние.
Для привязного дрона главный источник возмущений, при неподвижной базе - ветер. Как ты понимаешь, у ветра нет ограничения на длительность "не более 10 секунд".
За 10 секунд, попав в порывы, ты даже посадить БЛА не успеешь.
Конечно, греть кабель для разрушения нужно не на 10 градусов. Но где-то тут у тебя ошибка, поскольку кабель у привязных БЛА и так греется при нормальной эксплуатации.
Притом, что кабель у них сейчас используется достаточно толстый, совсем не ТФЛ.

Но в общем - всем спасибо, идею про высоковольтную линию постоянного тока и полупроводниковый преобразователь взял себе на заметку.

Татарин>> Чтобы прогреть тот же килограмм на 10 градусов тебе нужны уже 10 секунд, а это явно запредельная величина для компенсации возмущений, или у тебя неверно посчитаны средние.
Полл> Для привязного дрона главный источник возмущений, при неподвижной базе - ветер. Как ты понимаешь, у ветра нет ограничения на длительность "не более 10 секунд".
Значит, у тебя неверно посчитаны средние значения.

Полл> За 10 секунд, попав в порывы, ты даже посадить БЛА не успеешь.
Порыв не длится 10 секунд, или это просто не порыв.
Высокая мощность тебе нужна для компенсации порыва (привязь частично решает этот вопрос), а не для того чтобы посадить аппарат.

Полл> Конечно, греть кабель для разрушения нужно не на 10 градусов. Но где-то тут у тебя ошибка, поскольку кабель у привязных БЛА и так греется при нормальной эксплуатации.
Какая ошибка?
Конечно, греется. И если он нагрет до 180С, а предел у тебя 250С (скажем, фторопласт-4 можно греть до 300+, см. сковородки), то 70С буфера у тебя есть. Это много.

Полл> Притом, что кабель у них сейчас используется достаточно толстый, совсем не ТФЛ.
КМК, это механические требования.
Ну, грубо, чтобы порывом ветра не порвало б всё нафиг.

Татарин> Высокая мощность тебе нужна для компенсации порыва (привязь частично решает этот вопрос), а не для того чтобы посадить аппарат.
Привязь усложняет управление БЛА, добавляя воздействия кабеля и его парусности.

Sinus> Скорее никаких иных очевидных решений в этом случае и не было. Тащить высоковольтный DC/DC «наверх» означает увеличить вес БЛА без какого-то выигрыша. Сейчас более-менее доступны ПТ с напряжением сток-исток 4500 В, но сопротивление канала у них серьезное, 10 Ом и более, отсюда и рассеиваемая мощность,
Забавная инерция мышления.
Рассеиваемая мощность на высоких вольтах меньше, а не больше.
Да, пусть 10 Ом, но эти 10 Ом при 4500В работают на полампера (на 2+ кВт мощности на дроне), соотвественно рассеиваемая мощность, как следует из арифметики, - 5Вт.

При равной мощности лучше иметь сопротивление открытого ключа 10 Ом на 4кВ, чем 100 мОм на 5В.

Sinus> стабилизировать питающие напряжения стандартными низковольтными DC/DC «на борту» после ВВ трансформатора, что позволит минимизировать неприятности от резких изменений тока нагрузки
Вот совсем неверно, КМК.
Да, стабилизация нужна управляющей электронике, но там десятки-сотни мВт, ну пусть даже ватты в самом худшем случае. А вот моторам стабилизация, КМК, вообще не нужна (точнее, она делается на другом уровле - автопилотом, который вырулит мощность на обмотке через ШИМ). Обычному автопилоту даже самого дешёвого дрона пофиг, какие именно возмущения он компенсирует, как они накладываются и т.п.
Он оперирует положением дрона и ускорениями.
Воздух - слишком нестабильная среда, чтобы работать как-то иначе.

Sinus> но никак не нагрев кабеля «земля-воздух».
Не нагрев как таковой, а оптимизация удельной массы кабеля на передаваемый ватт на метр.

Татарин>> Высокая мощность тебе нужна для компенсации порыва (привязь частично решает этот вопрос), а не для того чтобы посадить аппарат.
Полл> Привязь усложняет управление БЛА, добавляя воздействия кабеля и его парусности.
Это да. Но это ортогонально проблеме рывков.

Вообще, КМК, эта вот фигня с не-всегда-лётностью и ограничивает такие решения с привязными дронами (или аэростатами). Вот в моей конкретной местности порывистый 25-30м/с ветер на высоте - ну, явление не очень частое, но не то чтоб прям редкое. А дрон, способный просто даже выруливать против такого ветра - это серьёзная штука.
У большинства бытовых квадрокоптеров скорости ограничены 10-20м/с, сильный ветер их просто снесёт. А тут ещё привязь, её парусность и прочность.

Башню поставить как бы не проще. Тем более, что для большиинства практических применений и нужно-то десятки метров, на 20м дальность горизонта уже 12км, на 60м - 30км, очень не всякая оптика добьёт. И очень не всякому радио нужнор больше.

Sinus>> сопротивление канала у них серьезное, 10 Ом и более, отсюда и рассеиваемая мощность,
Татарин> Забавная инерция мышления.
Татарин> Рассеиваемая мощность на высоких вольтах меньше, а не больше.
Это ты напрасно про азбуку.. )) Не путай потребляемую БЛА мощность и мощность потерь ПТ.
Поясню. Рассеиваемая мощность определяется током с-и и сопротивлением канала в открытом состоянии, если не говорить о динамических потерях. В нашем случае проблема в том, что именно все ВВ ПТ имеют высокое сопротивление канала и это никак не обойти, т.к. на БЛА приходится подавать высокое напряжение. Было бы 15 В напряжение, к примеру, легко нашелся бы ПТ с RDS(on) в пару мОм и ни о каком нагреве транзисторов речь бы не шла и при десятках ампер.
Т.о. рассеиваемая ВВ ПТ мощность при одном и том же токе стока 1 А и питающем напряжении 2000 В много выше, чем у НВ при 15 В. Именно из-за несоизмеримых RDS(on).

Татарин> При равной мощности лучше иметь сопротивление открытого ключа 10 Ом на 4кВ, чем 100 мОм на 5В.
Не нужно про это, ты не видел даташиты ПТ и ошибаешься в цифрах на порядки. См. выше.

Sinus>> стабилизировать питающие напряжения стандартными низковольтными DC/DC «на борту» после ВВ трансформатора, что позволит минимизировать неприятности от резких изменений тока нагрузки
Татарин> Вот совсем неверно, КМК.
Татарин> Да, стабилизация нужна управляющей электронике, но там десятки-сотни мВт, ну пусть даже ватты в самом худшем случае. А вот моторам стабилизация, КМК, вообще не нужна (точнее, она делается на другом уровле - автопилотом, который вырулит мощность на обмотке через ШИМ). Обычному автопилоту даже самого дешёвого дрона пофиг, какие именно возмущения он компенсирует, как они накладываются и т.п.
Тут не могу ответить с цифрами в руках, т.к. схемотехникой БЛА никогда не интересовался. Могу лишь предположить, что той части схемы, которая отвечает за стабилизацию положения аппарата много "легче" и, главное, быстрее отработать только ветровые (к примеру) возмущения, чем в дополнение "бороться" с питанием. Также могу предположить о желательности наличия даже у "привязного" БЛА собственного небольшого аккумулятора, обеспечивающего аварийную посадку при обрыве кабеля.
Эти задачи и решат DC/DC, их цена невелика.

Полл> У трехжильного провода МГТФЭ с многопроволочными жилами что к чему относится?
Sinus> Жаль ТУ на МГТФЭ нет под рукой.


ТУ 16-505.185-71
"1.2.1. Провода изготавливаются марок:
МГТФ - провод гибкий одножильный с медной жилой;
МГТФЭ - провод гибкий одно-, двух- и трехжильный с медной жилой, экранированный;
..."

При этом, разумеется, "токопроводящие жилы должны быть скручены из медных или серебряных (соответственно марке провода) проволок"

Sinus> Поясню. Рассеиваемая мощность определяется током с-и и сопротивлением канала в открытом состоянии,
Так я именно про это и говорю.
Чтобы прокачать 2кВт на 4кВ, нужно 0.5А. При этом падение на открытом ключе будет (исходя из твоих 10 Ом) 5В, мощность = 0.5А * 5В = 2.5Вт.
Чтобы прокачать 2кВт на 10В, нужно 200А. При этом даже при сопротивлении канала открытого ключа 1мОм (а это очень неплохой транзистор!) падение напряжения 0.2В, рассеиваемая мощность 0.2*200 = 40Вт.

(При этом ты сразу влетаешь во всякие нетривиальные сложности при разводке, переходные процессы, наводки и вообще весь этот аццкий высокоточный гемморой. По сравнению с которым проблемы высоковольтной техники кажутся уже простыми и интуитивно понятными. Да даже простая дорожка на дешёвом текстолите у тебя запросто на сотни наноом-единицы миллиом может потянуть, со всеми вытекающими и вылетающими при включении и работе.)


Sinus> Т.о. рассеиваемая ВВ ПТ мощность при одном и том же токе стока 1 А
О. Ну так а я о чём? Не будет того же тока при равной мощности. Если на 2кВ у тебя 1А, то на 15В тебе потребуются уже 133А, и тебе нужно сопротивление канала в 133² раз меньше чтобы получить ту же рассеиваемую мощность. А это гораздо сложнее и дороже.

Sinus> Не нужно про это, ты не видел даташиты ПТ и ошибаешься в цифрах на порядки. См. выше.
Да я не ошибаюсь, просто беру что попало с потолка.
Зависимость рассеиваемой мощности на ключе от тока квадратичная, поэтому до некоторого предела повышать напряжение очень выгодно. И повышение сопротивления канала как плата за повышение напряжения и снижение тока - это фигня, по сути.
(Да, на высоких напряжениях начинают круто уже играть переходные процессы и времена открытия-закрытия, но всё равно работать с высоким напряжением до нескольких кВ проще, чем с большим током в сотни А)

Sinus> Тут не могу ответить с цифрами в руках, т.к. схемотехникой БЛА никогда не интересовался. Могу лишь предположить, что той части схемы, которая отвечает за стабилизацию положения аппарата много "легче" и, главное, быстрее отработать только ветровые (к примеру) возмущения, чем в дополнение "бороться" с питанием.
А нет никакой борьбы как таковой, это даже не вопрос схемотехники, а, как ни странно, софта.
Автопилот - регулятор, который компенсирует отклонения в контролируемой величине управляющими воздействиями.
Коэффициенты и постоянные в регуляторе - вопрос подбора, подбирать их нужно в любом случае, и какими конкретно они будут, с учётом падения мощности или без - не влияет ни на алгоритм, ни на схемотехнику.

Это легко видеть на примере дронов на аккумах. Падение напряжения на аккумуляторе в зависимости от текущей нагрузки, заряда, фирмы-изготовителя, химии, ресурса, истории нагрузки и т.п. - очень сложная вещь. Которую никто не учитывает... просто потому что не нужно. Аккум - далеко не источник напряжения, но автопилот не "борется" с этим, он просто смотрит на ускорения, и если нужно "поддаёт газу" или, наоборот, снижает мощность.

Татарин> Это легко видеть на примере дронов на аккумах. Падение напряжения на аккумуляторе в зависимости от текущей нагрузки, заряда, фирмы-изготовителя, химии, ресурса, истории нагрузки и т.п. - очень
Плавный и медленный процесс по сравнению с необходимой скоростью маневрирования.
Что и позволяет его игнорировать в этой задаче.

Татарин>> Это легко видеть на примере дронов на аккумах. Падение напряжения на аккумуляторе в зависимости от текущей нагрузки, заряда, фирмы-изготовителя, химии, ресурса, истории нагрузки и т.п. - очень
Полл> Плавный и медленный процесс по сравнению с необходимой скоростью маневрирования.
Ну что ты... Мгновенный.
Внутреннее сопротивление аккума ничем не отличается от сопротивления провода в нашей задаче. И там, и там при повышении тока растёт падающее на них напряжение, снижая мощность на нагрузке.

Вопрос о заряде, ресурсе и т.п. поднят для того, чтобы подчеркнуть: внутреннее сопротивление не константа, не просто зависит от заряда, но и более того - обычно ты не можешь заранее забить в автопилот даже форму этой зависимости внутреннего сопротивления от заряда. Да и не нужно это.

Татарин> Внутреннее сопротивление аккума ничем не отличается от сопротивления провода в нашей задаче. И
Отличается - величиной. Внутреннее сопротивление литий-полимерных АКБ измеряется в миллиОмах (первых единицах, если мы говорим про бытовые "квадрокоптеры"). Сопротивление кабеля, как здесь идет речь, измеряется в сотне Ом.

Татарин>> Внутреннее сопротивление аккума ничем не отличается от сопротивления провода в нашей задаче. И
Полл> Отличается - величиной. Внутреннее сопротивление литий-полимерных АКЮ измеряется в миллиОмах. Сопротивление кабеля, как здесь идет речь, измеряется в сотне Ом.
Брр... Ы? Какое это вообще имеет значение?

Главное же не абсолютное значение, а отношение этих сопротивлений к сопротивлению нагрузки и процент падения мощности на паразитных сопротивлениях при увеличении нагрузки.
Для того мы и используем киловольты в питании дрона, чтобы даже сотня Ом кабеля не отжирала всё в тепло.

Уменьшаем напряжение - тот же процент мощности падает на пропорционально меньшем паразитном сопротивлении. А если мы пытаемся сохранить мощность на нагрузке при снижении напряжения, то паразитные сопротивления нужно уменьшать уже пропорционально квадрату. Ибо закон Ома же.

Sinus> Поясню. Рассеиваемая мощность определяется током с-и и сопротивлением канала в открытом состоянии, если не говорить о динамических потерях. В нашем случае проблема в том, что именно все ВВ ПТ имеют высокое сопротивление канала и это никак не обойти,

С чего ты взял??? Откуда такие странные идеи? Как раз у полевика сопротивление канала снизу не ограничено.

Первое же попавшееся: Новая серия МОП-транзисторов IRFP4xxx с ультранизким сопротивлением канала

Можно и меньше сделать. До субмиллиомов. Это у биполярников эффективное сопротивление велико.

Sinus>> И провод МГТФ не одножильный,
Полл> МГТФ как раз одножильный, многожильными могут быть МГТФЭ.

Это экранированный, причем каждая жила (могут быть начиная с 2-х) в своей отдельной изоляции и все в общем экране. В бортовой ВЧ \ СВЧ аппаратуре Э применяют не часто.

Полл> Или ты про то, что жила в МГТФ многопроволочная?

Он именно за это (структура жилы), я - за (из вики, так же как и в производстве - за количество жил в проводе):

МГТФ (провод гибкий одножильный с медной жилой, изолированный фторопластом-4) — марка провода монтажного теплостойкого с изоляцией из фторопласта...
Провод различают по сечению жилы и наличию экранирующей оплетки (МГТФЭ), провод марки МГТФЭ изготавливается одно-, двух-, трёх и четырёхжильным. Провод МГТФЛ с увеличенной толщиной изоляции в защитной оплётке из полиэфирных (лавсановых) нитей ... с 1980 года ... имеет марку МПО...
Провод МГТФ предназначен для монтажа электрической слаботочной аппаратуры и работы при температуре от минус 60 до плюс 220 °C и переменным напряжением до 250 В частотой до 5000 Гц или до 350 В постоянного тока.

m.0.> [i]МГТФ (провод гибкий одножильный с медной жилой, изолированный фторопластом-4) — марка провода монтажного теплостойкого с изоляцией из фторопласта...

МГТФ знатный провод, но сделали бы его герметичным.Было бы намного лучше.

Впрочем, сейчас приходится иметь дело вообще с КПСВ(нг). "нг" обычно формулируют, что негорючий. На самом деле — не поддерживающий горение. В факеле он очень даже горит.

Sandro> МГТФ знатный провод, но сделали бы его герметичным.
Я не помню точно аббревиатуру, но такая модификация со спеченной изоляцией есть.

Sandro> "нг" обычно формулируют, что негорючий.
"Не горючий" - это FR. Ещё есть с изоляцией, не выделяющей галогенов при нагреве и горении - LS.

Sandro> Меня преизрядно забавляет это деление проводов на неподдерживающие горение и самозатухающие.
Не поддерживающие горение это и есть самозатухающие.
А делится кабель на огнестойкий (FR) и не поддерживающий горение (нг). Причем это не взаимоисключающие категории.

Sandro> Ладно, вернусь к теме. По мне, беспилотник поля боя должен быть либо маленькой машинкой, запускаемой с руки и с минимальными средствами наблюдения за полем боя. Либо дальним носителем АСП с полтонны. А вот все эти изделия с ценником в $$$ много и без средств поражения очень сомнительны.
Если взять "Орлан-10" - он ведёт специфическую, но полезную РТР и РЭБ. Для ЦУ артиллерии ПН тоже достаточно тяжёлая.
Если поле боя для механизированных частей и артиллерии, то его размеры измеряются в десятках километров, и действующему в этих масштабах БЛА приходится быть достаточно большим для соответствующей аппаратуры связи и бортового запаса энергии.

Sandro>> МГТФ знатный провод, но сделали бы его герметичным.
Полл> Я не помню точно аббревиатуру, но такая модификация со спеченной изоляцией есть.

Перфторполиэтилен не спекается, поскольку температура разложения у него меньше (расчётной) температуры плавления.

Sandro>> "нг" обычно формулируют, что негорючий.
Полл> "Не горючий" - это FR. Ещё есть с изоляцией, не выделяющей галогенов при нагреве и горении - LS.

Э, не так. Не выделяющий галогенов — это HF.
FR — это Fire Retardant. Стойкий к воспламенению. Если есть оба свойства, то наносится двойная маркировка. И ещё ГОСТОвский класс тоже обязателен к нанесени.

Полл> Не поддерживающие горение это и есть самозатухающие.

А вот и нет. Каким бы странным это не казалось. Самозатухающий горит, но без источника огня гаснет. Это может быть даже ПВХ. Не поддерживающий горение — не горит вовсе. Там полностью огнестойкая изоляция.

А, да. Чуть не забыл. LS — это Low Smoke. Малодымный то есть. С минимум токсики при горении. (Не стал бы я на это полагаться)

Полл> А делится кабель на огнестойкий (FR) и не поддерживающий горение (нг). Причем это не взаимоисключающие категории.