Всем привет! В связи выходом нового Microsoft Flight Simulator я и мои друзья решили написать для вас гайд по полетам в симуляторе.

Учиться мы будем на Cessna 152 одном из самых востребованных самолетов. Он прост в управлении, прощает многие ошибки и весьма популярен в летных школах сам автор учился летать именно на нем. Что немаловажно, встроенное в Microsoft Flight Simulator обучение также использует его.

Мы не будем грузиться теорией (поначалу), а перейдем сразу к практике. Статьи будут дополнять встроенные в MFS уроки.

Дисклеймер: данная статья предназначена исключительно для полетов в симуляторе и не покрывает многие аспекты реальных полетов, намеренно упрощая некоторые определения и процедуры. Автор хоть и является частным пилотом, но не имеет квалификации летного инструктора. Если вы учитесь летать или уже летаете на реальном самолете, используйте только сертифицированную литературу, одобренную вашим клубом, школой или инструктором.

А теперь вперед, за штурвал! Загружайте первый урок.

Основы управления самолетом

В полете самолет управляется по трем осям.

Изменение наклона вверх/вниз называется управлением по тангажу (pitch). Основной способ изменить тангаж самолета дать штурвал от себя (нос вниз) или на себя (нос вверх). На тангаж также влияет множество других параметров, некоторые из которых мы разберем ниже.

Наклон самолета на крыло называется управлением по крену (bank/roll). Основной способ создания крена поворот штурвала влево или вправо. Крен будет расти до тех пор, пока штурвал не будет возвращен в нейтральное положение, после чего большая часть самолетов будет стремиться удержать заданный крен. Для нейтрализации крена обычно выполняют обратное движение штурвалом. Как и в случае с тангажом, крен также зависит от множества других параметров.

Рыскание (yaw) это движение носа вправо/влево. Как и крен, рыскание зависит от многих внешних факторов. Основной способ управления рысканием в самолете это педали.

Обратите внимание, что педали в самолете имеют двойную функцию. Их можно нажимать (это работает как тормоз), а можно толкать вперед (как руль, на земле и в воздухе).

Помимо штурвала и педалей, самолет имеет несколько других важных органов управления:

Ручка управления дроссельной заслонкой (throttle), далее газ эквивалентна педали газа и управляет количеством поступающей в двигатель топливно-воздушной смеси. На большей части самолетов она имеет закругленную форму и окрашена в черный цвет.

Ручка управления закрылками (flaps) управляет, как несложно догадаться, закрылками специальными поверхностями на внутренней стороне крыла. Они позволяют самолету получать необходимую подъемную силу на более низких скоростях, что активно используется во время взлета и посадки. В полете закрылки убираются, так как они создают дополнительное аэродинамическое сопротивление.

Колесо управления триммером руля высоты (trim wheel), далее триммер. Как мы выясним чуть позже, изменение параметров полета требует от пилота приложения разного давления на штурвал. Поворот этого колеса изменяет положение нейтральной точки штурвала то есть вы сможете сделать так, чтобы штурвал сам поддерживал это давление без вашего участия.

Контролируем тангаж

Пройдите начальное обучение и попросите инструктора дать вам немного полетать в свободном режиме. В центре приборной панели расположен авиагоризонт (artificial horizon, attitude indicator, AI). Его легко узнать по характерному синему и коричневому цвету, которые обозначают соответственно небо и землю. По центру прибора расположена точка, которая показывает нос вашего самолета, а по бокам риски, символизирующие крыло.

Слева от него расположен указатель воздушной скорости (airspeed indicator, ASI). Читается примерно так же, как спидометр в наземном транспорте, но скорость измеряет в узлах морских милях (1.852 км) в час.

Мы учимся летать по правилам визуальных полетов, поэтому сам авиагоризонт нам использовать необязательно. Тем не менее, наш полет это хорошая возможность ознакомиться с принципами его работы.

За изменение тангажа отвечает руль высоты (elevator), расположенный, как правило, на хвосте самолета. Настало время им воспользоваться.

Убедитесь, что стрелка скорости расположена выше белой зоны на указателе скорости. Запомните значение скорости, а затем слегка (слегка!) возьмите штурвал на себя.

Обратите внимание на то, как изменяется картина за окном. Мы стали меньше видеть землю и больше неба. Взгляните на авиагоризонт и сопоставьте картину на нем с картиной за окном.

Проверьте скорость. Вы увидите, что она упала.

Нос направлен вверх

Отпустите штурвал. Самолет начнет сам выводить нос в горизонт. Снова проверьте скорость она должна вернуться к исходному значению.

Повторите ту же процедуру, но наклонив нос вниз. Теперь землю видно больше, чем небо, а скорость растет. При отпускании штурвала нос возвращается в прежнее положение.

Нос направлен вниз

Вот вам простая аналогия представьте, что вы катитесь на машине с горки. Что будет происходить с вашей скоростью, если газ и передача останутся неизменными?

Подытожим. Первичный эффект руля высоты это изменение тангажа самолета. Вторичный же это изменение скорости.

Создаем крен

За управление креном обычно отвечают элероны (ailerons) специальные рулевые поверхности, расположенные ближе к законцовкам крыла. Они контролируются поворотом штурвала.

Выведите нос самолета в горизонт и убедитесь, что скорость находится за пределами белой шкалы. Поверните штурвал вправо, дайте самолету слегка наклониться (10 градусов хватит), а затем отпустите.

Мы можем увидеть, что картинка за окном снова поменялась теперь мы видим все под углом. Взгляните на авиагоризонт вы обнаружите, что риски находится горизонтально, а сама линия горизонта наклонилась. Авиагоризонт отражает ту же картину, что мы видим за окном.

Самолет в крене

Заметьте, что самолет сохраняет данный вами крен и без всякого давления на штурвал.

Снизу от авиагоризонта вы увидите указатель курса (direction indicator) прибор, показывающий направление, в сторону которого смотрит нос самолета. Обратите внимание на то, что наш курс меняется то есть самолет поворачивает (совершает рыскание).

Поверните штурвал влево и удерживайте до тех пор, пока линия горизонта снова не станет ровной. Крен исчезнет, и самолет будет лететь прямо.

Первичным эффектом элеронов является создание крена, а вторичным рыскание.

Управляем рысканием

За рыскание отвечает руль направления (rudder), расположенный на хвосте самолета. Самое время познакомиться с ним.

Выровняйте самолет и проверьте скорость. Снизу от указателя скорости расположен другой прибор, координатор разворотов (turn coordinator). Нас интересует черный шарик, плавающей в специальной дужке снизу. Как правило, в обычном полете он находится в центральной области.

Слегка толкните правую педаль и удерживайте ее. Вы увидите, что нос самолета уходит вправо. Помимо этого, будет развиваться правый крен.

Взгляните на шарик он уйдет влево. Прямо сейчас он нам говорит, что мы летим немного боком, со скольжением (slip), и чтобы его исправить, нужно наступить на шарик дать педаль со стороны шарика. Выровняйте педали, и вы увидите, как самолет возвращается в нормальное положение.

А вот так выглядит рыскание

Первичным эффектом руля направления является рыскание, а вторичным крен.

Даем газку

Взгляните на приборную панель справа от себя. Там вы найдете тахометр, показывающий обороты двигателя. Запомните текущее значение (оно должно быть в районе 2300).

Не касаясь штурвала и педалей, полностью дайте газ.

Вы увидите, что обороты двигателя (и, следовательно, создаваемая им тяга) выросли. Вслед на ними начнет расти скорость, а затем нос самолета сам собой поднимется наверх.

Полностью уберите газ, и вы увидите противоположную картину обороты и скорость упадут, а нос самолета опустится вниз. Будьте внимательны и не давайте стрелке указателя скорости войти в белую или желтую зону. Верните режим в прежнее положение.

Обратите внимание также на то, что в момент изменения режима самолет слегка рыскает вправо/влево, в зависимости от того, увеличили или уменьшили вы режим.

Первичным эффектом от изменения газа является изменение оборотов и скорости. Вторичным же эффектом является изменение тангажа и рыскания.

Выпускаем закрылки

В зависимости от конструкции самолета, выпуск закрылок может создавать тенденцию как и к поднятию носа, так и к опусканию его. Тем не менее, практически всегда выпуск закрылок приводит к небольшому взмыванию самолета из-за увеличения подъемной силы крыла, а также к уменьшению скорости из-за увеличения аэродинамического сопротивления.

При работе с закрылками важно удерживать нос в желаемом положении и следить за изменениями скорости. Закрылками можно пользоваться лишь тогда, когда скорость находится в пределах белой шкалы.

Давайте попробуем это. В полете слегка приберите режим и удерживайте нос самолета горизонтально. Подберите режим таком образом, чтобы скорость держалась в районе 70.

Выпустите закрылки (первая позиция). Самолет немного взмоет. Обратите внимание, как изменится скорость самолета и положение его носа.

Теперь уберите их. Произойдет противоположное, самолет немного провалится, а скорость начнет расти. Верните самолет в нормальный полет.

Солнечные батареи в южной Англии

Учимся триммировать

К этому моменту мы уже узнали, что изменения конфигурации полета (режима двигателя, закрылков) требуют удержания носа в какой-то одной позиции и это позиция далеко не всегда соответствует нейтральному положению штурвала. Можно лететь, постоянно оказывая давление на штурвал но это не очень удобно и безопасно. Постоянная борьба с штурвалом приведет к усталости рук и невозможности точно контролировать параметры полета.

К счастью, мы можем перенести положение нейтральной точки нашего штурвала так, чтобы он создавал нужное давление сам. Этот процесс называется триммированием (trimming).

Восстановите обычный режим полета (обороты, тангаж, крен, рыскание, закрылки). Отпустите штурвал и посмотрите, что произойдет с самолетом.

Если он опускает нос вниз, выведите самолет в горизонт и попробуйте снять усилия со штурвала путем поворота колеса сверху вниз. Если же задирает нос вверх, крутите в противоположную сторону. Для проверки точности триммирования приотпустите штурвал. Повторяйте процедуру до тех пор, пока самолет не будет удерживать нос горизонтально в нейтральном положении штурвала.

Мы только что выполнили триммирование самолета. Давайте обобщим эффект от триммера: поворот колеса триммера руля высоты меняет усилия на штурвале по оси тангажа.

Общие советы по пилотированию

Несколько советов по правильному пилотированию самолета и самым частым ошибкам.

В первую очередь не держите штурвал двумя руками! В авиалайнерах в некоторых ситуациях от пилота требуется использовать обе руки, но к нам это не применимо для управления вам хватит и одной. Вторая пригодится для всего остального, начиная от контроля газа и заканчивая ведением вашего штурманского журнала.

Второе. Не надо вцепляться в штурвал. Держите его спокойно, уверенно и нежно. Вам хватит всего трех пальцев на руке, чтобы надежно управлять им.

Окрестности Рима

Плавные движения штурвалом это ключ к точному выдерживанию параметров полета, минимизации ошибок и довольным пассажирам. Избегайте резких изменений тангажа, крена и рыскания. Выполняйте движения аккуратно, плавно, но уверенно.

Не стесняйтесь триммировать самолет, но не стремитесь контролировать тангаж триммером. Правильная последовательность действий: изменение конфигурации, удержание носа штурвалом, снятие усилий со штурвала триммером. Не надо использовать триммер вместо штурвала.

На правильно стриммированном самолете вы можете поворачивать и контролировать крен педалями. Это позволит держать обе руки свободными и, например, параллельно строить маршрут на карте. При этом нажимайте педали очень плавно, сильное скольжение может быть опасным в некоторых обстоятельствах (низкая скорость, выпущенные закрылки, сильный крен и прочее). В реальных полетах не делайте этого без прохождения соответствующего инструктажа (это применимо ко всей статье).

Не задерживайте свой взгляд на авиагоризонте и приборной панели. Вы учитесь летать по правилам визуальных полетов. По ним вы обязаны большую часть времени смотреть наружу для избежания других самолетов и ориентировки на местности. Запомните, на каком обычно расстоянии находится капот от линии горизонта, и используйте это как референс для горизонтального полета.

Не превышайте крен в 15 градусов, особенно на низкой скорости. На первых порах не превышайте его вообще.

Эффективность рулевых поверхностей зависит от их обдувания воздухом. Чем сильнее воздушный поток, тем меньшее отклонение рулевой поверхности потребуется для достижения нужного результата. Обдув хвостовых рулевых поверхностей (рулей высоты и направления) производится встречным потоком и струей от винта. Обдув элеронов производится только встречным потоком. На меньших скоростях потребуется большее отклонение рулевых поверхностей.

Итоги

Сегодня мы научились контролировать самолет во всех осях, триммировать его, пользоваться закрылками и менять режим работы двигателя. В нашем следующем занятии мы разберем, как менять скорость полета, выполнять набор высоты и снижение, а также правильно совершать развороты.

Я буду очень рад, если кого-то из вас статья вдохновит попробовать полетать в симуляторе, и буду ещё больше рад, если после этого вы придете на настоящий аэродром. Главное не используйте эту статью для реального обучения, всегда слушайте инструктора и читайте сертифицированную литературу. Если вам интересна тема полетов в целом и вы хотите получать больше вдохновения, то можете:

• подписаться на мой Telegam-канал, в котором я подробнее разбираю теорию и рассказываю о своих полетах в Англии
• на YouTube-каналы Записки пилота и kudri_fm.

Хоть эту статью и ревьюили два коммерческих пилота, она может не покрывать некоторых интересных для вас аспектов. Если так, обязательно дайте мне знать об этом в комментариях. Увидимся в небе!

Однажды в институте зав кафедры рассказывал нам о нашей будущей профессии:
Наша профессия очень важна и ответственна. Сейчас вы работаете над обликом будущего флагмана Российской авиации. Вы сыпете идеями, пытаетесь предугадать задачи, которые он будет решать, берете на себя ответственность и принимаете решения. А через 15 лет, когда самолет наконец построят, всем будут раздавать почести, но про вас уже никто не вспомнит.
Такая агитация мне не понравилась, ждать 15 лет результата я не готов.

Авиация высокоразвитая отрасль, но высокие требования по надежности и распланированное будущее не позволяют внедрять новые технологии быстро. А беспилотникам же наоборот, никаких особых требований пока нет, вот они и растут как грибы после дождя, заполняя собой ниши авиа мониторинга, рекламы, помощи сельскому хозяйству, видеосъемки и подобные.
Так я и решил, пускай они там как-нибудь без меня строят свои истребители, а я, пока молод и горяч, пойду в беспилотники. Благо что авиамодельное прошлое имеется.

Какие есть пути развития авиации? На мой взгляд, авиация может развиваться двумя путями:

• Использование инновационных технологий для комплектующих (новые эффективные силовые установки с малым весом, авионика и прочее).
• Изменение аэродинамической схемы.

Мне больше импонирует изменение аэродинамической схемы самолета. Этим путем появились такие аэродинамические схемы как утка и летающее крыло. Но инженерам этого было мало, им хотелось, чтобы аэродинамика изменялась прямо в полете. Так появились самолеты с изменяемой геометрией крыла (Су-24, Ту-22М, Ту-160, F-111 и им подобные), самолеты с управляемым вектором тяги (Миг-29ОВТ, Миг-35, Су-30, 37, 57, F-22 и др) и, конечно же, конвертопланы (например, всем известный Bell V-22 Osprey).

Это все, конечно, хорошо, но не совсем мне по душе. Идея с изменяемой геометрией крыла интересна, но надо, чтоб если складывались крылья, то так, чтоб совсем, а не жалкие несколько градусов. А вот идея с поворотными силовыми установками мне импонирует. Так и родилась идея сделать свой конвертоплан. Схематично нашу идею можно описать следующим образом:


Я собрал команду и вскоре мы определились. Идея нашего конвертоплана заключалась в объединении самолетной схемы летающее крыло и вертолетной продольной двухвинтовой схемы. Мы решили, что крылья будут складываться вниз, причем не половина крыла, как у корабельных самолетов, а целиком, чтобы не создавать дополнительное сопротивление при наборе высоты в вертолетном режиме.

Конвертоплан будет взлетать со сложенными вертикально вниз крыльями, затем, моторы будут поворачиваться, а крылья плавно раскрываться. Сам полет будет проходить в режиме летающее крыло, а при необходимости можно будет всегда зависнуть на месте. При посадке он может садиться вертикально, на брюхо или, в случае экстренной посадки, на парашюте.

Какие преимущества у данной аэродинамической схемы?

• За счет огромного крыла мы получаем высокое аэродинамическое качество в самолетном режиме, что значительно увеличивает дальность полета в сравнении с другими конвертопланами.
• Вертикальный взлет и посадка (не требует ВПП).
• Возможность зависать в воздухе.

Закончим введение и перейдем к сути. Для реализации проекта нам необходимо:

• Изготовить прототип.
• Создать систему стабилизации за счет управляемых векторов тяги.
• Реализовать алгоритмы переходного процесса во время смены режимов полета.
• Провести тестовые полеты, отладить систему.
• Коммерческий полет.

Прототип 1

Мы приступили к созданию первого прототипа. У нас не было никакого особого оборудования, только руки и базовые знания. Начали с того, что начертили модель в 3D.





Построенный летательный аппарат выглядел следующим образом:





Получилась первая модель, для которой мы сразу же подготовили испытательный стенд.

Написали простенький код для управления моторами и запустили этого монстра сначала на стенде, а потом и в воздухе. Мы с ней съездили на несколько конференций, где получали неоднозначные отзывы. При изготовлении первого прототипа в расчеты мы не углублялись, и единственная лтх, которую мы можем предоставить, это его габариты. Круизная скорость рассчитывалась на 100 км/час, но как-то не сложилось с дальними полетами и записью хоть каких-то характеристик.

Не смотря на то, что построенная модель не оправдала ниших ожиданий, она, несомненно, показала, что подобное устройство все же имеет прово на жизнь и еще позволила сделать следующее:

• Определиться с конструкцией механизма наклона моторов.
• Проверить возможность реализации такой модели.
• Сформулировали облик модели.
• Получили наглядную модель всех механизмов.

Признаться честно, мы сами не ожидали, что у нас получится сделать прототип, и что он будет функционировать.

После у всех участников данного проекта началась учеба в разных институтах, и мы забросили этот проект. Постепенно команда куда-то разъехалась. Когда учеба в институте подходила к концу, и приближался дипломный проект, у всех нас всплыла идея вернуться к этому летательному аппарату. Ни у кого не возникнет сомнений что подобный агрегат многогранен, и работы там найдется всем и всегда. Поэтому каждый взял себе кусочек который максимально близко подходил его специальности

Прототип 2

Встретились как-то красотка, сантехник, турист, айтишник и школьник. И сантехник говорит, Диплом близко, надо строить самолет.

Мы собрались снова и начали делать второй прототип. Теперь в нашем распоряжении были: гараж, оборудованный по последнему слову техники, токарный станок, ЧПУ, 3D принтер, а также опыт и знания, полученные в институте. Сразу определили целевое назначение беспилотника, он будет мониторить нефтепроводы. Под эту задачу подобрали оптимальные ЛТХ (это отдельная история). Рассчитали и начертили все агрегаты и узлы. Рассчитали систему спасения и сшили парашют. Разработали систему раскрывания и складывания крыльев. Изготовили прототип со следующими ЛТХ:












С построенным прототипом мы принимали участие в МАКС-2019, поучавствовали в конкурсе от Вертолетов России и продолжаем заниматься его доработками в свободное от отдыха время.

Выводы

Идти своим путем всегда невероятно сложно. Нам постоянно говорят, что это, конечно здорово, но не будет работать и никогда не полетит, либо у нас не хватит желания довести это до функционального состояния. Однако мы рады слышать конструктивную критику.

Мы все еще горим желанием увидеть задуманное в воздуже и прилагаем к этому все возможние усилия.

P.S

В данном проекте при постановки целей и задач я руководствуюсь требованиями и условиями предъявляемыми к ДПЛА в задачах мониторинга, применение всех идей подходов и созданных прототипов в других отраслях может быть рассмотрено только после достижения поставленных сейчас целей. Такой подход считаю рациональным в сложившихся обстоятельствах с ограниченными материальными, трудовыми и временными ресурсами. Подобными суждениями я пользовался довольно часто в процессе работы над этим проектом, потому что с нетерпением хочу увидеть в действии то, чем занимаюсь.

В прошлой статье мы описали нашу идею создания конвертоплана с изменяемыми векторами тяги. Мы получили большой отклик, поэтому в этой статье продолжим рассказ о развитии проекта.

Развивая идею полноценного полета агрегата из предыдущей статьи, мы всеми силами стараемся обойтись весьма скромным бюджетом и не потратить все накопленные остатки стипендии. В связи с этим, возникает множество проблем. Некоторая часть этих проблем заключается в механике, другая часть состоит в не совсем подходящей установленной электронике, системах связи, а также есть многих других проблем, которые хотя бы теоретически могут быть решены. Остальные проблемы относятся к тем, которые без увеличения бюджета решиться не могут. На мой взгляд, основная проблема в этой группе это полетный котроллер и сама программа управления конвертопланом.

Мы приняли решение построить прототип, на котором сможем попытаться сымитировать динамику и принципы управления, которые необходимы нашему конвертоплану.

Я в авиамодельном хобби совсем не новичок, хотя сам еще довольно молод (еще пока студент магистратуры), но и мне крайне тяжело, а иногда и невозможно успевать за функционалом существующих прошивок и полетных контроллеров для квадрокоптеров и других БПЛА. Насколько я помню, шесть лет назад простые прошивки для дронов помещались в Arduino IDE и работали на платах от пульта для приставки. Сегодня же китайские фирмы предлагают нам за 20 долларов плату с прошивкой, функционал которой превосходит базовую программу обучения в институте. Таким образом, перед желающими собрать квадрокоптер стоит огромный соблазн даже не пытаться заняться изготовлением полетного контроллера. Выбор имеющихся решений огромен, однако, как я сам убедился, не безграничен.

Прототип

Пытаясь придумать систему управления бикоптером со всеми степенями свободы, наша дримтим решила попробовать создать сначала то, что скорее всего точно полетит. Выбор мы остановили на квадрокоптере. Таким образом, мы пришли к выводу, что нам необходимо построить квадрокоптер с управляемыми векторами тяги каждого мотора. Я, конечно, могу сказать, что в технических условиях мы договорились, что управление в горизонтальной плоскости мы будем осуществлять за счет управления вектором тяги, однако по-другому у нас просто не получилось.


Что бы хоть чем-то отличаться от людей, получающих образование на форумах, хотя сами такой информацией не брезгуем, мы начали с проработки примерной 3D модели. Основной отправной точкой для себя мы взяли микросервоприводы с металлическим редуктором. Таким машинкам точно хватит усилия и прочности. Прикинув период колебаний пятидюймового квадрокоптера я понял, что и скорости работы хватает с достаточно большим запасом. Основываясь на этих компонентах, мы серьезно занялись проблемой выбора моторов. Преодолев долгие душевные терзания, мы вспомнили, что в душе все мы немного акционеры и остановились на квадрокоптерных моторах, которые были по акции на одном известном китайском сайте. Затем, мы перешли к постройке 3D модели. Модель должна была быть максимально простая, чтобы ее можно было быстро изготовить: частично напечатать на 3D-принтере, сделать раму из подручных материалов, ну и, конечно, подогнать сверхточным инструментом напильником. В итоге, за два вечера в компании интересного собеседника, получилось создать именно ту модель, что отвечала поставленным задачам.

Моделирование системы управления

Какой же проект без научной составляющей? Надо провести исследования. Возможности Simulink (Matlab) позволили нам смоделировать похожую модель с выбранной системой управления. Имея готовую 3D модель, нам не составило труда задать ее физические свойства в Matlab.

Следующим этапом было каким-либо образом сымитировать гироскопический момент, который создают двигатели при наклоне. Правда это оказалось совсем не обязательно в нашем случае, но все познается в процессе.

Стратегию управления мы взяли, как нам показалось, максимально простую. Мы решили стабилизировать квадрокоптер в горизонтальном положении за счет разностей тяг моторов, а перемещаться в горизонтальной плоскости за счет наклона моторов в двух плоскостях.
Со стабилизацией в горизонте вопросов совсем невозникало, так как на эту тему существует огромное количество статей и большой выбор контроллеров: начиная от простейшего PID контроллера, заканчивая контроллерами, самонастраивающимися с помощью нейронных сетей.
Мы остановились на самом простом PID контроллере. Для управления в горизонте мы решили пропорционально отклонять каждый мотор для создания требуемого усилия. Отклонять сервоприводы будем парируя возникающие линейные ускорения PID контроллером. Удерживать позицию нам это не поможет, однако нам это и не надо. Мы пока просто хотим понять, полетит ли такая конструкция. Загвоздка еще состоит и в необходимости добавлять газ мотору при его отклонении, но мы этим пренебрегли.

Изготовление прототипа

Поборов в себе желание создавать всю прошивку для такого квадрокоптера с нуля, мы прибегли к, на мой взгляд, элегантному решению. Мы разделили между двумя платами задачу стабилизации квадрокоптера в горизонте и задачу управления им. Таким образом, моторами у нас управляет самый обыкновенный коптерный полетный контроллер F4, а за управление актуаторами отвечает отдельная плата STM Blue Pill.
Схематично это можно представить следующим образом:



После построения модели в Simulink, написать нужную программу вполне посильная задача. Особенностью нашего контроллера является разделение на два PID контроллера (вперед-назад и вправо-влево), и расшифровка-зашифровка сигнала SBus. То есть с приемника дистанционного управления мы передаем сигнал нашей плате, делаем все что пришло в голову пилоту, а квадрокоптерному полетному контроллеру создаем свой управляющий сигнал, требующий лишь удержания квадрокоптера горизонтально, то есть контролируем лишь тягу моторов.

Описанное чудо на практике выглядит примерно так, как показано на изображениях ниже. На первом изображении показаны внутренности прототипа, на втором уже готовый к летным испытаниям агрегат.

Летные испытания

Взяв школьника, у которого еще не развит инстинкт самосохранения, мы приступили к летным испытаниям. Конечно же мы предупредили его о возможных опасностях, но лишиться пальца он не боялся. Мы вообще не верили, что это полетит. Но тем не менее, с первой попытки все получилось. Летает он на удивление быстро, возможно, это связано с уменьшением аэродинамического сопротивления в сравнении с классическими моделями квадрокоптеров. Посмотрите видео, там показано, как наш квадрокоптер держится в полете.



За возможность перевозить открытый стакан с жидкостью и топорность конструкции, мы присвоили своему произведению кодовое название Летающая табуретка. В итоге, получился квадрокоптер, который отлично подходит для перевозки пиццы и напитков. Также его можно использовать для других задач, где требуется горизонтальное положение в полете, например, для отслеживания качества дорожного полотна. Не знаю, конечно, как это поможет, но подобные предложения уже поступали.

P.S.

Для тех кому интересно, насколько полезным может быть такой топорный метод компьютерного моделирования, я добавлю график сравнения отклика прототипа на управляющий сигнал во время летных испытаний и график отклика смоделированной в Matlab модели на лог этого же сигнала.

По оси крена:


По оси рысканья:

Вывод

Таким образом, методом проб и ошибок, мы медленно, но верно приближаемся к своей мечте.

На дворе уже осень, и в нашем техническом блоге и редакторам, и читателям наверняка хочется отдохнуть от сложных терминов, схем и диаграмм применения ИБП (источников бесперебойного питания), и поговорить о чем-то более отвлеченном, пусть не развлекающем, но хотя бы расширяющим кругозор. Этим и займёмся. Всем известно, что основное место жизни ИБП это под офисным столом или в серверном зале дата-центра. Но встретить ИБП можно и в других местах, где от электропитания зависит работа важных систем или даже жизнь человека. Ниже пара интересных примеров.

В небе

Было бы удивительно, если бы в самолетах не было ИБП, учитывая, насколько современные лайнеры напичканы всевозможной электроникой. Разумеется, к ИБП, устанавливаемым на авиатехнике, предъявляется целый ряд особых требований по сравнению с их офисными собратьями (температурные условия, устойчивость к вибрации и изменениям давления воздуха), да и называются они немного по-другому Аварийный ИП, или EPS (Emergency Power Supply). В отличие от наземных ИБП запитываются они постоянным током от бортовой сети 28 В, а вот на выходе выдают целый набор различных напряжений: 24 В и 2,06,5 В постоянного тока и 115 В / 400 Гц переменного тока.


EPS-источник 501-1228-04 для самолетов Bombardier и Embraer. Источник: PaulGreasley / Wikimedia Commons

На самолете источники EPS устанавливаются в существующую полку авионики или дополнительную монтажную стойку. Их задача сохранить электропитание жизненно важной авионики, если произойдёт полный отказ бортовой сети, включая вспомогательную силовую установку (ВСУ) и даже аварийную воздушную турбину (Ram air turbine), малоизвестного агрегата со столетней историей в авиации. Это небольшая турбинка с пропеллером, которая при отказе всех остальных генераторов автоматически выдвигается наружу и раскручивается потоком набегающего воздуха. Несмотря на малые размеры, мощность генератора составляет порядка 10 кВА (зависит от модели самолёта).


Аварийная турбина выдвигается из корпуса при отказе всех остальных генераторов (здесь показана на бизнес-джете Dassault Falcon 7X, но применяется и на пассажирских авиалайнерах, а также на военных самолётах). Источник: YSSYguy / Wikimedia Commons

От EPS запитывается резервный авиагоризонт и другие важнейшие потребители из состава авионики. В силовой цепи для управления рулевым оперением тоже есть резервные аккумуляторы на 28 В на шины от штатных генераторов авиадвигателей и на шину ВСУ. Но там стоят именно аккумуляторы, а не ИБП или EPS, т.е. они заряжаются постоянным током и отдают тоже постоянный ток.

В EPS ставят батареи ёмкостью 510 Ач, и EPS по массе примерно равны офисным собратьям с аналогичными по ёмкости батареями. Например, EPS с батареей на 5 Ач весит порядка 6 кг, т.е. как его офисный собрат. Как ни удивительно, но в авиационных EPS до сих пор используются довольно увесистые необслуживаемые кислотно-свинцовые батареи, а не более лёгкие литий-ионные. Объяснение простое Федеральное управление гражданской авиации США (Federal Aviation Agency FAA) и другие авиационные регуляторы стараются исключить на борту пожароопасное оборудование. Впрочем, с развитием технологий литиевых батарей и грядущей эрой полностью электрических самолётов этот запрет наверняка будет отменен.

А сколько стоят для авиакомпании полёты аварийного источника бесперебойного питания? Согласно ответам с Quora, стоимость авиатоплива для среднемагистрального самолета равна 1 центу за 1 кг перемещаемого груза в час. За весь срок службы пассажирского самолета источник питания EPS проведет в воздухе порядка 120-150 тыс. часов, и при весе 6 кг потратит авиатоплива на свои путешествия примерно на 7-9 тыс. долларов.

Там, где спасают жизни

Рукам хирурга не нужно электропитание, но важно хорошее освещение операционного блока. Источник: Pixabay

Говоря о следующем случае применения ИБП, продолжаем линию о спасении человеческих жизней. Медицинские учреждения зависят от непрерывного электроснабжения, необходимого для работы оборудования, которое очень чувствительно даже к кратковременным отключениям в силовой цепи. Например, лабораторный анализатор крови выполняет синхронизированные процессы, которые длятся достаточно продолжительное время (иногда несколько часов). Остановка работы анализатора из-за сбоя электропитания может привести к потере исследуемого биоматериала или ошибкам в диагностических данных, что в свою очередь будет иметь решающее значение для жизни пациента или существенно повлияет на рабочий график клиники.

Или оборудование для пересадки клеток в репродуктивной хирургии, в частности, криостат, ему крайне важна поддержка системой резервного питания от батарей ИБП: если отключится электроэнергия и образцы останутся в обесточенной криокамере, биоматериал может быть разрушен. Это приведёт к необходимости повторения хирургической процедуры или потере донорских клеток, что может стать серьёзной проблемой или даже личной трагедией для пациента.

Правильно организованное бесперебойное питание для медучреждений должно иметь три уровня поддержки энергоснабжения. Первый уровень резервные дизель-генераторные установки (ДГУ), обслуживающие всю больницу. Второй уровень комплекты ИБП для критических зон, к которым относятся операционные палаты, палаты интенсивной терапии и диагностические лаборатории. Здесь устанавливают ИБП с блоками дополнительных батарей для местной защиты медицинского оборудования. В США действует правило, что эти комплекты (ИБП + внешние батареи) должны обеспечивать работу медтехники в защищаемом помещении не менее 2 часов. В России по ГОСТ Р 50571.28-2006 нормируется время автономного освещения операционных комнат и питания иного оборудования в них (упоминаются только эндоскопы) на протяжении не менее чем 3 часов. Третий уровень защиты ИБП, встроенные непосредственно в медицинскую технику, такую как аппараты искусственной вентиляции лёгких (ИВЛ).

Традиционно для медтехники используют ИБП с двойным преобразованием (Online UPS), имеющие нулевое время переключения питания на батарею и чистую синусоиду напряжения на выходе. Достаточно большая номенклатура оборудования (медицинские лазеры, роботизированные системы и т.д.) не может работать при аппроксимированной форме синусоидального напряжения, которую выдают ИБП линейно-интерактивного и резервного классов.

ИБП для бригад телемедицины, может питать целый набор устройств. Источник: Eaton

Помимо стационарных ИБП, для применения в медицинской практике выпускаются переносные источники бесперебойного питания в ударопрочных кейсах. Они могут использовать большой спектр устройств для зарядки батареи переносные генераторы, солнечные батареи и ветряки, автомобильные АКБ. Применяются переносные ИБП бригадами экстренной медицинской помощи, а в последнее время даже терапевтами, ведущими прием пациентов в режиме телемедицины (пока это зарубежная практика).

Привет Хабр.

В настоящее время существует не так уж много стандартов связи, которые с одной стороны, любопытны и интересны, с другой стороны, их описание не занимает 500 страниц в формате PDF. Одним из таких, несложных для декодирования, является сигнал VHF Omni-directional Radio Beacon (VOR), используемый в аэронавигации.


VOR Beacon (с) wikimedia.org

Для начала вопрос читателям как сформировать сигнал так, чтобы с помощью ненаправленной приемной антенны можно было определять направление? Ответ под катом.

Общая информация

Система Very high frequency Omni-directional Range (VOR) используется для аэронавигации еще с 50х годов прошлого века, и состоит из радиомаяков относительно небольшой дальности (100-200 км), работающих в диапазоне частот УКВ 108-117 МГц (частота называется very high frequency вероятно потому, что есть еще маяки NDB, работающие в диапазоне средних волн 400-900 КГц). Размещение направленной антенны на самолете конструктивно неудобно, поэтому возникла задача, как закодировать в самом сигнале информацию о направлении на маяк.

Принцип работы на пальцах можно объяснить следующим образом. Представим, что у нас есть обычный маяк, посылающий узкий луч зеленого света, лампа которого вращается 1 раз в минуту. Очевидно, что раз в минуту мы будем видеть вспышку света, но одна такая вспышка много информации не несет. Добавим к маяку вторую ненаправленную лампу цвета красного цвета, вспыхивающую в момент, когда луч маяка проходит направление на север. Т.к. период вспышек и координаты маяка известны, посчитав задержку между красной и зеленой вспышками, можно узнать азимут на север. Все просто. Осталось сделать то же самое, но с помощью радио. Решено это было с помощью изменения фаз. Для передачи используется два сигнала: фаза первого является постоянной (reference), фаза второго (variable) меняется сложным образом в зависимости от направления излучения каждому углу соответствует свой сдвиг фазы. Таким образом, каждый приемник будет получать сигнал со своим сдвигом фаз, пропорциональным азимуту на маяк. Технология пространственной модуляции осуществляется с помощью специальной антенны (Alford Loop, см КДПВ) и особой, довольно хитрой модуляции. Которая собственно и является темой этой статьи.

Представим, что у нас есть обычный legacy-маяк, работающий с 50х годов, и передающий сигналы в обычной АМ-модуляции азбукой Морзе. Вероятно, когда-то давно, штурман действительно слушал эти сигналы в наушниках и отмечал направления линейкой и циркулем на карте. Мы хотим добавить к сигналу новые функции, но так, чтобы не порушить совместимость со старыми. Тема знакомая, ничто не ново Было сделано следующим образом к АМ сигналу добавили низкочастотный 30 Гц тон, исполняющий функцию reference-phase сигнала, и высокочастотную компоненту, закодированную частотной модуляцией на частоте 9.96 КГц, передающую variable phase сигнал. Выделив два сигнала и сравнив фазы, мы получаем искомый угол от 0 до 360 градусов, который и является нужным азимутом. При этом, всё это не помешает слушать маяк обычным образом и остается совместимым со старыми АМ-приемниками.

Перейдем от теории к практике. Запустим SDR-приемник, выберем модуляцию АМ и ширину полосы 12 КГц. Частоты маяков VOR можно легко найти в сети. На спектре сигнал выглядит следующим образом:



В данном случае сигнал маяка передается на частоте 113.950 МГц. В центре видна легко узнаваемая линия амплитудной модуляции и сигналы азбукой морзе (.- что значит AMS, Амстердам, аэропорт Schiphol). Вокруг на расстоянии 9.6 КГц от несущей видны два пика, передающие второй сигнал.

Запишем сигнал в WAV (не MP3 сжатие с потерями убьет всю структуру сигнала) и откроем его в GNU Radio.

Декодирование

Шаг 1. Откроем файл с записанным сигналом, и применим к нему фильтр низких частот, чтобы получить первый reference-сигнал. Граф GNU Radio показан на рисунке.



Результат: низкочастотный сигнал с частотой 30 Гц.



Шаг 2: декодируем variable phase сигнал. Как говорилось выше, он расположен на частоте 9.96 КГц, нам нужно перенести его на нулевую частоту и подать на FM-демодулятор.

Граф GNU Radio:



Все, задача решена. Мы видим два сигнала, разность фаз которых указывает на угол от приемника до VOR-маяка:



Сигнал достаточно зашумленный, и для окончательного вычисления разности фаз может потребоваться дополнительная фильтрация, но принцип надеюсь, ясен.

К счастью, все это вручную можно не делать: существует уже готовый проект на Python, декодирующий сигналы VOR из WAV-файлов. Собственно, его изучение и вдохновило меня на изучение этой темы.

Желающие могут запустить программу в консоли и получить готовый угол в градусах из уже записанного файла:



Фанаты авиации могут даже сделать себе портативный приемник из RTL-SDR и Raspberry Pi. Кстати, на настоящем самолете данный индикатор выглядит примерно так:


Image www.aopa.org

Заключение

Подобные сигналы из прошлого века определенно интересны для анализа. Во-первых, они достаточно простые, современный DRM или тем более GSM, вот так на пальцах декодировать уже не получится. Они открыты для приема, в них нет ключей и криптографии. Во-вторых, возможно, в будущем они уйдут в историю и будут заменены спутниковой навигацией и более современными цифровыми системами. Так что владельцам приемников можно посоветовать принять такие сигналы, пока они еще работают.

Как обычно, всем удачных экспериментов.

Что общего между велокостюмом и кожей акулы, а между лепестком розы и целлофановым пакетом? На первый взгляд, общего вроде и нет, однако все эти разнородные объекты можно объединить с точки зрения свойств их поверхностей. Многие, созданные человеком предметы, тем или иным образом повторяют свойства поверхностей, имеющихся в природе. Однако процесс изготовления такого предмета по большей степени ограничен свойствами материала, лежащего в его основе. Структурно металлы и полимеры во многом отличаются от биоматериалов, посему крайне сложно имитировать их свойства. Тем не менее ученые из университета штата Айова (США) решили использовать микроструктуру лепестка розы в качестве вдохновения для преобразования металла, сильно меняющего его свойства. Как именно был изменен металл, что для этого было сделано и как лепестки благородного цветка помогли в этом? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых. Поехали.

Основа исследования

В природе ничего не происходит просто так. Этот же принцип применим и к различного рода поверхностям, которые мы можем встретить в природе. Представители флоры и фауны на протяжении сотен тысяч лет претерпевали всевозможные изменения, необходимые для адаптации к условиям обитания.


Phyllocrania paradoxa, Nautilus pompilius, Cataglyphis bombycina.

Благодаря эволюции кто-то приобрел способность становиться фактически невидимым для неприятелей (мимикрия у богомола Phyllocrania paradoxa, похожего на засохший лист), кто-то обзавелся прочной броней (раковина у моллюска Nautilus pompilius), а кто-то научился выживать даже в самых неблагоприятных условиях (высокая отражательная способность тела муравьев Cataglyphis bombycina, живущих в пустыне Сахара) и т.д.

Каждый из вышеперечисленных примеров адаптации является следствием структурных особенностей и свойств поверхности. Логично, что ученые были бы рады применить в нашем мире такие уникальные характеристики, но это крайне сложно. Процесс воссоздания свойств биоматериалов называют биомимикрией, и он зачастую связан с обработкой какого-либо материала химическим или физическим образом, что позволяет в какой-то степени изменить его структуру. Например, для создания ультра- или супергидрофобных поверхностей на твердых материалах применяется травление, требующее агрессивных реагентов и дорогого оборудования, не говоря уже о подготовленных и опытных специалистах.
В последние годы большой популярностью начал пользоваться процесс переохлаждения металлических частиц. Суспендированные в растворителе полидисперсные мягкие частицы (ядро-оболочка*) переохлажденного жидкого металла (ULMCS) позволяют достичь плотной упаковки и самосортировки частиц в многомасштабные текстуры поверхности, такие как у лепестков розы (1а-1b).

Частица ядро-оболочка* частица, ядро и оболочка которой отличаются по составу, морфологии и функциональному назначению.

Изображение 1

После осаждения и испарения растворителя мягкие частицы имеют тенденцию образовывать структуры с беспорядочной плотной упаковкой (RCP) и застревать при коэффициенте упаковки = 0.64. Коэффициент упаковки определяется соотношением = NV₀ / V, где N количество частиц; V₀ объем частицы; V общий объем.

Более того, учитывая существование многомасштабных структур и каналов на поверхности розы (1а), эти частицы будут подвергаться процессу самофильтрации, которому способствует самосборка капилляров. После высыхания и достижения маятникового состояния частицы, в конечном итоге, будут самофиксироваться и застревать в щелях текстур поверхности (1b).

Застревание происходит, когда размеры межчастичной полости, концентрация суспензии и размеры частиц удовлетворяют следующее соотношение:



где R радиус капилляра; r радиус частицы; n количество частиц.

Данное уравнение позволяет прогнозировать размер (r) или количество (n) частиц, необходимых для застревания, для установленного размера углубления (R).

Застревание также гарантирует, что осажденные частицы ULMCS механически стабилизируются и, следовательно, могут быть спечены* в конформные сети желаемого поверхностного шаблона (1c-1d).

Спекание* процесс создания пористых и твердых материалов из мелких порошкообразных или пылевидных частиц за счет повышения температуры и/или давления.

Применение химического спекания без нагрева, а также соединение и отверждение застрявших частиц ULMCS приводит к формированию затвердевшей структуры, которую можно снять с лепестка розы (или аналогичного мягкого материала-основы), не повреждая ее. Этот процесс также совместим с синтетическими, термочувствительными и мягкими мотивами*, такими как PDMS (полидиметилсилоксан / (C₂H₆OSi)_n) (1e).

Мотив* короткая последовательность нуклеотидов или аминокислот, которая слабо меняется в процессе эволюции.

Когда инверсные биомиметические структуры наносятся на эластомерные материалы, на которых частицы ULCMS упакованы и химически спечены, реализуется точная копия естественного рисунка (1f-1h).

Таким образом, биомиметические твердые металлические конструкции могут быть изготовлены без нагрева за счет использования автономных процессов, таких как уплотнение капилляров, нарушение кинетики (переохлаждение) и самосборки/ самосортировки частиц.

Результаты исследования

Полидисперсные частицы металла ULMCS (51% In + 32.5% Bi + 16.5% Sn) были синтезированы с помощью метода SLICE (разделение жидкостей на сложные частицы от shearing liquids into complex particles).

Процесс SLICE может производить частицы < 10 нм, но для улучшения самофильтрации и простоты определения характеристик в данном исследовании было решено использовать большие размеры (мкм) и более высокую полидисперсность. Частицы, использованные в этом исследовании, имели диаметр 2.711.58 мкм, следовательно, прогнозируемый коэффициент упаковки составлял около = 0.70.

Эти мягкие деформируемые ULMCS, как и ожидалось, образуют более плотные структуры, чем случайная плотная упаковка, наблюдаемая с твердыми сферами ( = 0.64). Вероятно уплотнение связано с изменением формы под действием капиллярного давления и автономным упорядочением размеров, которое увеличивает уплотнение. Однако эти процессы могут быть нарушены внешними напряжениями во время осаждения частиц.

Чтобы исследовать влияние процесса осаждения на плотность упаковки, ученые провели несколько циклов с различной степенью приложенного напряжения сдвига (F_s). Частицы наносились на биологические шаблоны (лепестки роз) и удалялись с помощью медной ленты, создавая биомиметическую металлическую структуру, хотя и с обратным рельефом.


Изображение 2

На изображениях 2а, 2d и 2g схематически показаны различные методы осаждения в диапазоне от низкого значения F (нанесение кистью) до высокого F (центрифугирование) и без F (распыление). Метод распыления обеспечивает минимальное количество F, поскольку частицы осаждаются перпендикулярно поверхности лепестка.

Метод прямого осаждения щеткой (2а) вызывает низкие значения F на суспензии частиц во время осаждения, что приводит к образованию толстых (> 10 мкм), многослойных (> 7 слоев) рисунков (2b-2c). Данный метод самый простой в реализации, но не самый подходящий, так как требует непосредственного участия человека, чего ученые хотели бы избежать.

Осаждение центрифугированием при 1000 об/мин (2d) позволяет осуществлять более контролируемый и воспроизводимый процесс, поскольку скорость осаждения, следовательно, и значение F_s, могут быть фиксированными. Однако этот метод срезает самый внешний слой осажденных частиц, в результате чего получаются несколько более тонкие пленки (< 10 мкм, ~ 4-5 слоев; 2e-2f) по сравнению с пленками, полученными путем нанесения кистью.

Удивительно, но центрифугирование обеспечивает немного лучшую самофильтрацию, как показывает автономная сортировка по размеру на верхнем слое поднятой конструкции (отмечено красным на 2c и 2f).

А вот напыление (2g) дает гораздо более тонкие пленки (~ 3 слоя) со значительными дефектами / отслоениями (2h-2i). Это может быть связано с проблемами при откачке довольно плотных металлических частиц из системы ручного распыления, которая будет иметь тенденцию к осаждению все меньшего и меньшего количества частиц. Осаждение более крупных частиц в распыляемом растворе также может способствовать низкой концентрации и селективности по размеру, следовательно, образованию более тонких пленок.

В случае гранулированного материала самофильтрация может привести к лучшей упаковке в поверхностные элементы, что приведет к более конформной упаковке в различных масштабах размера. Самофильтрация проявляется в распределении частиц по размерам в самом верхнем слое захваченных частиц.

Сравнение гранулометрического состав предварительно приготовленных частиц с теми, которые осаждаются наиболее глубоко в щелях лепестков роз (т.е. представляют собой самый верхний слой металлической структуры), наблюдается значительный сдвиг. В полидисперсной исходной суспензии наблюдается большой положительный коэффициент асимметрии, тогда как в осажденных частицах более крупные частицы отфильтрованы (2j-2m).

Подгонка гауссиана к распределению размеров частиц самого верхнего слоя показала, что при использовании кисти частицы будут самые крупные (~ 5 мкм), далее следует центрифугирование (~ 4 мкм) и напыление (~ 3 мкм).

Более глубокий анализ трех методов осаждения частиц показал, что именно центрифугирование является наиболее подходящим, несмотря на небольшую относительную асимметрию. В случае же других методов наблюдался ряд проблем: низкая капиллярная упаковка в случае напыления; хорошая упаковка, но плохая масштабируемость в случае использования кисти.

Что касается выбора метода осаждения частиц на лепесток розы (т.е. метод репликации ее микроструктур частицами металла) также необходимо было оценить степень совпадения структур оригинала и пресс-формы. Сравнение показало, что все элементы, полученные от красной розы, имели средний размер в следующем порядке: кисть > центрифугирование > напыление. Однако во всех случаях размеры структурных элементов были достаточно схожи друг с другом (20 мкм), т.е. в данном аспекте любой из методов может быть использован.


Изображение 3

Далее ученые приступили к полноценной оценке характеристик BIOMAP (BIOmimetic MetAl Patterning), т.е. биомимикрической металлической системы.

Во время практических опытов использовалось два вида близкородственных роз:

• красная роза сорта мистер Линкольн (роза 1) с диаметром частиц поверхности a₁ = 21.68 3.32 мкм (3а);
• розовая роза сорта Peace (роза 2) с a₂ = 26.63 4.00 мкм (3b);

Нанесение центрифугированием одной и той же исходной суспензии на аналогично приготовленные лепестки было выполнено с целью уловить различия в этих шаблонах.

В результате нанесения центрифугированием частиц на розу 1 были получены узоры с диаметром отельного элемента a₁= 19.85 3.82 мкм (3b-3c), что составляет ~ 2 мкм отклонения от исходного узора. Разница в размере 10% может быть вызвана деформацией поверхностных элементов лепестков под действием капиллярного давления и/или веса осажденных частиц.

Для розы 2 средний размер элементов узора нанесенных частиц составил a₂= 23.23 3.98 мкм (3e-3f), т.е. отклонение от оригинала составило порядка 3 мкм. Эти различия также фиксируются как сдвиги в средних гауссовых значениях полученных гистограмм (3g-3h).

Форма распределенных частиц лепестков и поверхностям BIOMAP очень схожи, что указывает на хорошую репликацию. Однако асимметрия и эксцесс подтверждают, что вышеописанные тонкие изменения (отклонения) являются систематическими ошибками (3i).

Естественно стоит отметить, что все полученные узоры BIOMAP (отмечены "-") являются обратными по отношению к оригиналу (лепестки роз, отмечены "+"), хоть и с высокой степенью репликации. Чтобы получить такой же узор, как и на лепестке, сначала необходимо провести репликацию посредством эластомера PDMS, а потом уже с этого оттиска сделать копию посредством BIOMAP. Грубо говоря, чтобы получить идентичные (не зеркальный) оттиски лепестка розы, нужно выполнить процедуру дважды (кто знаком с кулинарией, знает как вынуть из формы пирог, используя два блюда).


Изображение 4

Изображения выше демонстрируют степень точности BIOMAP в создании синтетического узора розы. Сначала изготавливается первичный/черновой (-) шаблон путем точного оттиска PDMS с поверхности лепестка розы (4а). Далее форма PDMS заполняется частицами ULMCS, которые затем спекаются с помощью CUPACT, и образцы снимаются (4b-4c). В результате получается конечный образец (+) ULMCS, хотя и с большими промежутками между поверхностными элементами по сравнению с цветком розы (3a), из-за сохранения сферичности частиц после CUPACT.

Несмотря на ограничения в создании полностью непрерывной гладкой поверхности, данный метод демонстрирует ближайший аналог поверхности розы (4b), созданный с помощью принципов физической химии и химической кинетики. Помимо новой текстуры поверхности, очевидно также и то, что металлическая (-) рельефная копия поверхности лепестка может быть использована в качестве формы для создания эластомерного аналога лепестка розы, поскольку капиллярные силы будут препятствовать проникновению вязкого несшитого эластомера через сеть пор.

Для проверки этой теории металлические (-) элементы были заполнены PDMS (4d), после чего был получен рельефный узор (+), аналогичный лепестку розы (4e-4f).

Когда для получения копии использовался металл, наблюдалось отклонения размеров полученных элементов от оригинала около 10%. Но в случае, когда металл был использован в качестве формы для создания элементов PDMS значительных изменений в размерах не наблюдалось.

Несмотря на все отличия копий от оригинала, показатели смачивания* оригинальной поверхности и реплики достаточно схожи (сравнение гидрофобности на 4g).

Смачивание* взаимодействие жидкости и поверхности твердого тела или другой жидкости.

Лепесток розы был ультрагидрофобным со средним углом смачивания 133.1 5.0, тогда как биомиметическая копия, (+) образец ULMCS (4b), давала средний угол смачивания* 138.7 14.7. PDMS реплика показала меньший угол контакта.

Угол смачивания (угол контакта)* угол между касательной, проведенной к поверхности жидкости и твердой поверхностью. Данный параметр определяет межмолекулярное взаимодействие частиц поверхности твердого тела с жидкостью.

Нетекстурированные спеченные CUPACT частицы (CAP на 4g) и PDMS частицы использовались во время анализа в качестве контрольной группы (пунктирная линия на 4g).

Капли на нетекстурированных поверхностях спеченных частиц, медленно диффундирующие в пористую поверхность, проявляют временную гидрофобность. Предположительно, это небольшая гидрофобность, наблюдаемая на слое спеченных частиц, объясняется присутствием существенного поверхностного лиганда с концевыми метильными группами, используемого для стабилизации ULCMS.

Для дальнейшего сравнения смачивания между биомиметическим и природным образцами капли, расположенные на узоре BIOMAP, были наклонены (4b), что позволяет сымитировать эффект лепестка. Как и ожидалось, капли прилипают к поверхности, хотя и с большим гистерезисом угла смачивания при увеличении угла наклона (4h и видео ниже).


Демонстрация свойств смачивания лепестка розы и металлической реплики.

Для более подробного ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых и дополнительные материалы к нему.

Эпилог

В данном труде ученые смогли изготовить биомиметический металлический узор на основе мягкого субстрата (т.е. лепестка розы). Изготовленные элементы полностью имитируют биоаналог как по структуре, так и по свойствам смачивания, хоть и с небольшими отклонениями, артефактами метода обработки BIOMAP и асимметрией в свойствах материала.

Если упростить все исследование до одного предложения, то ученые смогли сделать оттиск лепестка розы из частиц металла. Полученная реплика обладает свойствами, как и оригинал. Особое внимание стоит уделить гидрофобности разработанного материала, которая ранее достигалась куда более сложными и затратными методами.

Созданная структура обладает прочностью и долговечностью металла и гидрофобностью нежного лепестка розы. Подобная гибридизация свойств позволяет создавать различные варианты материалов, расширяя спектр их применения. По мнению ученых, их разработка может быть использована в самых разных отраслях, от медицины (репликация нанометрических структур для дальнейшей замены поврежденных частей) до авиационной промышленности (обработка крыльев самолетов для снижения степени обледенения во время полета).

Как бы то ни было, природа в очередной раз показала, что она является практически неиссякаемым источником вдохновения не только для художников, создающих живописные пейзажи, но и для ученых, изобретающих невероятные устройства и системы.

Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими и хорошей всем рабочей недели, ребята. :)

Немного рекламы

Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4.99, уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Equinix Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?

Всем привет. Недавно я читал ликбез очередному студенту на тему общего устройства оборудования самолёта. Вводный рассказ, хоть и отработанный до автоматизма, отнял пару часов времени и выявил необходимость ещё в двух-трёх вводных. Но лень двигатель прогресса и я наконец дозрел до оформления всех этих лекций в печатном виде. А там, где есть внутренняя методичка, недалеко и до публикации на Хабре: вдруг, кому ещё интересно почитать будет.

Перед началом изложения хочу оговориться, что моя основная специализация бортовое оборудование так что из моего описания может вполне получиться идеальный самолёт для технолога. Тех, кого этот подход не пугает, а также всех тех, кому интересно зачем в кабине экипажа нужны все эти кнопки и ручки прошу оценить первую публикацию: Силовая установка.

---

Кликабельная картинка, чтобы рассмотреть получше:

---

Про силовую установку

Силовая установка общее название двигателей летательный аппаратов. Начну с них потому, что без двигателей самолет не самолет, а в лучшем случае планер. Цена двигателей, к слову, составляет половину стоимости авиалайнера и компетенциями в разработке современных гражданских авиадвигателей обладают гораздо меньше стран, чем тех, кто обладают компетенциями в разработке самолетов.

На авиалайнерах сейчас ставят почти исключительно двухконтурные турбореактивные двигатели (ТРД). Вот принципиальная схема такого двигателя:



Детали устройства можно прочитать во многих источниках, начиная с Википедии. Для нас, электронщиков, важно понимать следующие факты о работе такого двигателя:

1. Компрессор сжимает забираемый снаружи воздух перед подачей его в камеру сгорания,
2. В камере сгорания к воздуху подмешивается топливо,
3. В камере сгорания происходит постоянное горение топливовоздушной смеси, приводящее к тому, что разогретый газ расширяется в сторону турбины,
4. Турбина крутится под воздействием расширяющихся газов и крутит компрессор и/или вентилятор,
5. Как правило, в двигателях бывает две связки турбина-компрессор: высокого давления и низкого давления. Они могут крутиться независимо друг от друга,
6. Основную тягу, как это ни странно, даёт не горячий газ, выходящий из сопла, а вращение вентилятора,
7. Обороты и тягу двигателя можно регулировать подачей топлива,
8. В большинстве современных авиационных двигателей работой двигателя управляет специальный компьютер FADEC. Этот прибор анализирует параметры работы двигателя, внешние условия и управляющие сигналы от органов управления двигателем и управляет всеми приводами, влияющими на работу двигателя, например, топливным краном. Часть названия Full Authority означает, что:
   
   • FADEC отвечает за ВСЕ аспекты работы двигателя,
   • Только FADEC отвечает за работу двигателя, т. е. нет никакого резервного контура управления, механических тяг управления газом и т. д.
9. Кроме сигналов от органов управления двигателем FADEC анализирует данные от:
   
   • Системы воздушных сигналов (СВС): давление и температуру наружного воздуха, воздушную скорость самолёта для уточнения параметров работы,
   • Датчиков обжатия шасси для дополнительного контроля возможности включения реверса,
     
     Скрытый текст

     Обжатие шасси термин, означающий, что самолёт не летит, опираясь на крылья, а стоит/едет по земле, опираясь на шасси. При этом амортизаторы шасси сжимаются и специальные датчики датчики обжатия шасси регистрируют это. Важно понимать, что коснуться полосы колёсами и обжать шасси это два разных события.
     
     
   • Системы кондиционирования воздуха чтобы вносить поправки в режимы работы двигателя в зависимости от количества воздуха, отбираемого для пассажирского салона и/или для работы пневматической системы для запуска второго двигателя.
10. Основным параметром, ограничивающим предел мощности двигателя, является температура газов сразу за камерой сгорания. Разработчики двигателя хотели бы её поднять, но фундаментальные свойства известных материалов пока не позволяют этого сделать.

Как запускать двигатель

Чтобы запустить двигатель, надо раскрутить турбину высокого давления, подать топливо и дать первоначальную искру. После того, как турбина раскрутится примерно до 50% оборотов двигатель начнёт раскручивать себя сам.

Первоначальную раскрутку двигателя можно осуществлять электрическим стартер-генератором (для маленьких двигателей) или специально поданным воздухом высокого давления от пневматической системы. К слову, воздух высокого давления в пневматической системе берется от второго (уже запущенного) двигателя, вспомогательной силовой установки (ВСУ) или внешнего источника.



Пример пульта управления, используемого для запуска двигателя:


Для автоматического запуска надо выполнить следующие действия:

1. Переключатель ENG START (1) перевести в положение IGN/ON
2. Тумблер ENG MASTER (2) перевести в положение ON (вперёд). В этот момент FADEC:
   
   • Откроет кран пневматической системы для раскрутки турбины и компрессора высокого давления
   • Откроет кран топливной системы чтобы было чему гореть
   • Даст искру на свечи зажигания
3. Контролировать процесс запуска. Если что-то пойдёт не так немедленно перевести тумблер запуска обратно в положение OFF
4. Когда двигатель успешно выйдет на обороты малого газа запустить второй двигатель по аналогичной процедуре
5. Когда оба двигателя запустятся перевести тумблер ENG START в положение OFF во время нормальной работы двигателя дополнительные искры на свечах зажигания не нужны
6. Во время автоматического запуска двигателя кнопки ручного запуска (3) не используются

Иногда нам надо покрутить двигатель, но не заводить его. Например, для проверок или чтобы помыть его внутренности керосином после консервации. В этом случае переключатель ENG START надо переводить в положение CRANK (прокрутка). Вся процедура запуска будет та же, но искры на свечах не будет. Нет искры нет огня.

Как управлять двигателем

Управление двигателями осуществляется с помощью рычагов управления двигателями (РУД).


На каждый двигатель свой рычаг. Тут всё просто: толкаем рычаг от себя двигатель крутится быстрее, тяга растёт. Тянем рычаг на себя крутится медленнее. Так как РУД не связан с топливным дросселем напрямую, можно не бояться, что мы сожжем двигатель большим количеством топлива или заглушим недостаточным. FADEC в любом случае не даст ему превысить предельную температуру выхлопных газов или заглохнуть. Кстати, с ограничением температуры выхлопных газов связан тот факт, что в жару и/или на высокогорных аэродромах двигатель может выдать меньшую тягу.

В районе малого газа у рычага упор. Чтобы разблокировать перевод рычагов в зону режимов реверса, надо потянуть за специальную скобу. При реверсе двигателя специальные створки разворачивают поток от вентилятора двигателя в обратном направлении помогая самолету остановиться:


Вообще, с помощью реверса самолёт может даже поехать назад, но, так как в этом режиме для двигателей, висящих под крылом, возможна ситуация засасывания в двигатель мусора и даже камней с взлётно-посадочной полосы, для авиалайнеров не рекомендуется включать реверс на малых скоростях.

Для включения реверса FADEC анализирует не только положение РУДов, но и датчики обжатия шасси, так что случайно в воздухе запустить реверс невозможно.

Ещё у двигателей, бывает специальный аварийный режим. Включить его можно пересиливанием РУДов в положение, находящееся дальше взлетного режима (на картинке это положение APR Automatic Power Reserve). Такой режим используется только при отказе одного из двигателей при взлете, когда надо гарантировать набор высоты в ущерб ресурса рабочего двигателя. Правда после приземления работающий в аварийном режиме двигатель придется перебрать.

Про индикацию и сигнализацию

Данные работы двигателей, как правило, отображаются на неотключаемой части центрального дисплея пилотов и на специальной странице с расширенными данными по двигателю.


В постоянно индицируемом окне статуса работы двигателя доступны следующие данные:

а. Текущие обороты вентилятора двигателя (напрямую влияют на тягу)
б. Температура выхлопных газов параметр работы двигателя, часто ограничивающий максимальную тягу. FADEC ограничивает ток топлива в том числе, чтобы не расплавить конструкцию лопаток турбин. Лётчику тоже важно понимать, почему обороты не растут, хотя он просит
в. Заданные обороты вентилятора двигателя (разгон двигателя с малого газа до взлётного режима занимает десятки секунд и текущие обороты не всегда совпадают с заданными)
г. Обороты турбины высокого давления. Помните, что турбин две и они работают независимо? Так вот данные оборотов турбины высокого давления важны при запуске двигателя. В полёте контролировать их не надо
д. Текущий расход топлива
е. Признак включения реверса
ж. Установившийся режим работы двигателя (малый газ, взлётный, набор высоты)

На специальной странице дополнительных параметров работы двигателя может выводиться, например, такая информация как:

• Уровень, давление и температура масла,
• Уровень вибрации двигателя,
• Количество топлива, израсходованного с момента последнего запуска,
• Давление воздуха в пневматической системе,
• И т.д.

Варианты газотурбинных двигателей

Двигатели, в которых вентилятор вынесен за пределы мотогондолы (корпуса двигателя) называются турбовинтовыми. Они обладают лучшими взлетно-посадочными характеристиками, но быстро теряют эффективность при росте скорости больше 0.5 скорости звука (приблизительно). Поэтому они в основном применяются в самолётах для местных авиалиний и военно-транспортной авиации, где возможность использования коротких и неподготовленных взлетно-посадочных полос важнее, чем крейсерская скорость. В конструкции таких двигателей также часто применяется понижающая трансмиссия, как, например, на рисунке ниже.


Газотурбинные двигатели также используются на вертолётах, только в этом случае они крутят не пропеллер, а винт, сами двигатели в этом случае называются турбовальными. Хорошее видео, иллюстрирующее принципы их работы: https://www.youtube.com/watch?v=uVjStAxMFEY

Ещё газотурбинные (турбовальные) двигатели пытались приладить к танкам (Т-80), но стоимость и сложность в обслуживании перевесили большую удельную мощность такого двигателя.

Нелокализованный разлёт осколков

Одним из свойств двигателя, сильно влияющим на конструкцию бортового оборудования, является так называемый нелокализованный разлёт осколков двигателя. Это событие возникает при взрывном разрушении двигателя, когда лопатки компрессоров и турбин разлетаются во все стороны.


При оценке последствий такого отказа, считается, что осколки обладают бесконечной энергией, которой достаточно, чтобы пробить любые преграды, разрубить любые трубы и провода. Для обеспечения безопасного завершения полета в случае такого нелокализованного разлета разработчики архитектуры электронного оборудования для каждого критического провода должны предусмотреть резервный, проложенный в отдельном канале, который не может быть перебит тем же осколком, что и основной провод.

Примечание для впечатлительных: на самом деле разработчики двигателей делают всё возможное, чтобы избежать нелокализованного разлёта, и действительно они случаются очень редко. Даже попадание крупной птицы в двигатель не сломает его. Но авиация отрасль консервативная и мы закладываем в архитектуру противодействие всем потенциально возможным рискам.

Вы оказались на высоте десяти километров, и падаете без парашюта. Шансов у вас немного, однако небольшое количество людей, оказавшись в подобной ситуации, сумели выжить

6:59:00, высота 10 000 м

Вчера вы рано легли, а сегодня у вас был ранний рейс. Вскоре после взлёта вы засыпаете. И вдруг вы резко просыпаетесь вокруг вас свистит холодный воздух и раздаётся шум. Ужасный и громкий. Где я? думаете вы. Где самолёт?

Вы на высоте 10 км. Один. И вы падаете.

Неприятная ситуация. Самое время сконцентрироваться на положительных сторонах (да, кроме той, что вы выжили после разрушения самолёта). Гравитация работает против вас, зато другая сила на вашей стороне: время. Хотите верьте, хотите нет, но эта ситуация лучше той, в которой вы упали с балкона верхнего этажа отеля, приняв на грудь слишком много.

Ну, по крайней мере, она станет лучше. На таких высотах недостаточно кислорода, и у вас начинается гипоксия. Скоро вы потеряете сознание, и пролетите не меньше полутора километров до того момента, как очнётесь снова. А после этого вспомните этот текст. Ведь ваша следующая остановка поверхность Земли.

Конечно, шансы выжить после падения с десятикилометровой высоты чрезвычайно малы, однако оказавшись в подобной ситуации, вы ничего не потеряете, если хорошенько в ней разберётесь. С самолёта можно упасть двумя способами. Первый свободное падение, без всякой защиты и средств для замедления спуска. Второй стать наездником на обломках, как назвал эту ситуацию историк-любитель из Массачусетса Джим Гамильтон, собравший страничку исследований случаев свободного падения. Это что-то вроде онлайн-базы по всем случаям падений людей с высоты, после которых они выжили.

Во втором случае вы можете получить преимущество, если прицепитесь к какой-то части развалившегося самолёта. В 1972 году сербская стюардесса Весна Вулович находилась в самолёте McDonnell Douglas DC-9, летевшем над территорией Чехословакии, и внезапно взорвавшемся в воздухе. Она упала с высоты 10160 метров, будучи зажатой между сиденьем, тележкой с едой, частью фюзеляжа и телом ещё одного члена экипажа. Она приземлилась на заснеженном склоне, и перед полной остановкой соскользнула с него. В результате она получила серьёзные травмы, но выжила.

Выжить после падения, будучи окружённым немного защищающими тебя предметами, получалось чаще, чем выжить после падения без посторонних предметов. Известен случай Алана Маги, героя американского сборника удивительных фактов Ripley's Believe It or Not!. В 1943 году его самолёт B-17 сбили над Францией. Лётчик из Нью-Джерси упал с высоты 7 000 м, и столкнулся с крышей железнодорожного вокзала, после чего провалился внутрь. Впоследствии его взяли в плен немецкие войска, поражённые тем, что он выжил.

Прицепились ли вы к обломку фюзеляжа, или падаете свободно, больше всего вас интересует концепция предельной скорости. Под воздействием гравитации вы падаете всё быстрее. Но, как и любой движущийся объект, вы испытываете сопротивление воздуха тем большее, чем быстрее вы двигаетесь. Когда сила гравитации сравняется с сопротивлением воздуха, ускорение прекращается вы достигаете максимума.

В зависимости от вашего размера и веса, и факторов типа плотности воздуха, ваша максимальная скорость окажется равной примерно 190 км/ч. Достигнете вы её удивительно быстро пролетев всего порядка 450 м (высота Останкинской башни 540 м). А равенство скорости означает, что вы врежетесь в тротуар с одинаковой силой. Разница только в промежутке времени. Спрыгнув с Останкинской башни, вы упадёте через 13 секунд.

После того, как вы выпадете из самолёта, у вас будет столько времени, что вы сможете прочитать почти всю эту статью.

7:00:20, высота 6700 м

Вы спустились достаточно низко для того, чтобы спокойно дышать. Ваше сознание резко вернулось. На такой высоте до падения остаётся около 2 минут. Ваш план простой: вам нужно войти в состояние дзена и решить выжить. Вы поймёте, что, как отметил Гамильтон, вас убивает не падение, а приземление.

Не теряя присутствия духа, вы прицеливаетесь.

Но во что? Падение Маги на каменный пол французского вокзала смягчила его стеклянная крыша. Стекло наносит травмы, но и помогает вам. Как и трава. Стога сена и кусты смягчали падение людей, которые потом удивлялись, что выжили. Деревья тоже подойдут, хотя на дерево можно и нанизаться, как на шампур. Снег? Конечно. Болота? С грязной поверхностью, покрытой растительностью ещё лучше.

У Гамильтона описан один случай с парашютистом, который после полного отказа парашюта спасся, спружинив от проводов линии электропередачи. А вот вода ужасный выбор, несмотря на популярное заблуждение. Жидкость, как и бетон, не сжимается. Упасть в океан по сути, то же самое, что упасть на тротуар. Только тротуар не раздвинется, поглотив ваше разбитое тело, как поясняет Гамильтон.

Выбрав цель, можно переходить к правильному положению тела. Чтобы замедлить спуск, изобразите парашютиста. Расправьте руки и ноги, грудь поверните к земле, выгните спину и голову вверх. Вы увеличите трение, и вам будет легче маневрировать. Но не расслабляйтесь эта поза не для приземления.

К сожалению для вас в такой ситуации, вопрос о наилучшей позе для приземления остаётся предметом споров. В исследовании от 1942 года в журнале War Medicine отмечалось, что распределение и компенсация давления играют большую роль в уменьшении травм. Рекомендация: приземление всей площадью тела. Однако в отчёте от 1963 года федерального агентства авиации утверждается, что переход в классическую позу парашютиста ноги вместе, пятки вверх, колени и бёдра сжать увеличивает шансы на выживание. В том же исследовании отмечалось, что людям помогают выживать навыки акробатики и борьбы. Особенно полезными для падения на твёрдые поверхности признаны занятия единоборствами. Обладатель чёрного пояса может, по отзывам, ломать дерево одним ударом, пишут авторы, считающие, что подобные навыки пригодятся в рассматриваемой ситуации.

Лучшим уроком по методу обучение методом проб и ошибок будет история японского парашютиста Ясухиро Кубо, обладателя мирового рекорда в банзай-категории парашютного спорта. Этот парашютист выбрасывал из самолёта парашют, затем прыгал следом за ним, выжидал максимально возможное время, потом догонял его, надевал и дёргал за кольцо. В 2000 году Кубо прыгнул с высоты в 3000 метров, и падал 50 секунд перед тем, как схватить свой парашют. Более безопасный метод обучения использования симуляторов-аэротруб, которые можно найти в различных парках аттракционов.

Но эти методы не помогут вам натренировать самую сложную задачу приземление. Для этого можно рассмотреть такой вариант хотя не сказать, что мы его советуем как прыжок с самого высокого моста в мире (на момент строительства), виадука Мийо. Одна из его опор имеет высоту в 341 метр, а внизу расположена упругая пашня.

Если вам приходится приземляться в воду, нужно очень быстро принимать решение. Изучение случаев, когда люди выжили после прыжка с моста, показывает, что максимизирует шансы выжить поза ноги вперёд, вытянувшись (карандашиком или солдатиком). При этом знаменитые прыгуны со скал в Акапулько [профессиональные артисты, участвующие в ежедневном шоу по прыжкам с высоты 30-40 м в воду в мексиканском местечке ла Кебрада / прим. пер.] предпочитают позу головой вперёд, со сжатыми вместе ладонями и вытянутыми руками для защиты головы. Что бы вы ни выбрали, сначала как можно дольше удерживаете позицию парашютиста. Затем, если вход в воду ногами вперёд неизбежен, самым важным в этой ситуации, по причинам как очевидным, так и неприличным, будет посильнее сжать ягодицы.

Какой бы ни была поверхность, определённо не стоит приземляться на голову. В исследовании о переносе ударных нагрузок при свободном падении 1977 года исследователи Института изучения безопасности шоссе установили, что основной причиной смерти при падениях а изучали они падения со зданий, мостов и в шахту лифта было повреждение затылка. Если уж вам приходится падать горизонтально, пожертвуйте красотой и приземляйтесь на лицо, а не на затылок. Также можете подумать над тем, чтобы брать с собой в полёт защитные очки Гамильтон говорит, что иначе при падении вам будет сложно прицелиться, поскольку из-за сильного потока воздуха у вас будут слезиться глаза.

7:02:19, высота 300 м

Учитывая вашу первоначальную высоту, к моменту, когда вы дочитаете до этого места в статье, вы уже будете подлетать к земле.

Прим. пер.: автор оригинала основывает расчёты на объёме английского текста и среднюю скорость чтения в 250 слов в минуту; на самом деле количество слов в оригинальном тексте статьи к этому моменту приближается к 1250, что отняло бы 5 минут на чтение, а речь идёт о трёхминутном падении. В русском переводе слов к этому моменту примерно столько же, но средняя скорость чтения по-русски оценивается в 180 слов в минуту. Всё-таки лучше прочитать эту статью до того, как вы упадёте с высоты.

Всё необходимое мы уже рассмотрели, поэтому можете концентрироваться на главной задаче. Однако, если что, вот вам дополнительная информация хотя, к этому моменту она уже мало вам поможет.

Статистически в данной ситуации шансов больше у члена команды воздушного судна, у ребёнка или у пассажира военного самолёта. За последние сорок лет произошло около десяти авиакатастроф с единственным выжившим. Среди описанных случаев четыре человека относились к команде воздушного судна, как, к примеру, стюардесса Вулович, а семерым не исполнилось 18. К ним относится и двухлетний Мохаммед эль-Фате Осман, прокатившийся на обломке реактивного самолёта Boeing, упавшего в Судане в 2003.

Возможно, члены команды выживают чаще из-за того, что их ремни лучше работают. А вот о том, почему детям удаётся чаще выжить, пока идут споры. В исследовании федерального авиационного агентства отмечается, что у детей, в особенности до 4 лет, скелет более гибкий, мускулы более расслабленные, а пропорция подкожного жира по отношению к весу тела больше это помогает защитить внутренние органы. Люди маленького роста когда голова оказывается ниже, чем спинка переднего сиденья лучше защищены от обломков разваливающегося самолёта. Меньший вес уменьшает предельную скорость падения, меньшая площадь тела уменьшает шансы наткнуться на что-либо при падении.

7:02:25, высота 0 м

Земля. Вы, как мастер из Шаолиня спокойны и подготовлены. Удар. Вы живы. Что дальше? Если повезёт, травмы будут не очень серьёзными, и вы сможете встать и выкурить в честь этого сигаретку, как британский хвостовой стрелок Нитколас Алкемейд в 1944-м. Он упал с высоты в 5500 м и приземлился на заснеженные кусты. Но скорее всего, вас ждёт тяжёлая работа.

Возьмём пример Джулианы Кёпке. Накануне рождества 1971 года её самолёт Lockheed Electra взорвался над Амазонкой. На следующее утро 17-летняя немка очнулась в джунглях, всё ещё будучи пристёгнутой к сиденью, и окружённой горой упавших рождественских подарков. Одна, с травмами, она сумела отвлечься от мыслей о гибели матери, сидевшей с ней рядом. Вместо этого она вспомнила совет отца, биолога: потерявшись в джунглях, в поисках цивилизации следуй за водой. Кёпке переходила от небольших ручейков к более крупным. Она обходила крокодилов, и тыкала палкой в грязи перед собой, чтобы распугивать электрических скатов. Во время падения она потеряла один ботинок, а её юбка была разорвана. Единственной едой, которую она нашла, был пакетик с конфетами, а пить ей приходилось только грязную воду. Ей приходилось не обращать внимания на сломанную ключицу и открытые раны, кишащие личинками.

На десятый день она присела отдохнуть на берегу реки Шибонья. Когда она встала, она вдруг увидела привязанное к берегу каноэ. Много часов у неё ушло на то, чтобы забраться на высокий берег, где стояла хижина, в которой её на следующей день нашли дровосеки. В Перу это случай посчитали чудом, и по статистике тут действительно не обошлось без божественного вмешательства. Согласно женевскому управлению регистрации авиакатастроф, в период с 1940 по 2008 года в 15 463 катастрофах погибло 118 934 людей.

Даже если включить в список выживших парашютистов, счёт подтверждённых или хотя бы убедительных случаев выживания в базе Гамильтона идёт на 157 человек из них только 42 случая произошли при падении с высоты более 3 км.

Однако Кёпке никогда не считала, что выживание зависит только от судьбы. Она ещё может вспомнить первые моменты падения с самолёта, когда она вертелась в своём кресле. В этой ситуации она ничего не контролировала, зато после того, как она очнулась, всё было в её руках. Я смогла принять верное решение покинуть место аварии, говорит она теперь. И благодаря опыту, полученному при работе на исследовательской станции ей родителей, она говорит: Я не чувствовала страха. Я знала, куда идти в лесу, как идти по реке, где мне приходилось плыть бок о бок с такими опасными животными, как кайманы и пираньи.

Или к этому моменту вы уже давно не спите, а колёса самолёта безопасно коснулись посадочной полосы. Вы понимаете, что вероятность катастрофы коммерческого самолёта невероятно мала, и что только что прочитанная информация вам вряд ли пригодится.

X-57 Maxwell стоит в ангаре на базе ВВС Эдвардс в Калифорнии. Это первый экспериментальный самолет NASA с экипажем за последние 20 лет. Он работает исключительно на электрической энергии и в ближайшее время пройдет наземные функциональные испытания систем перед первым полетом, запланированным на конец 2021 года.

X-57 может совершить революцию в воздухоплавании. Эксплуатация подобных самолетов обходится дешевле обычных моделей, а время полета короче. Кроме того, электрические самолеты меньше шумят и не производят вредных выбросов. Подробнее о X-57 Maxwell под катом.

Сборка экспериментального X-57 ведется с 2016 года на базе поршневого самолета Tecnam P2006T. Проект реализуется поэтапно. На первом этапе с P2006T демонтировали двигатели и топливную систему, провели электроподготовку, смонтировали новую панель приборов, установили аккумуляторы. На втором этапе на самолет поставили два электромотора с трехлопастными воздушными винтами. Моторы установлены в штатные места поршневых двигателей. Далее на самолете заменили стандартное крыло на крыло с большим удлинением.

В чем уникальность проекта от NASA

Для обеспечения самолета энергией используется эмулятор батареи. Это первый случай, когда низковольтные и высоковольтные системы работают вместе.

Новый летательный аппарат будет иметь исключительно электрическую систему и силовую установку из 14 электромоторов. 12 маленьких вдоль крыльев работают только во время маневрирования, взлета и посадки, дополнительно обдувая крыло и увеличивая таким образом подъемную силу. Два больших на концах крыльев задействованы в крейсерском режиме полета. При этом малые электромоторы будут останавливаться, а набегающий поток воздуха будет складывать лопасти воздушных винтов, что существенно уменьшит лобовое сопротивление. При включении моторов во время посадки центробежная сила будет приводить лопасти в рабочее положение.



Трансатлантические перелеты на Х-57 пока недоступны. Электросамолет работает на батареях, дальность полета на которых составляет не более 160 километров. Но технологии развиваются, и в NASA рассчитывают, что самолеты следующего поколения будут легче, а дальность полета возрастет.

Что мы знаем про электросамолеты

В настоящее время электрические самолеты представлены преимущественно экспериментальными моделями, в число которых входят как пилотируемые, так и беспилотные аппараты.

Намерение использовать электрическую энергию в авиации всегда было популярно среди экологов. В последние годы развитие электрических самолетов достигло ранее невообразимых масштабов, особенно с точки зрения экологичности и энергоэффективности.

Основными нюансами, стоящими перед производителями крупных пассажирских авиалайнеров, остаются высокие электрические нагрузки на борту и количество энергии, которое способна произвести энергоустановка. Самыми большими препятствиями на пути к электрификации авиационной индустрии в настоящее время являются технологии, ограничивающие вес аккумуляторов и количество производимой энергии во время полета. Энергетическая емкость литий-ионных батарей более чем в 10 раз меньше энергетической емкости керосинового топлива. Масса электросамолета постоянна в процессе полета, в отличие от самолетов, использующих топливо. Ведь по мере его выработки снижается масса и необходимая подъемная сила, что позволяет лететь в более экономичном режиме.

Чтобы новые технологии стали применимы в большой авиации, следующее поколение энергоустановок должно производить колоссальное количество энергии. При этом аккумуляторы должны быть одновременно меньше в весе и размерах, чем литий-ионные аналоги, доступные на сегодняшний день.

Ниже самые известные проекты электрических летательных аппаратов:

• Extra 330LE
• Solar Impulse 2
• Pathfinder
• QinetiQ Zephyr
• Long-ESA
• Airbus E-FAN
• Aquila
• Alpha Electro
• eFlyer 2

Вред современной авиации для окружающей среды и климата

Самолеты выбрасывают в атмосферу огромное количество углекислого газа и водяного пара, оксиды азота и сажу. В отличие от других видов транспорта авиация покрывает огромные расстояния, воздействуя на качество воздуха в локальном, региональном и глобальном масштабах.

Воздействие авиации на атмосферу можно разделить на акустическое и химическое.
Под воздействие авиационного шума попадает сравнительно большое число людей, проживающих в окрестностях аэропортов, а также работники аэропорта и пассажиры. Последствия для людей выражаются в ухудшении слуха, стрессовые состояния, проблемы, связанные с концентрацией внимания.

Химическое загрязнение воздуха в аэропортах представлено такими авиационными эмиссиями как оксиды углерода, азота, серы, углеводородами и взвешенными частицами, образующимися в результате работы двигателей и сжигания авиационного топлива. Выхлопы, связанные с авиацией, представляют потенциальный риск общественному здоровью и окружающей среде, поскольку могут вызывать увеличение концентрации приземного озона и приводить к выпадению кислотных дождей.

Особое внимание также уделяется влиянию авиации на окружающую среду, связанному с качеством воды, уборкой отходов, потреблением энергии, воздействию на локальную экологию вблизи аэропортов (предотвращение утечек топлива).

Сжигание основной части авиационного топлива происходит в более высоких слоях атмосферы. Специалисты полагают, что ежегодно возрастающая эмиссия углекислого газа, воды и метана двигателями коммерческих самолетов изменяет химический и радиационный баланс атмосферы, что наряду с эмиссией сажевых сульфатных аэрозолей может влиять на климат. Особое внимание среди продуктов сжигания авиационного топлива занимают парниковые газы, чьи эмиссии могут влиять на глобальное потепление.

Технологический прогресс позволил нам делать то, что многие птицы умеют делать от природы летать. Конечно, со времен братьев Райт многое изменилось, и нынешние самолеты намного эффективнее, безопаснее и комфортнее. Однако, в отличие от техники, которую человек может изменить, погодные условия и атмосферные явления живут по своим правилам и обладают весьма непредсказуемым характером. Для многих даже самые спокойные перелеты уже являются испытанием на прочность характера. А когда железная птица входит в зону турбулентности, люди с аэрофобией проверяют на прочность подлокотники своих кресел. Для авиации турбулентность, которая может продлиться от нескольких миллисекунд до нескольких минут, является препятствием, которое инженеры и ученые всячески пытаются преодолеть, совершенствуя те или иные детали самолетов. Но как турбулентность влияет на птиц? Ученые из Корнелльского университета (США) выяснили, что для пернатых летчиков турбулентность не является проблемой, а помогает им быстрее преодолевать большие расстояния. Как именно влияет турбулентность на полет птицы, насколько эти эффекты значимы, и как полученные данные можно применить в авиастроении? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых. Поехали.

Основа исследования

Жизнь многих птиц тесно связана с небом. Для них это не только пространство для преодоления расстояния от точки А к точке Б, но и место проведения игр, брачных танцев, охоты, и даже отдыха (черный стриж проводит в воздухе примерно 10 месяцев в год, 2 месяца период гнездования). Посему вполне очевидно, что эти создания научились не только справляться с тяготами и проблемами, связанными с непредсказуемым небом, но и использовать их в свою пользу.

Турбулентность в небе является крайне непредсказуемой, она может возникнуть будто ниоткуда и так же мгновенно прекратиться. Длительность турбулентности также зависит от множества факторов. Следовательно, если птица без неба не может, ей необходимо адаптироваться под такие переменные условия.

Проблема в том, как говорят авторы труда, что нам крайне мало известно о взаимосвязи турбулентности и поведения птиц. Различные наблюдения в естественных условиях и опыты в аэродинамической трубе дают весьма противоречивые результаты. В одних случаях турбулентность приводит к уменьшению затрат на полет, в других к увеличению. Правда это касается мелкой турбулентности.

Соврем другая картина наблюдается с крупномасштабной турбулентностью, образующейся в следствии восходящих потоков из-за топографии, восходящих тепловых потоков, внутренних волн и фронтов. Все эти факторы в той или иной степени способствуют эффективности полета. К тому же взаимодействие птицы (или даже аппарата) с такими явлениями проводить гораздо проще, ибо они протекают медленнее и устойчивее.

В случае с птицами структура потока накладывает свой отпечаток на траекторию их полета, анализ которой и позволяет предположить наличие положительного влияния турбулентности.

Ученые отмечают, что несмотря на непредсказуемость турбулентности и ее чувствительность к малейшим изменениям условий среды, она демонстрирует уникальные признаки, включая определенное распределение энергии между различными по силе движениями в сочетании с отсутствием точной масштабной инвариантности, называемой перемежаемостью.

Эти уникальные признаки можно увидеть в траекториях частиц, переносимых турбулентными потоками. Подобная картина наблюдается и в траекториях птиц.


Изображение 1

Дабы разобраться в этой запутанной ситуации, ученые проанализировали данные наблюдений за взрослой самкой беркута (Aquila chrysaetos; 1A). Масса птицы составляла 5 кг, размах крыльев около 2 м. Ученые наблюдали за ее полетом из Алабамы в Нью-Йорк вдоль гор Аппалачи с 15 по 31 марта 2016 года (1B). К телу беркута был прикреплен аппарат, регистрирующий положение тела и трехосное ускорение. Данные передавались ученым на землю через мобильную сеть.

Путь беркута пролегал через области с разными ветровыми условиями. При этом траектория полета не всегда следовала ветровым потоком. Это могло быть связано с силой потока, остановками для принятия решения (куда лететь дальше), сопротивление воздуха, тяга и т.д.

Картина ускорения и положения беркута указывают на различное поведение (например, взлет, посадка, полет). Ученые определили те части пути (1B), где беркут парил, и где он активно махал крыльями, что было определено как регулярные колебания ускорения с частотой 2.8 Гц (изображение 2).


Изображение 2

Результаты наблюдений

Парящее ускорение беркута было весьма прерывистым, на что указывают длинные хвосты в распределении ускорений (изображение 3).


Изображение 3

То, что распределения являются сильно негауссовыми, согласуется с картиной ускорения частиц в условиях сильной турбулентности, несмотря на различия в масштабе и геометрии между частицами и птицами. Частицы-индикаторы турбулентности, которые точно следуют за турбулентным потоком, демонстрируют экстремальные ускорения, которые на много порядков более вероятны, чем предсказывает распределение Гаусса. Увеличение размеров и массы частиц приводит к сужению хвоста* распределения, что измеряется числом Стокса* (St), которое < 1 для легких и мелких частиц.

Хвост* вытянутая часть распределения, которая при графическом представлении выглядит как часть кривой.

Число Стокса* критерий подобия, определяющий соотношение между кинетической энергией взвешенных частиц и энергией их взаимодействия с жидкостью. Если оно < 1, то частицы будут огибать препятствия на своем пути, если 1 врезаться в них.

Распределение ускорения беркута находится между распределением ускорения трассирующих частиц (без инерции) и распределением ускорения слабоинерционных частиц (St = 0.09 0.03). Распределения турбулентности часто напоминают растянутые экспоненциальные функции, и эти функции описывают хвост распределения ускорения беркута как показатель растяжения около 1.8, что соответствует значениям для мелкомасштабных величин. Стандартные отклонения компонент ускорений x, y и z составляют 0.90, 0.88 и 1.62 м/с² соответственно.

Самой явной и частой характеристикой спектров ускорения во время миграции и пребывания на одном месте у беркута был степенной закон*, преобладающий между частотами около 0.2 и 2 Гц.

Степенной закон* функциональная зависимость между двумя величинами, когда изменение одной приводит к изменению второй, независимо от их исходных значений.

Область, которая подчиняется степенному закону, ограничена на высоких частотах с колебанием, которое происходит с частотой около 2.8 Гц. Точно неизвестно что ограничивает интервал масштабирования на низких частотах.

Спектры ускорения беркута имеют логарифмический наклон, близкий к -5/3 наклон, который существенно не меняется, когда спектры варьируются в зависимости от скорости ветра или маршрута миграции.


Изображение 4

Спектры ускорения беркута были описаны с помощью второго закона Ньютона с учетом того, что изменения аэродинамических сил, воздействующих на птицу, были линейными по отношению к изменениям относительной скорости между беркутом и воздухом. То есть колебания скорости птицы относительно средней скорости ветра вызывают изменения аэродинамических сил, которые линейны по отношению к колебаниям скорости. Такое объяснение может наблюдаться в нескольких случаях: подъемная сила, создаваемая крылом, линейна по вертикальным возмущениям по отношению к вектору ветра до момента сваливания; тяга, создаваемая воздушным винтом, линейна по отношению к изменениям его воздушной скорости, которая мала по сравнению с создаваемым им ветром; нелинейное сопротивление, проявляющееся при высоких числах Рейнольдса, линейно при небольших изменениях воздушной скорости.

Результирующие расчеты показали, что колебания ускорения беркута имеют тот же спектр, что и колебания скорости ветра, с которыми беркут сталкивается в полете. Данные показывают (изображение 4), что более высокие скорости ветра связаны с большими ускорениями беркута в интервале от 0.2 до 2 Гц. Любопытно, что спектр ускорения не исчезает при нулевой скорости ветра. Это может быть связано с турбулентностью, создаваемой термиками*, возникающими даже в отсутствие заметного ветра.

Термик* масса поднимающегося воздуха, возникает из-за неравномерного нагрева поверхности Земли солнечным излучением.

Увеличение ускорения при более сильном ветре можно объяснить увеличением силы турбулентности. Ключевым моментом является то, что спектр скорости ветра пропорционален 2/3 от скорости диссипации турбулентности, которая пропорциональна кубу интенсивности турбулентности. На заданной высоте в пограничном слое атмосферы, где летит беркут, интенсивность турбулентности изменяется пропорционально скорости ветра. Учитывая линейную зависимость между ускорением птицы и скоростью ветра, можно предположить, что предварительный коэффициент спектра ускорений увеличивается квадратично со скоростью ветра.

Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых.

Эпилог

В ходе данного исследования ученые провели анализ данных, полученных из наблюдений за беркутом, летящим из Алабамы в Нью-Йорк. По этим данным полет птицы был неравномерным, что было связано с зонами турбулентности. Картина, которую наблюдали ученые в ходе анализа, напоминала ту, что описывает поведение частиц в турбулентных воздушных потоках. Так в период от 0.5 до 10 секунд ускорение птицы и атмосферная турбулентность были полностью синхронизированы. Другими словами, беркут использовал турбулентные потоки для упрощения своей задачи перелета из точки А в точку Б. Для птиц, мигрирующих на большие расстояния, не является удивительным минимизировать затраты энергии, связанные с полетом.

Забавно, что инженеры и ученые, связанные с аэронавтикой, всячески стараются, чтобы уменьшить влияние турбулентности на воздушное судно, тогда как птицы используют ее себе во благо. Данное исследование не только показывает наличие такой возможности, но и дает больше эмпирических данных для такого изучения загадочного и непредсказуемого явления как турбулентность.



Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими и отличных всем выходных, ребята! :)

Немного рекламы

Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4.99, уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Maincubes Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?

Карлсон знаком нам всем с детства, а вы когда-нибудь задумывались, как он был устроен?
Из чего был сделан пропеллер на его спине? Откуда взялся человек, обладающий недоступной для всех нас возможностью парить в воздухе? Как винт крепился к человеческому телу и вращался в нём? Почему весёлый человек был такого маленького роста?

Кем же он был: человек, робот или, может быть, кибернетический организм с электронным мозгом?

Проще всего его необычность списать на фантазию ребенка или писательницы Астрид Линдгрен, но не будем с этим спешить. Есть и доводы в пользу его реального существования.

Как, вы думаете, на самом деле был устроен странный незнакомец, так ловко жонглирующий законами физики? Давайте сегодня, 1 Апреля 2021 года, вместе найдем ответ на этот животрепещущий вопрос.

Внедрившийся в детские умы, очаровавший своей непосредственностью и харизмой персонаж. Пришедший с небес и ушедший в никуда, он вошел в доверие сразу к нескольким людям и закружил их чередой невероятных событий.

Мы знаем, что он пришёл, в буквальном смысле, с неба. Просто появился в комнате у ребенка, что примечательно, в отсутствие его родителей. Шум его мотора не привлёк ничье внимание. Карлсон обладал жизнерадостным настроением и, в то же время, не показывался посторонним на глаза.

И самый первый вопрос, который задаст себе дотошный читатель книги: Если у Карлсона один винт, то почему его тело в полете не вращается в противоположную сторону?

На самолётах и вертолётах летать могут все, а вот Карлсон умеет летать сам по себе. Стоит ему только нажать кнопку на животе, как у него за спиной тут же начинает работать хитроумный моторчик. С минуту, пока пропеллер не раскрутится как следует, Карлсон стоит неподвижно, но когда мотор заработает вовсю, Карлсон взмывает ввысь и летит, слегка покачиваясь, с таким важным и достойным видом, словно какой-нибудь директор, конечно, если можно себе представить директора с пропеллером за спиной

Мы знаем, что у настоящих, больших вертолетов два винта. Второй, маленький, на хвосте, компенсирует энергию первого винта, предотвращая обратное вращение.

В Сети по поводу отсутствия вращения приводятся довольно убедительные версии. Рассмотрим их по одной.

1. Внутри Карлсона находится гироскоп, который своим вращением стабилизирует полет.

Но ведь речь идет о полёте. Гироскоп для этой цели получился бы слишком тяжелым. Эта версия не подходит.

2. Вторая версия состоит в том, что у тела летающего человека смещен центр тяжести. То есть, винт, как бы, расположен немного сбоку, что позволило бы слегка компенсировать вращательный момент.
В этом случае Карлсон летал бы немного боком, и это бы бросалось в глаза.

3. В третий версии Карлсон компенсирует вращение, размахивая в полете руками.

Однако этого не было: по описанию, он летал плавно и с важным видом. Такой способ противоречит литературному первоисточнику.

Пропеллер для полёта

Одним из самых достоверных объяснений, на мой взгляд, могла бы быть неточность передачи автором описания Карлсона, ведь автор происходла из крестьянской семьи, и не была знакома с устройствами вертолетов. Она не смогла заметить, что движитель для полета основывался на соосной схеме: за спиной у существа были установлены два винта, один под другим.

Как указывала сама писательница в сборнике автобиографических очерков Мои выдумки (Mina phitt, 1971), она росла в век лошади и кабриолета. Основным средством передвижения для семьи был конный экипаж, темп жизни был медленнее, развлечения проще, а отношения с окружающей природой куда более тесными, чем сегодня.

https://ru.wikipedia.org/wiki/Карлсон

Пропеллеры вращаются в разные стороны, отсюда и компенсация вращательного момента. Точно такие же винты вам уже хорошо знакомы по устройству моделей игрушечных вертолётов, а также современного российского вертолета соосной схемы КА-50.

В меру упитанный, в самом расцвете сил

Обратим внимание, что выход книги свершился в 1955 году. Не так давно отгремела Вторая Мировой война, а в период войны разработки новых вооружений и способов повышения боеспособности личного состава развивались как никогда. Вспомним усилители выносливости, применявшиеся армиями Германии, японские исследования пределов человеческого организма, довоенные эксперименты Воронова по пересадке эндокринных органов, советские эксперименты по выведению сверхчеловека и послевоенные опыты Демихова по пересадке голов собакам.

Поскольку наиболее вероятной схема размещения пропеллера видится соосной, то возникает очередной вопрос:

А как такое устройство могло работать в живом теле? Как было устроено тело невысокого мужчины, чтобы у него была возможность раскрутки пропеллера до такой скорости, чтобы можно было подняться в воздух?
Ведь ничего подобного в живой природе не встречается. Животные летают или за счет взмахов крыльев, как птицы, летучие мыши и насекомые, или парят на перепонках из кожи, как белки-летяги.

Посмотрим, как устроены тела у летающих живых существ. У птиц кости полые, трубчатые или губчатые, заполненные внутри воздухом, что снижает вес птицы. А прочность костям придают имеющиеся внутри перегородки. Для стабилизации полета птицы используют перья. Как мы знаем, перьев у Карлсона не наблюдалось, однако костная система должна была быть схожей.

Летать и не падать

Но как мог пропеллер крепиться к человеческой плоти? С одной стороны, в книге утверждается, что он приводился в действие кнопкой, которая запускала мотор. Возможность размещения металлического мотора в живом организме кажется ничтожной, ведь у такого мотора должен быть неимоверно маленький вес и просто невероятный КПД!

Видимо, для вживления в тело были использованы облегченные композитные материалы. Новые для того времени материалы позволили снизить вес до уровня, приемлемого для поднятия организма в воздух. Отсюда и невысокий рост подопытного летуна. Чтобы было легче поднимать человека в воздух, его рост должен быть как можно меньше, недаром ростом Карлсон был ниже Малыша.

Именно в Швеции был запатентован первый корабельный винт. Шведы первыми принесли в мир динамит, УЗИ и первую телефонную трубку. Невероятные для своего времени изобретения шведов и, в особенности, корабельный винт, наталкивают на мысль, что именно в Швеции могли изобрести нечто подобное.

Для управления полётом, даже для соосной схемы размещения несущих винтов, Карлсон должен был управлять креном и тангажом своего лёгкого тела. Его корпусу был необходим автомат перекоса. Где же его взять, тело уже и так утяжелено инородными материалами в виде мотора? По видеоматериатам, представленным советскими мультфильмами, мы помним, что Карлсон не имел трудностей и с полетом вверх ногами.

Современные авиамодели тоже могут летать вверх ногами, и это также становится возможным при использовании автомата перекоса.

Все объясняется довольно просто. Похоже, что автомат перекоса одно из самых технологичных изменений в теле несчастного подопытного. Во избежание отторжения, он должен был состоять из тех же трубчатой костной и хрящевой тканей и сухожилий, а управляться мышцами по воле своего владельца. По всей вероятности, хирург тщательно собрал такую конструкцию и вживил в тело, а может быть, вырастил уже внутри тела в процессе его развития, например, применяя инструменты типа аппарата Илизарова.

Для стабилизации полёта в авиамоделях, действительно, применяется гироскоп но это уже не механическое, а электронное устройство, и во время войны таких ещё не было изобретено. И тут опять приходится задействовать природные органы: в роли гироскопа, стабилизирующего полёт, у Карлсона просто-напросто выступал его вестибулярный аппарат.

Да и мотор ли это был? Возможно, что и лопасти приводились в движение мускульной силой, а звук при работе "мотора" мог исходить от урчания в животе при переработке высококалорийной пищи ведь взмахи лопастей требуют огромного количества энергии, для этого у существа должен быть сильно ускорен обмен веществ.

Можно допустить, что в организме Карлсона лопасти крепились по отдельности, как у стрекозы, и каждая управлялась отдельными мышцами. И предположить, что автомат перекоса был выполнен еще проще, когда мышцами изменялся угол наклона всего "двигателя" вместе с пропеллерами и ротором.

Отсюда следует, что инстинктивно Карлсон летать, в отличие от животных, не умел, а долго учился управлять мышцами автомата перекоса, скоростью вращения винтов, приучать свой вестибулярный аппарат к нахождению в воздухе...

В банке не осталась хотя бы капелька варенья?

Помните, как Карлсон убеждал Малыша в необходимости особенной пищи, которая ему подходит: сладостей и варенья? Это была не прихоть, а жизненная необходимость: ему нужна высококалорийная пища, богатая "быстрыми" углеводами. Такая еда быстрее всего перерабатывается в энергию и работает в качестве "топлива".

Лопасти пропеллера, скорее всего, тоже были органическими, как, например, крылья у летучей мыши. Из костной ткани и кожистых перепонок. Как и у летучей мыши, они могли быть складными, растягиваясь перед полётом.

Мы помним про существование кнопки пуска мотора на животе у Карлсона, которую он нажимал, желая полететь.

Учитывая натуральную природу мотора, для этого хирургам пришлось бы сплести пучок из нервных окончаний, ответственных за запуск ускоренного метаболизма. Видимо, задумывалось, что Карлсон мог взлетать не только по своей воле, но и по желанию командира отряда подобных существ. К тому же, нет доказательств, что существо изначально планировалось создавать разумным. Мозг мог быть использован не человеческий, а от животного, к примеру, собачий. Вспомним опыты Владимира Демихова. А управлять существом можно было бы и извне, например, голосом, как собаками, обезьянами или дельфинами, или посредством радиоволн. В таком случае сгусток нервов пришлось бы вывести в район солнечного сплетения. Прикоснулся к грудной клетке подопечного он приступает к выполнению боевой задачи.

Мозг и система управления

Во Второй Мировой войне Швеция соблюдала нейтралитет. Но ей ничего не мешало проведению секретных экспериментов в военной сфере, чтобы не отставать от других стран в развитии технологий.

Высвободившиеся от необходимости тратить на войну средства могли пойти на усиление обороноспособности страны. Швеции нужны были воины, умеющие то, что не умеют солдаты других стран. Нужно было иметь превосходство над потенциальными противниками.

Понятно, что первым делом пытались создать электронного солдата.

Такая идея витает давно и до сих пор не воплощена в жизнь. А во время войны вся электроника базировалась на вакуумных лампах. Из вес никак не мог подходить для полёта небольших летательных аппаратов. Первый транзистор был создан только после войны, в 1947 году.

Не приходилось говорить и о создании искусственного интеллекта на устройстве из вакуумных ламп, чтобы все поместилось в корпус размером с человеческую голову. Могли ли во время войны создать полностью электронный мозг? Конечно же, нет. При создании прототипа искусственного солдата шведам неизбежно пришлось бы задействовать мозг живого существа.

Возможно, что кому-то из шведских хирургов удалось срастить импланты из легковесных искусственных материалов с костной системой человека без отторжения. Несомненно, хирург за такие заслуги получил бы Нобелевскую премию, если бы не секретность его работ. Альфред Нобель тоже был шведом, и это был как раз тот человек, который изобрел динамит. У вас еще остались сомнения в возможности причастности Швеции к подобным разработкам?

Кому говорят, не реви!

Была ли такая модификация организма добровольной? Можно только представить, через какие мучения прошёл человек для обретения сомнительной возможности для полёта. По своей ли воле он оказался на операционном столе? Или же, наоборот, модификация вернула к жизни израненного солдата? Этого мы не знаем, но можем отметить, что Карлсон появляется, когда ребенок находился в комнате один. Он нашёл свое пристанище на крыше в помещении за большой трубой, скрывающей жилище от посторонних взглядов.

Совершенно очевидно, что летающий незнакомец считал необходимым скрываться. Нужно ли существу, спасшемуся из застенок шведских секретных служб, лишнее внимание? Вряд ли.

Что происходило дальше? Прототип нового солдата в поисках пропитания увидел ребенка, попавшего в беду. Что он подумал? Возможно, он увидел в детских глазах такое же ощущение одиночества и непонятости, какое-то отражение себя, и решил помочь, при этом, не раскрывая себя. И вернул ребёнку тягу к жизни.

Вероятно, прототип солдата будущего просто-напросто сбежал от спецслужб во время своих испытаний. Возможно, он не вытерпел пыток при создании или, впоследствии, принуждению к участию в военных операциях. Однако он мог быть ими и отпущен.
Война закончилась, а с ней и вынужденная жестокость в обращении с людьми. Эксперимент мог быть признан неудачным не только по техническим причинам, но также и по гуманным. Никто бы не похвалил Швецию за проведение таких бесчеловечных экспериментов над людьми. Вот Карлсона и отпустили при условии сохранения тайны его существования.
Во всём мире описан только один Карлсон. То, что он существовал в единственном экземпляре, подтверждает версию о его существовании как прототипа во время какого-то опередившего своё время эксперимента.

А может, он был всегда весёлым и заражал всех хорошим настроением, потому что уже и не надеялся обрести вторую жизнь, но которую, через тяжёлые испытания, он обрёл вместе с новым телом настоящим шедевром шведской науки!

Материалы, использованные в данном исследовании:
http://personeltest.ru/aways/habr.com/ru/post/399053/
https://pikabu.ru/story/skhema_razbora_karlsona_1598037
https://politikus.ru/articles/politics/56971-malysh-i-karlson-nauchnyy-perevod.html
https://ru.wikipedia.org/wiki/Карлсон
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Russian_Air_Force_Kamov_Ka-50.jpg?uselang=ru
https://russian.rt.com/article/10051
https://kulturologia.ru/blogs/200716/30533/
https://novate.ru/blogs/141116/38812/
https://fjord.su/article/samye-izvestnye-izobreteniya-iz-shvecii.html
https://pikabu.ru/story/vladimir_petrovich_demikhov__geniy_transplantologii_7521547

Привет! Меня зовут Роман Федоренко, я доцент Центра компетенций НТИ по направлению Технологии компонентов робототехники и мехатроники на базе Университета Иннополис. Я работаю с командой робототехников, которая специализируется на беспилотных летательных аппаратах. По большей части мы занимаемся высокоуровневым управлением БПЛА: планирование движения, обход препятствий, решения для киносъёмки и сканирования местности. Хотя собственные небольшие коптеры тоже собирали и с железом работали. В прошлом году мы начали разработку большого самолёта вертикального взлёта и посадки, который включает все уровни от изготовления носителя до обвески датчиками и интеллектуального управления. И при разработке этого проекта познакомились с UAVCAN.

UAVCAN это открытый лёгкий протокол для бортовой сети подвижных объектов. Недавно его разработчик и мейнтейнер Павел Кириенко Spym рассказал о протоколе на PX4 Developer Summit, крупной конференции сообщества разработчиков дронов с использованием open-source экосистемы вокруг автопилота PX4, частью которой является UAVCAN. А ещё Павел подготовил подробную статью для русскоязычного сообщества на Хабре по следам своего доклада.

В этом материале я расскажу о практической стороне использования протокола с позиции разработчиков систем автоматического управления для БПЛА: как мы выбрали UAVCAN, что делаем с помощью него и какие возможности видим в будущем.

Гибридные БПЛА

Самолёт вертикального взлёта и посадки (VTOL) это гибрид коптера и самолёта, который может работать дольше коптера за счёт аэродинамической подъёмной силы крыла и при этом не требует взлётно-посадочной полосы либо пускового устройства и парашюта, как обычные самолётные беспилотники. Сейчас разработка таких устройств популярное и многообещающее направление. Такой аппарат можно использовать для доставки, картографии, мониторинга и других целей. По тому же принципу конструкции устроены большинство проектов летающего такси, например:

• полностью электрическое воздушное такси Lilium Jet немецкой компании Lilium;
  
• малошумный электросамолёт Heaviside компании Kitty Hawk Себастьяна Труна (которого многие знают по беспилотным автомобилям);
  
• проект Vahana от Airbus.
  

Самолёт вертикального взлёта и посадки Университета Иннополис

Мы разработали три модели небольших беспилотных аппаратов с разным размахом крыла, грузоподъёмностью и источниками питания полностью электрические и с двигателями внутреннего сгорания. По конструкциям летательных аппаратов сотрудничаем с Казанским авиационным институтом и авиационными предприятиями Казани, а фокус наших работ электроника, алгоритмы и автоматическое управление.

При чём здесь UAVCAN?

Те, кто занимаются коптерами, знают, что обычная структура системы управления выглядит примерно так:


Типовая схема БПЛА на базе автопилота PX4. Источник

Моторы управляются регуляторами оборотов (ESC), на которые посредством PWM (ШИМ) сигналов подаются уставки от автопилота. Датчики подключаются по куче разных интерфейсов UART, I2C, SPI. Плюс телеметрия, пульт, питание и получается такой паук из проводов. Но основная проблема не в этом.

Чем длиннее провода, то есть больше аппарат, тем эта схема сильнее подвержена наводкам. Нам об этом пришлось задумываться с самого начала, потому что у наших аппаратов размах крыльев 2 и 4 метра, и это не предел.

Раньше для проекта 40-метрового дирижабля мы работали с CAN (только протокол был на базе CANOpen). И решение использовать UAVCAN для нас было само собой разумеющимся: в PX4 уже есть его поддержка, даже никаких споров в команде по этому поводу не возникало. Изначально мы хотели заменить длинные линии PWM на цифровой интерфейс, чтобы масштабировать наши решения на аппараты с разным размахом крыла.



Заменив PWM-связи на UAVCAN-связи, мы перестали беспокоиться о проблемах длинных проводов и наводок, а также значительно уменьшили количество подключений к автопилоту.

Было два варианта, как это сделать. Первый использовать регуляторы моторов и сервоприводы с UAVCAN интерфейсом. Такие есть, например, у Zubax. Второй сделать адаптеры UAVCAN, которые устанавливаются непосредственно возле ESC. Мы пошли по второму варианту, потому что выбор ESC с UAVCAN интерфейсом невелик. Сначала мы использовали адаптеры проекта UAVCAN for Hobbyists (UC4H), затем решили делать свои устройства со встроенным DC-DC преобразователем, своей схемотехникой, прошивкой и нескучными диодиками.


Наши устройства с интерфейсом UAVCAN

Вошли во вкус

Дальше мы поняли, что можем вместо десятка проводов использовать шину UAVCAN для взаимодействия не только с исполнительными механизмами, но и с большинством внешних устройств. Это ещё и хорошо сказывается на виброизоляции контроллера, установленного на специальной платформе. В итоге мы разработали ряд девайсов для собственного применения, но сейчас видим, что они интересны другим:

• Преобразователь CAN-PWM до 4 каналов: устройство подключается к шине CAN, принимает и обрабатывает сигналы управления, выдаёт ШИМ. Питать плату можно напрямую с АКБ до 60 В, в её составе включается DC-DC преобразователь, обеспечивающий напряжением 5 В (3 А) плату и потребителя (например, сервомашинку);
  
• GPS/Magnetometer/Barometer;
  
• Силовая плата, Power Management Unit (PMU): обеспечивает подсоединение нескольких АКБ (параллельно или последовательно при необходимости). Устройство подключается последовательно со всей силовой нагрузкой и обеспечивает её коммутацию. В конструкции датчики напряжения и тока на АКБ, DC-DC преобразователь для обеспечения питания автопилота. Такая плата рассчитана на большие токи до 1000 А. В разработке устройство CAN в составе платы выдающее информацию о напряжении и токе;
  
• Лазерный высотомер;
  
• Датчик воздушной скорости;
  
• Датчик уровня топлива;
  

Технически эти устройства реализованы на базе микроконтроллера STM32. Проектируем сами, а изготовление заказываем на pcbway.ru. Прошивка реализуется с использованием libcanard.

По нашим ощущениям для работы с UAVCAN довольно низкий порог входа. Новому сотруднику понадобилось меньше недели, чтобы разобраться и запрограммировать датчик расстояния как со стороны STM32, так и со стороны автопилота PX4.


Новые устройства тестируем на небольшом dark дроне

А затем уже используем на самолёте:


Короткое видео тестового полета нашего VTOL-самолета во всех режимах



В итоге схема у нас выглядит так:


Схема нашего VTOL-самолёта с использованием UAVCAN датчиков и исполнительных механизмов

Какие преимущества UAVCAN даст нам в будущем

Резервирование

Важнейшая задача при реализации продукта на базе БПЛА обеспечить надёжность. Мы уже начали работать над этим. Например, несколько наших GPS и датчиков воздушной скорости подключить и использовать параллельно уже получается. Но ещё многое предстоит. Скорее всего, дублирования датчиков и контроллеров с использованием CAN шины будут сделаны проще. К Pixhawk можно подключить две шины, а на шине оставить несколько одинаковых датчиков для резервирования.

Масштабирование

В будущем мы хотим делать большие аппараты взлётной массой больше 30 кг, хотя это и сложно сертифицировать. Масштабируемость архитектуры на базе UAVCAN позволяет строить амбициозные планы.

True HIL-симуляция

Сейчас активно развивается тема работы БПЛА в городской среде Urban Air Mobility (UAM). Для реализации задач UAM нужно больше опираться на такие сенсоры, как камеры и лидары. Тут возникает необходимость разработки и отладки систем интеллектуального управления, а также повышение их надёжности. Для этих целей другая команда Университета Иннополис разрабатывает симулятор Innopolis Simulator для автономных подвижных объектов на основе Unity 3D для тестирования, отладки и обучения.


Innopolis Simulator

Для нашего VTOL-самолета используем Innopolis Simulator в связке с Gazebo для фотореалистичной симуляции, тестирования управления и обработки сенсорных данных лидаров и камер.

Сейчас работаем над своим модулем симуляции динамики вместо Gazebo с более точной аэродинамикой, а также над другой фишкой true HIL симуляцией (от hardware in the loop, или программно-аппаратное моделирование, ПАМ).

В нашем решении все данные поступают от датчиков, а управления на моторы и сервы отправляются по шине UAVCAN. Почему бы не сделать модуль симуляции этих датчиков на уровне той же шины? Просто вместо устройств к контроллеру мы подключаем компьютер с симулятором.
Сейчас HIL-симуляция в PX4 делается посредством специальных HIL_* сообщений MAVLINK (протокол телеметрии, работает по последовательному порту либо UDP/TCP), которые имитируют датчики и исполнительные механизмы.


Диаграмма работы PX4 в режиме HITL. Источник

Симуляция, как она реализована сейчас в PX4, это отдельный режим работы полётного контроллера, отличающийся от боевой полётной конфигурации. Мы имитируем непосредственно UAVCAN сообщения, в идеале автопилот может даже не знать, что работает в симулируемом окружении. Но нужно сказать, что пока концептуально не решена проблема симуляции IMU, которые находятся внутри автопилота и подключены не по CAN.


Предлагаемая схема работы PX4 в режиме HITL с использованием UAVCAN

Такое решение повышает достоверность результатов отладки на симуляторе, поэтому можно смелее переходить к лётным тестам.


Авиационный HIL симулятор. Источник

Подобный подход, когда устройства имитируются на уровне интерфейсов, используется и в большой авиации, но с UAVCAN мы делаем это доступнее и проще.

Вывод

Очень здорово, что над вопросами лёгкости, надёжности и риалтаймовости протокола UAVCAN уже подумали за нас, как и то, что есть PX4, ROS и Linux, в конце концов. Нам было бы очень сложно делать наши коптеры, самолёты, системы управления и планировщики, если бы всего этого не было.

Стандартизация протоколов и программных средств даёт возможность разработчикам говорить на одном языке. Вместе с тем, важна не только стандартизация, но и доступность, что в высокой степени обеспечивает open-source подход. Это позволяет, стоя на плечах гигантов, быстрее переходить к своим задачам, а не строить сначала долго инфраструктуру для работы, что, надеюсь, мы показали на нашем примере в данной статье.


Пьём колд брю после успешных полётов

Привет, хабр! В этой статье я хочу максимально просто и доступно рассказать про то, как доказывается, что ваши средства разработки и верификации подходят для создания систем повышенной надежности. Это очень важный и далеко не самый простой вопрос, и моя цель ответить на него как можно более понятным языком. В самой статье я обобщил указания из отраслевых стандартов, таких как КТ-178 или Р-331 (встраиваемое ПО в авиации), ГОСТ Р ИСО 26262-8 (встраиваемое ПО в автомобилестроении). Так что добро пожаловать под кат

Квалификация зачем она?

Отраслевые стандарты, такие как КТ-178 или ИСО 26262, описывают процессы создания ПО повышенной надежности. Если следовать этим описаниям, то создание такого ПО превратится в бюрократический ад, который будет длиться вечно. Но существует программное обеспечение, которое позволяет автоматизировать значительную часть этих процессов. Такое ПО называется инструментом. И если вы применяете инструмент, то он должен быть надежным (ИСО 26262 даже вводит термин уверенность в инструменте). Для подтверждения надежности инструмента проводится его квалификация.

Квалификация теория

В отраслевых стандартах есть понятие уровня безопасности. В разных стандартах они называются по-разному: Уровень ПО в КТ-178, Уровни Полноты Безопасности автомобиля в ИСО 26262. А для средств разработки применяются уровни квалификации инструментов (КТ-178) или уровни классификации инструментов (ИСО 26262). Эти уровни назначаются по критичности инструментов чем больше влияния оказывает инструмент на разработку, тем более высокий уровень квалификации будет ему назначен. При этом одним из главных критериев по определению влияния инструмента является мера его влияния на результирующее ПО.
В качестве примера можно рассмотреть генератор исходного кода и статический анализатор кода. Сгенерированный код попадает в прошивку устройства, которое будет установлено на борт самолета или автомобиля. Таким образом, генератор кода оказывает непосредственное влияние на результирующее ПО. Так как генератор кода сложная штука, и может генерировать код с ошибками, то к качеству этого генератора кода предъявляются строгие требования и уровень его квалификации будет максимальным. Другое дело статический анализатор, результат работы которого не попадает в бортовое ПО и степень его влияния минимальна. Поэтому для статического анализатора уровень квалификации будет ниже, чем для генератора кода.
А еще уровень квалификации напрямую влияет на трудозатраты: так, для авиации, для квалификации инструмента по наивысшему уровню КТ-178С, требуется выполнение 76 контрольных мероприятий, а по низшему только 14.
Еще один важный момент квалификация инструментов проводится не разработчиком инструмента, а непосредственно разработчиком ПО, причем квалификация должна проводиться для каждого проекта!

Квалификация заметки по практике

Как было сказано в теоретической части, квалификация инструментов это затратный процесс, однако он упрощается несколькими способами:

• Поддержка процесса квалификации производителями инструментов (вендоров)
  
• Указания по квалификации инструментов из стандартов
  

Рассмотрим их по порядку. В первую очередь, сами вендоры поставляют пакеты поддержки квалификации инструментов. Во вторую отраслевые стандарты содержат указания по квалификации инструментов, которые могут сократить объем работ.

Хотелось бы остановиться на втором пункте. Опять будем рассматривать генератор кода. Сгенерированный с его помощью код все равно должен тестироваться, будет собираться покрытие кода, проводится его анализ, т. е. верифицироваться.
Отраслевые стандарты говорят нам о том, что если мы будем квалифицировать инструменты, которые отвечают за верификацию кода, то квалификация самого генератора кода будет не нужна. Таким образом, сами стандарты содержат указания, следуя которым вы можете значительно сократить затраты на квалификацию.

Для квалификации инструментов верификации стандарты предписывают демонстрацию их поведения в нормальных условиях. На практике это выглядит следующим образом:

1. Вендор поставляет набор шаблонов документов, нормативных документов и опорных тестов для инструмента и их эталонные результаты.
   
2. Вы заполняете шаблоны документов и запускаете предоставленные тесты в своем окружении.
   
3. Результаты тестов, запущенных вами, сравниваются с эталонами, и при расхождении результатов вы устраняете расхождение.
   

Стоит заметить, что описанный процесс тоже занимает достаточно много времени и, как и вся разработка, выполняется при взаимодействии с сертифицирующими органами.

Инструменты MathWorks и их квалификация

Такие инструменты как Simulink, DSP Toolbox, Control System Toolbox это стандарт индустрии для разработки систем управления, цифровой обработки сигналов. Неудивительно, что их применяют в авиации, автомобилестроении и прочих отраслях. Из разработанных моделей генерируется C/C++ код, который ездит и летает. Естественно, что перед разработчиками встает вопрос квалификации инструментов. И квалификация инструментов MathWorks для КТ-178С осуществляется для инструментов верификации моделей и кода:

• Simulink Check
  
• Simulink Coverage
  
• Simulink Requirements
  
• Simulink Design Verifier
  
• Simulink Test
  
• Simulink Report Generator
  
• Polyspace Bug Finder
  
• Polyspace Code Prover
  
• Simulink Code Inspector
  

А для ISO 26262 поставляются сертификаты для:

• Simulink Check
  
• Simulink Coverage
  
• Simulink Requirements
  
• Simulink Design Verifier
  
• Simulink Test
  
• Simulink Report Generator
  
• Polyspace Bug Finder
  
• Polyspace Code Prover
  
• Embedded Coder
  
• HDL Coder
  
• PLC Coder
  

В зависимости от отрасли предоставляются пакеты поддержки квалификации инструментов DO Qualification Kit для авиации или IEC Certification Kit для автомобильной, железнодорожной и других отраслей.

Вместо выводов

В данной статье был дан обобщенный обзор процесса квалификации инструментов в соответствии с отраслевыми стандартами. В ходе написания данной статьи, я руководствовался следующими источниками:

1. Р-330, Руководство по квалификации программных инструментов, в частности:
   

• п. 2.0 Назначение квалификации инструмента
  
• п. 3.1. Уровни квалификации
  
• Справочные материалы D, вопрос D7
  

1. ГОСТ Р ИСО 26262-8, Глава 11, Уверенность в использовании инструментального программного обеспечения
   

Если вам интересно как создаются системы повышенной надежности, то напишите в комментариях, что требуется рассмотреть в следующих статьях.

Авиапоезд из Ан-2 и двух Блаников на фалах

Что такое планер?

Это летательный аппарат тяжелее воздуха, но при этом не имеющий двигательной установки. Он поддерживается в полёте за счет аэродинамической подъемной силы, создаваемой на крыле набегающим потоком воздуха и вместо маршевой силы двигателя использует гравитацию. В общем, планер превращает свою потенциальную энергию (высоту) в кинетическую (скорость) и наоборот. А ещё за счет своего небольшого веса и больших крыльев может использовать восходящие воздушные потоки как лифт, чтобы пополнить запас потенциальной энергии.

Зачем они нужны?

На заре развития планеризма задача была одна удержать безмоторный летательный аппарат тяжелее воздуха в полете в течение более-менее продолжительного времени. Потом уже стали разбираться а зачем? Задачи для планеров придумали такие:

• спортивная (учебные планеры, высший пилотаж, рекорды)
• экспериментальная (давайте что-нибудь построим и посмотрим как оно полетит)
• перевозка грузов и людей (например для десанта)
• исследование атмосферы

А покататься?

Учебные планеры двухместные, поэтому позволяют катать пассажиров. Такое развлечение дешевле, чем полет на спортивном самолете (ценник за ознакомительный полёт от 4000 рублей, основная составляющая цены это стоимость буксировки самолётом). Посадка тандемом, один за другим. Спереди в кабине садится пассажир, сзади инструктор. Задача катающегося без разрешения ничего в кабине не трогать. Ну и вовремя предупредить, если укачало и хочется на землю.

Приятный бонус отсутствия двигателя планер летит тихо.

Если хочется попробовать управление на высоте можно и порулить. Инструктор покажет, что надо делать. Если понадобится подправит (все органы управления дублируются). Самый популярный учебный планер (да и вообще самый распространенный планер в мире) это Л-13 Бланик, разработанный чехословацкой фирмой LET. В большинстве клубов обучают и катают именно на нем.

Если хочется побольше адреналина можно напроситься на пилотаж.

На Л-13 с пассажиром разрешено выполнять такие фигуры, как:

• мертвая петля
• поворот на горке
• переворот
• переворот Иммельмана

А вот бочку и перевернутый полет с пассажиром на Л-13 выполнять нельзя.

Зато если хватит смелости, можно попросить показать штопор. На многих самолетах намеренный штопор выполнять запрещено, а вот для учебного планера это стандартное упражнение, которое должен уметь выполнять любой пилот.

Полет

Чтобы планер начал парить самостоятельно, ему надо как-то набрать высоту. Это можно сделать несколькими способами:

1. Аэробуксировка самый популярный способ запуска планера. Планер буксировочным фалом прицепляется к самолету и затягивается так на высоту (такая летящая парочка называется аэропоездом), где отцепляется и начинает самостоятельное парение. Один самолет может одновременно буксировать два планера.
2. Запуск с помощью лебедки. Тут уже лебедка тянет трос, потом планер отцепляется и летит сам. Взлет получается более крутой и короткий. Лебедка не может затянуть на ту высоту, на которую затягивает самолет, поэтому и полет получается короче, если не получится поймать восходящий поток. Зато это дешевле, чем самолетом, ну и вроде как экологичнее
3. Самостоятельный взлет актуален для мотопланеров (со встроенной силовой установкой). В отличие от самолета, мотопланер использует свой движок не все время, а только при необходимости набора высоты (на старте или когда надо дотянуть до аэродрома)
4. Есть еще другие варианты скатить планер с горы, запульнуть его с той же горы на чем-то вроде большой рогатки, отбуксировать автомобилем, но такие варианты не так популярны, как аэропоезд и лебедка

Одна из самых важных характеристик планера это его аэродинамическое качество (К). Не вдаваясь в подробности, можно сказать, что качество это сколько метров в длину может пролететь летательный аппарат при потере одного метра высоты в штиль. То есть планер с качеством 30 может улететь на 30 метров, пока теряет метр высоты. Качество планеров может достигать 60 единиц и более.

Это достигается за счет малого веса и удлиненного крыла. У самолетов оно значительно меньше. Например, у Бланика Л-13 максимальное качество Kmax=28,5, а у самолета Ан-2, который этот планер может отбуксировать на высоту, Kmax=10.

Самолет без двигателя не сможет продолжить маршрут по-планерному, но и не свалится как кирпич аэродинамического качества хватает, чтобы спокойно сесть на подобранную с воздуха площадку. Это относится и к многотонным пассажирским лайнерам. Например, у Аэробуса A320-214 аэродинамическое качество около 17, что позволило 15 января 2009 года после столкновения со стаей птиц и отказа обоих двигателей посадить его на Гудзон. Если заморочиться с летучестью самолета и довести Кmax до 37, то можно получить Virgin Atlantic GlobalFlyer и пролететь на нем кругосветку без дозаправки.

Чтобы не просто планировать сверху-вниз, но и набирать высоту, планеристы используют восходящие воздушные потоки. Чаще всего используют термики (термические потоки). Они возникают в тех местах, где солнце лучше всего прогревает земную поверхность. Например, над дорогами и пашнями они темные и хорошо нагреваются. Теплый воздух от земли поднимается наверх и этим пользуются планеристы. Термики позволяют быстро набрать высоту, нужную для длительного планирования, так как имеют вертикальную скорость несколько метров в секунду и сами могут подниматься на километры. Высота термика зависит от разных факторов: он может достичь инверсионного слоя и там остановиться, может дойти до точки росы и образовать кучевое облако, а может просто постепенно раствориться, перемешавшись с окружающим воздухом.

Так как для полетов в термических потоках необходимо, чтобы прогревался воздух, в средних широтах такие полеты эффективны только весной и летом. Потоки обтекания возникают при взаимодействии воздушных масс с элементами рельефа. Например, когда ветер встречает склон холма. Сам по себе такой поток не может поднять планер выше, чем на несколько сотен метров над холмом, но может усиливаться термическим потоком от нагрева склона солнцем.

В горах можно встретить волновые потоки они образуются при обтекании воздушной массой горных хребтов. Планер в таком потоке может подняться на высоту 15 км. Мировые рекорды по высоте подъема и дальности полета были установлены благодаря волновым потокам.

Хочу стать пилотом

Во времена расцвета Осоавиахима и ДОСААФа планер был промежуточной ступенью от авиамоделизма к авиационному училищу. Многие летчики так и начинали сначала авиамодельный кружок, потом планерный клуб ДОСААФ, потом самолетный ДОСААФ и авиационное училище. Планер позволяет ощутить полет и разобраться с пилотированием до перехода на более сложную и тяжелую авиационную технику.

Сейчас планерных клубов не так много, как в СССР, взрослые пилоты оплачивают обучение из собственного кармана (для школьников возможны варианты), но планеризм все еще остается самым доступным по финансам способом обучения пилотированию. Никаких особых требований к курсанту для начала обучения не требуется (разве что ограничение по весу в 110кг), перед началом полетов нужно только пройти ВЛЭК врачебно-летную экспертную комиссию. Для планеристов она не так сурова, как для космонавтов или пилотов пассажирских лайнеров, надо просто запастись терпением и несколько раз съездить в соответствующее медучреждение, чтобы пройти всех специалистов.

Планерные клубы России готовят пилотов по стандартной программе (называется КУЛП-ПСБ-2013, что расшифровывается как Курс учебно-летной подготовки на планерах и самолетах-буксировщиках). Там расписано все, что предстоит изучить будущему пилоту-планеристу.
А изучить ему предстоит очень многое еще до того, как он первый раз сядет в планер перед началом практики обязателен курс теории. Это очень много тем, от конструкции планера и аэродинамики до метеорологии и авиационного права.

В какой клуб ни пойди учиться скорее всего будешь на планере Л-13 Бланик. В распоряжении авиаклуба могут быть еще другие планеры для продвинутых.



Учебный курс делится на года (на самом деле год это не год в географическом смысле, а определенное количество часов налета и освоенных упражнений). В первый год курсант готовится к самостоятельному вылету по кругу (отрабатывает взлеты и посадки) и в зону (от 800 до 1000 м на буксировке). Цель первого года получение уверенных навыков управления планером.

Второй год нацелен на обучение эффективной работе в восходящих потоках воздуха и маршрутные полеты.

Дальше можно бесконечно совершенствоваться, изучать другие виды планеров или даже стать инструктором.

Весь полетный опыт спортсмена фиксируется в его летной книжке. Это документ, содержащий все когда-либо пройденные упражнения и полетные задания. Можно пройти первоначальное обучение в одном авиаклубе, а продолжить в другом и доказательством пройденной первой ступени будет служить летная книжка.

Для первоначального обучения, в отличие от маршрутных полетов, ограничения по погоде не так строги круги можно крутить почти в любую погоду. К тому же сзади сидит инструктор, который в случае чего подстрахует.

Но учтите, что не все аэродромы работают круглогодично. Грунтовые полосы в межсезонье превращаются в кашу, а зимой надо менять колеса на лыжи (самолету-буксировщику тоже) и это не все делают. Лучше заранее связаться с выбранным авиаклубом и узнать про сезонность. Заодно спросить, когда лучше начинать обучение изучению теории никакое состояние ВПП не помешает.

Маршруты, в отличие от кругов, уже сильно привязаны к погоде. Поэтому курсанты второго года обучения в числе прочего должны уметь подбирать места для посадки вне аэродрома на случай, если погода испортилась.

Так как планер не может сам улететь с места аварийной посадки, его эвакуируют одним из двух способов:

• если посадка произошла недалеко от аэродрома и площадка позволяет взлёт аэропоезда, то прилетает самолет-буксировщик
• если нет возможности подняться с самолетом, то планер разбирается и эвакуируется с места посадки в специальном автомобильном прицепе.

Устройство планера

Вот как выглядит тот самый учебный планер Л-13 Бланик.



По конструкции он не сильно отличается от самолета к фюзеляжу крепится крыло и хвостовое оперение. Кабина спереди, перед кабиной нет капота, потому что зачем капот, если нет двигателя. Буксировочное приспособление состоит из буксировочного замка, расположенного в передней части фюзеляжа и боковых замков по бортам (боковые используются для буксировки лебедкой). Все три замка открываются рукояткой из кабины.

Шасси состоит из колеса, оснащенного механическим тормозом, демпфера и рычажного механизма управления. В полете шасси поднимается, немного выступая за контуры фюзеляжа, так что с убранным шасси тоже можно сесть. Зимой вместо основного колеса можно поставить лыжу. Кроме колесного шасси есть еще хвостовая опора костыль для торможения о грунт.


[картинка из книги Планеры и планеризм В.М. Замятин, 1974]

Кабина

Кабина тоже особо от самолетной не отличается. Ручка (1) отвечает за управление по кренам и тангажу, педали (2) крутят руль направления. Ручки слева (3, 4, 5) управляют тормозным щитком, закрылками и триммером руля высоты. Рычаг слева от ручки управления, похожий на ручник (6) это собственно ручник (точнее рычаг тормоза колеса). По правому борту (7) рычаг управления шасси. Большой желтый рычаг прям посередине приборной панели это выключатель буксирного троса (8). Приборы стандартные: указатель скорости (9), компас (10), аж два вариометра (один до 5 м/c (11), второй до 30 м/с (12)), указатель поворота (13), высотомер (17). Опционально может еще стоять авиагоризонт (14) и часы (23).



Роль индикатора скольжения выполняет веревочка, прицепленная снаружи кабины. Это как шарик на указателе скольжения, только веревочка. Без скольжения набегающий поток воздуха направлен прямо на планер и она висит прямо. Если веревку сдуло в сторону значит появилось скольжение.

Далеко ли можно улететь

Суть планерного спорта это маршрутные полеты. Умея работать с восходящими потоками, можно летать очень большие расстояния. Рекорд по максимальной дистанции на планере 3009 км. Этот полет выполнил немецкий планерист Клаус Ольман. Но и планер у него был не учебный, а Nimbus 4 DM с аэродинамическим качеством 60. Этот же пилот в феврале 2014 года пролетел на планере над Эверестом.

Для маршрутных полетов нужно в совершенстве управлять планером и разбираться в метеорологии, так как отцепленный от буксировщика планер может в дальнейшем набрать высоту только за счет движений воздуха. Собственно так и совершаются дальние перелеты планер набирает высоту, где это возможно, а затем за счет своего аэродинамического качества парит дальше по маршруту.

Про безопасность

Многие слышали, что авиация это самый безопасный вид транспорта. Тому служат и отточенные годами правила полетов и серьезные требования к состоянию летательного аппарата и не менее серьезные к навыкам и состоянию пилота.

Но можно немножко пофантазировать. Чего можно бояться при полете на однодвигательном самолете? Наверное, остановки двигателя. Но это тоже не критично, так как в этот момент самолет превращается в планер. Правда в тяжеленький и с небольшим аэродинамическим качеством. В планере этой проблемы нет в нем в принципе нет двигателя.

Если же вдруг испортилась погода и продолжать маршрут становится не безопасно никто не будет продолжать маршрут. Планер можно спокойно посадить на площадку, подобранную с воздуха. Его аэродинамическое качество позволяет подобрать площадку в огромном радиусе, самую идеальную. Или вообще вернуться к месту вылета, если там погода лучше.

Но если вдруг вот прям очень по какой-то причине надо из планера выйти в полете? На этот случай и у пилота и пассажира (или второго пилота) есть парашюты. Фонарь (остекление) кабины сбрасывается на ходу выход свободен. Это все умеет пилот и пассажиру тоже в обязательном порядке покажут как эвакуироваться. Но не для того, чтобы выкинуть его на ходу просто эти вещи надо знать (вспомните, сколько раз вы наблюдали демонстрацию аварийно-спасательного оборудования стюардессами перед полетом).

Где попробовать в РФ

Информацию о планерных клубах страны можно узнать на сайте Федерации планерного спорта России.

Из ближайших к Москве это:

аэроклуб Щекино (бывшее Шевлино) Клинский район
2-й Московский Аэроклуб, аэродром Пахомово, Тульская область

Ближайшее к Санкт-Петербургу:

планерный клуб Свободный полет

Ну а мы осенью за пару дней до закрытия сезона снимали на аэродроме Гизель в Северной Осетии всё-всё-всё про Ан-2 над горами и планеры (там можно сразу и то, и другое, и полетать на частных самосборных самолётах). Владикавказский авиационно-спортивный клуб один из самых экономичных вариантов по стране с учётом моря впечатлений сразу. Видео вот, в начале про Ан-2, в конце про планеры:


Собственно, ещё можно полетать на Ан-2 на лыжах зимой в Вологде, сделать бочку на реактивном L-29 в Орешково под Калугой, забраться в кабину труженика Ли-2.

Последние примерно 50 лет вся пассажирская авиация концентрировалась в огромных хабах. Решение расширенной задачи коммивояжёра на графе аэропортов показывало, что дешевле летать из маленького города в центр, а потом из центра в другой маленький город. Так было по всему миру, пока вдруг не начали появляться новые самолёты, которые ломали привычную экономику. Буквально перед самым кризисом мы общались с AirBaltic, например, сделавшей ставку как раз на новые Эйрбасы, которые меняли картину. Всё шло к тому, что полёты будут дешевле по всему миру, лоукостеры победят и вообще авиация будет доступной каждому. Это важно: доля лоукостеров очень сильно росла до кризиса, и на самолёты стали садиться даже те, кто раньше не мог позволить себе путешествовать. В общем, где-то рядом маячило светлое будущее.

Но тут один голодный китайский работяга внёс некоторые корректировки в финпланирование авиакомпаний.

Кроме ожидаемой потери примерно 46 миллионов рабочих мест (из которых только 3,5 миллиона в авиации, а остальные по эффекту домино в производстве, обслуживании, туризме и так далее) у нас есть несколько довольно странных событий.

Во-первых, Россия и Китай отличаются от других стран тем, что очень быстро восстановили сеть авиасообщения. Если вы считаете, что в российской пассажирской авиации сейчас всё плохо нет, это ещё хорошо по мировым меркам.

Во-вторых, Победа оказалась авиакомпанией, которая внезапно много выиграла на этом кризисе из-за очень правильной стратегии принятия решений.

В-третьих, сейчас вы можете видеть самые дешёвые билеты за последние несколько десятков лет (если считать с учётом инфляции). Это потому что авиакомпании умудрились всё же сдвинуть сезон ближе к осени за счёт скидок и получили какую-то ликвидность. Через полгода, вероятно, цены поднимутся обратно, а часть компаний уйдёт с рынка, но такова жизнь.

Давайте разбираться, что произошло и почему.

Что случилось

Апрель начался резкий спад, дошло до того, что в мае осталось 10% полётов. Глубина бронирования упала до 3 дней, то есть даже командировочные не знали, получится ли поехать. К сентябрю билеты стали покупать за 15-20 дней до поездки.

В конце июля пошёл рост, причём восстановление было в районе 85% к прошлому году, что очень нехарактерно на фоне других стран.

До начала пандемии авиация росла примерно на 7% в год по объёму перевозок, но при этом стоимость билета постоянно падала:


По данным IATA

Как я уже говорил, в доковидном мире одним из главных трендов было удешевление перелёта. Новое поколение двигателей и новые самолёты давали возможность уходить от схемы больших аэропортов-хабов. Если раньше дешевле было переместить человека в крупный хаб на лёгком самолёте, а дальше пересадить на огромный лайнер и везти в нём, то теперь ситуация поменялась. Появились дешёвые способы возить на довольно большие дистанции довольно экономичными судами. Это автоматически означало, что роль хабов будет падать и начнут развиваться лоукостеры. Последние пару лет лоукостеры начали отгрызать огромный кусок рынка у нормальных авиакомпаний. Ещё дело в том, что в 1995 году было всего 10 тысяч пар городов для перевозок, а сейчас стало около 22 тысяч. Многие классические компании стали гибридными.

Лоукостеры неожиданно стали не просто отдельными компаниями, которые зарабатывают на перелётах, а стратегическими игроками для экономики ряда стран, где туризм был важной частью ВВП. Например, Исландия совершила дичайший скачок по туризму за последние годы (с 200-250 тысяч туристов в год до миллионов) именно за счёт кооперации с лоукостерами. За последние 7 лет (8 лет назад появился WOW Air) рост трафика аэропорта KEF в 4 раза, рост туризма в 4,5 раза, рост ВВП с 12 до 26 миллиардов долларов. Заметный эффект был в Испании, Таиланде и куче других стран, но там туризм не оказывал такое огромное влияние на ВВП страны.

С началом снятия ограничений в августе были истории про то, что лоукостеры серьёзно поцапались с правительством Италии: Рим хотел туристов, а лоукостеры хотели отмены ограничений на перевозки и отказывались возить людей по направлению.

У нас обсуждают создание новых лоукостеров, вот значимая новость.

CAPA сообщили в сентябре, что в июле из европейских компаний только Победа сумела нарастить трафик относительно прошлого года. В августе и сентябре росла ещё и S7. Гендиректор Победы Андрей Калмыков в интервью Ведомостям сказал, что главная причина полная остановка рейсов в апреле-мае. Напомню, тогда Победа прекратила все свои полёты. Остальные летали в минус, потому что загрузка салона пассажирами очень сильно упала. Оценка экономия 10 миллионов долларов. Если бы кризис оказался коротким, возможно, Победа потеряла бы часть рынка, но из-за правильного понимания ситуации они очень сильно выросли существенно больше других авиакомпаний и существенно быстрее рынка. Риски были в потере пилотами подтверждений квалификаций и в отказах оборудования от простоя (есть такая тема в авиации).

Когда полёты возобновились, ненадолго подешевел керосин (потому что нефть опустилась до отрицательных значений). У Победы себестоимость и так была минимальной, так ещё и это, и вот они смогли ещё снизить цены и заполнить самолёты. Судя по всему, они также использовали эту паузу для рефакторинга внутренних систем, что тоже даёт хорошую базу для рывка.

Глобальные тренды

Кроме истории с лоукостерами была ещё одна важная тенденция удешевление билета. Авиакомпании старались заработать не на самом билете, а на багаже и прочих дополнительных услугах. Продолжилась история с разделением билета и багажа: если в прошлый экономический кризис это была необходимая мера, чтобы люди хоть как-то продолжили путешествовать, то сейчас эту фичу докрутили в полной мере. Напомню, история с выделением багажа в дополнительную услугу это пример дифференциации по цене. Если вы не готовы платить за билет много, то платите мало, но летите с неудобствами. А если готовы платить достаточно, то летите как обычно и немного доплачиваете за первую аудиторию.


А вот доходность по дополнительным услугам (питание, выбор места, быстрый проход в аэропорту и так далее) растёт, по данным IdeaWorksCompany и CarTrawler

В допуслуги вошли багаж, ручная кладь, животные, спортснаряжение, дополнительные места рядом, выкуп вкусных мест, выкуп места посередине, чтобы там никто не сел, быстрая посадка, фаст-трек, бизнес-зал, вип-зал, еда в самолете, алкоголь, еда перед полётом, дьюти-фри, Wi-Fi на борту, аэроэкспрессы, поезд/метро в город, трансфер, прокат авто, хранение багажа, парковка, отель на ночь, жильё, приключения и развлечения, местные гиды, страховки в полёте, для визы, для багажа, от невылета, поддержка, консьерж-сервис и так далее.

На конец года стало понятно, что будет вторая волна. На фоне вакцинации мы рассчитывали на восстановление к январю, но уже понятно, что восстановление теперь будет не раньше мая это если ещё не учитывать новые, более заразные штаммы из Англии и ЮАР.

На железных дорогах наблюдалась примерно такая же картина по загрузке, разве что трафик падал не так сильно: всё же именно поездами ездит очень много командировочных, в частности, вахтовых рабочих.

Восстановление в России и в Китае до примерно 80% от прежнего уровня внутренних перевозок произошло быстро. Если по миру нужно будет несколько лет, чтобы начать путешествовать снова с той же силой, то у нас и у братского народа, похоже, внутренняя логистика играет совершенно другую роль, отличную от типичной для Европы.

Всё это сильно влияет на цены билетов. Прямо сейчас они упали, потому что денег у людей меньше, надо хоть как-то заполнять самолёты, авиакомпании снижают цены. Есть вероятность, что через полгода на восстановлении авиакомпании поднимут цены обратно, и есть риск банкротств.

В железной дороге главный тренд в том, что количество продаж сидячих мест растёт, а количество продаж купе уменьшается. Ласточки и другие экспрессы растут в долговременной перспективе. Плацкарты похоже, в кратковременной, поскольку весь этот год был тренд на экономию и снижение реальных доходов населения. Купе теперь для богатых. Ну и люди стали отказываться от далёких поездок, а на коротких можно и потерпеть.

Как это всё выглядело с нашей стороны

Напомню, сначала ситуация была похожа на что-то происходит в Китае, наверное, не надо туда летать. Потом ух ты, теперь ещё и в Европу. Пошли закрытия направлений. К моменту карантина железная дорога работала почти нормально (дальше были снятия некоторых поездов), а вот в авиации стало очень много отменённых рейсов. Появились первые конфликты: когда рейс отменяется по вине авиакомпании, пассажирам делается возврат. Когда же в стране назначения карантин и пассажир не хочет туда лететь, потому что опасно, то считается, что он не явился на рейс добровольно. Похожие ситуации были внутри страны. Пассажиры не хотели лететь в города, где обязательный карантин на 14 дней.

Авиакомпании поняли, что пахнет жареным и денег на возвраты просто нет потому что кризис уже начал бить все исторические рекорды, включая страх перед полётами после терактов в США 11 сентября и прерывания полётов из-за извержения Эйяфьядлайёкудля, вместе взятых. Авиакомпании должны были вернуть деньги, но параллельно шла история про законодательную возможность возврата баллами (ваучерами). Некоторые рассматривали тикеты ровно до тех пор, пока не вышло соответствующее постановление Правительства Российской Федерации от 06.07.2020 991. Выбор был между тем, что государство потребует возвратов полностью в короткий срок и мы останемся без авиаперевозчиков, либо будет введена вот такая мера. Альтернативой могло бы быть субсидирование или льготное кредитование авиакомпаний на сумму возвратов, но так получилось, что кто-то наверху решил, что кредитовать перевозчиков опосредованно будут пассажиры.

В этот же период у нас горел кол-центр. Сначала это была волна отмен билетов, с которой мы более-менее справились. Возвраты частично делаются руками. Частично это примерно на 98% из консолей операторов, точно так же, как в старые добрые времена телетайпов. Ну или с красивыми GUI, которые надстроены над теми же консолями, в любом случае оператор почти всегда присутствует. И остаётся узким местом. У самих авиакомпаний автоматизация несколько лучше, но наружу они свои API не отдают. Мы понимали, что автоматизация КЦ не сильно помогает коммерчески, но чувствовали, что жить без неё в XXI веке как-то странно. И начали её делать. На момент кризиса автоматизация касалась только некоторых шлюзов и покрывала примерно 15% работ. Прод-команды перешли с текущих фич прода на кол-центровые, и через 3 недели автоматизация КЦ доходила уже примерно до 30%. В это же время на бою работали полные смены операторов. Были дни, когда тикетов приходило больше, чем можно было разгрести: это ещё хорошо, что мы крупнейший тревел-сервис в России и у нас эти мощности были. Кол-центры авиакомпаний и OTA просто падали под нагрузкой.

Дальше пошла волна дичайшего непонимания со стороны покупателей билетов. По закону на авиаперевозку пассажира возможен только прямой договор между авиакомпаний и физлицом. Это статья 103 ВЗК РФ. Тот же договор воздушной перевозки заключается между пассажиром и перевозчиком (авиакомпанией). Других вариантов в принципе в России нет. То есть у кого бы вы ни покупали билет, в любом случае был создан договор между вами и авиакомпанией и только и исключительно авиакомпания несёт по нему ответственность. Эта особенность законодательства в обычное время защищает вас от разорения туроператоров, но в пандемию сработала не так, как должна была. В любом случае это означает, что только авиаперевозчик может вернуть пассажиру деньги, и туроператор, мы или другой агрегатор может только направлять собственные претензии в его адрес.

Очень интересно смотрелись попытки хоть как-то получить ликвидные средства. Например, Уральские авиалинии сделали акцию со скидками на рейсы в Европу.

С этого же момента пошла история самого точного информирования о происходящем: сначала мы поддерживали точные данные об открытых и закрытых рейсах, начали мониторить карантины и ограничения и предупреждать пассажиров о них при покупке билетов. Ещё следили за тем, какие рейсы полетят с большей вероятностью и не будут отменены. И именно на этом строили советы по покупкам. То есть сразу после открытия границ мы рекомендовали не покупать никакие билеты две недели и в целом не ошиблись с прогнозом.

На текущий момент три главные истории мониторинг регионов по ограничениям (опять нужны справки или могут быть карантины), аналогичная история по странам и отдельная страница про открытые направления со всеми деталями, что и как там сейчас происходит.

Первая линия КЦ у нас на аутсорсе у двух партнёров. Мы всеми силами делали кнопки в личный кабинет, всем пассажирам отменённых поездов разослали СМС со ссылкой, что делать. Кому успели сделать автоматически (где отмена без вариантов), вместо этого разослали СМС с возвратом средств. Попутно произошло ещё несколько важных вещей. Полный цикл обучения оператора занимал около пары недель. Нам нужно было много операторов второй линии, способных возвращать билеты, но нужны они были не через 2-3 недели, а прямо в моменте. Во-первых, удалось переложить часть функций второй линии на первую но это спасло ненадолго. Во-вторых, вместо полного обучения мы начали учить операторов модулями: первая группа работала с одной GDS, вторая с другой GDS, третья с консолями авиаперевозчиков, четвёртая с инвенторными системами других авиаперевозчиков и так далее. Удалось сильно ускорить ввод операторов в строй.

В прошлом году процент претензий составлял 0,5% от общего потока, и это были случаи вроде не пришли документы на почту, авиакомпания задерживает рейс, мне нахамили на стойке регистрации и так далее. В этом году это уже 2%, и все они верните деньги. Операторы начали выгорать от количества звонков и от общего негативного настроя поскольку деньги за перелёт были не у нас, а у авиакомпании (напомню, таков закон про прямой договор на перевозку), а пассажиры покупали у нас, эту ситуацию было довольно сложно объяснить. На операторов орали. Мы запустили проект психологов в КЦ, чтобы не выгорать: оглядываясь на ситуацию сейчас, можно сказать, что это была одна из лучших идей. Психологи проводили закрытые вебинары с разборами, как себя вести, плюс помогали конкретным людям.

Дальше перевозки упали примерно на 70%. Ещё позже они упадут в минимуме на 85-90%.

В июле началась нормализация: открыли Танзанию (тогда ещё никто не знал, где Занзибар), Турцию и Англию (с карантином). Появился большой прямой и отложенный спрос на Турцию. Частично восстановились перевозки внутри страны. В августе мы видели 78% от загрузки 2019 года по своим продажам (но в целом рынок был ниже, мы шли лучше рынка из-за правильного информирования, что происходит). В сентябре было аж 112% по ряду направлений авиации (внутренние курорты), но и здесь мы шли чуть выше рынка.

В октябре стало понятно, что идёт вторая волна. Тут надо сказать, что как в апреле нам никто не верил, что эта волынка где-то до мая (тогда эта мысль казалась кощунственной), так и в сентябре никто не верил особо во вторую волну. В первом случае мы вместе с ODS сделали модель и поняли, что вся эта история вдолгую. Но никто толком не осознал, что эта модель значит, как ей пользоваться и так далее. Вместо того, чтобы готовиться к долгому кризису, как начали делать мы, многие считали, что надо немного переждать. В октябре начался второй спад перевозок.

Мы подключили электронные билеты на электрички 17 лет и пандемия понадобились, чтобы это случилось, потому что нужно было разгрузить толпы из очередей на станциях. Вот тут больше деталей про костыли этого процесса.

Что поменялось внутри компании

Во-первых, мы перешли на удалёнку за пару недель до официального перехода. Вот рассказ про это. Полёт нормальный, эффективность в целом не снизилась, но очень много команд всё же хотят вернуться в офис. После обсуждений и опросов мы рассматриваем модель парт-тайма, когда человек 3 дня работает в офисе, 2 дня на удалёнке.

Во-вторых, исторически мы как компания работали отдельно по вертикалям: железная дорога, авиация, туры и так далее. С кризисом начали появляться очень большие блоки, которые связывают всё это между собой. Мы не были заточены под такое организационно, сил команд не было. Это частично изменило проектные подходы. Пока мы всё ещё впитываем грабли, поэтому рассказывать о полезном опыте рано.

Весной мы много анализировали восстановление Китая и предполагали, что у нас будет что-то похожее. В Китае очень быстро поломался тренд от длинных поездок к поездкам выходного дня, и мы запустили в разработку короткие выезды что-то вроде туров выходного дня на базе нашей базы авторских туров: это очень пригодилось в октябре и ноябре. Вообще, в мае было мало электричек (что вообще-то нехарактерно, это сезонный пик), а вот летом количество запросов на расписание очень выросло. В мае же резко упала доля iOS-пассажиров электричек (возможно, это последствия удалёнки).

Пользуясь снижением нагрузки, удалось переработать геораспределение в ЦОДах. У нас был перекос в сторону 3 из 5 ЦОДов, мы сбалансировали всё так, что выход любого из узлов из строя не уронит сервисы, а выход 3 из 5 не уронит критичные сервисы. В мониторинге появилась не только текущая утилизация ресурсов ЦОДа, но и прогноз при отказе одного из 5 с перераспределением нагрузки например, 69% сейчас и 81% при отказе соседнего дата-центра. Это позволило хорошо планировать железо. Control Cluster для Опеншифта стал распределён по трём ЦОДам, падение ЦОДа не блокирует работу выкладки, обновления, работы с обновлениями, которая тоже распределённая.

Что ждёт рынок дальше?

Будут развиваться основные тренды, которые мы увидели в этом году. Цены на билеты в авиации снизились очень резко, плюс они не стали резко дорожать в последние дни. Были дни на пике кризиса, когда глубина планирования поездки от привычных месяцев упала до 2-3 дней. Скорее всего, в следующем году она вырастет до недель, но не восстановится в полной мере. Перевозчики же делают всё, чтобы покупать заранее снова стало выгоднее, поскольку это даёт средства здесь и сейчас.

Увы, но произошло сильное снижение мобильности населения вместе со снижением доходов. Это означает развитие лоукостеров с одной стороны и печаль для всего сегмента туризма в целом. Правда, по России всё не так плохо: в следующем году внутренний туризм будет одним из главных трендов. Расширяется география путешествий, появляется запрос на кастомизированный отдых: небольшие группы, авторский подход, интересные далёкие места. В России большие расстояния, и их проще проехать не на своей машине, а на поезде или самолете.

Ещё один важный тренд кризиса появилась тенденция продления командировок. Это когда к командировке добавляется пара дней на отдых. По российскому законодательству, кстати, в такой ситуации работодатель оплачивает обратный билет, но с него удерживается НДФЛ, то есть вполне гуманно.

Полное восстановление отрасли займёт несколько лет. И это будет не undo, а полностью новая модель поездок и путешествий: уже сейчас понятно, что люди стали и планировать поездки, и действовать в них иначе. Станет больше самостоятельных поездок, в турах вырастет доля экскурсионных, а не пляжно-вегетативных, потоки более равномерно распределятся по стране.

Январь 2021 года получился достаточно позитивным: видно, что мир восстанавливается, люди начинают путешествовать, глубина планирования сдвинулась к всё ещё небольшим по меркам нормального мира, но очень долгим по меркам пандемии 25-30 дням. Распределение по дальности поездок уже обычное, характерное для докарантинных дней. Так что люди начинают себя вести так, как будто COVID-19 нет, но при этом опасаются новых закрытий и карантинов, которые сейчас возникают в Европе из-за новых штаммов вируса, поэтому глубина планирования и не растёт до тех же майских праздников.