Так как наша республика богата нефтью и газом, то проблема

Раздел: Инженерные науки
Комплекс для беспилотного мониторинга нефте- и газопроводов.
Авторы
Ворона Виталий Владимирович, школьник, г.Ухта
Мищенко Евгений Николаевич, школьник, г.Ухта
Руководитель
Федотов Сергей Алексеевич, г.Ухта
Комплекс для беспилотного мониторинга нефте- и газопроводов.
Нефте- и газопроводы очень важны для нашей страны. Поэтому они
требуют регулярного мониторинга. Это и стало главной задачей нашего проекта: сделать наблюдения менее затратными. Мы собрали, подготовили и испытали прототип беспилотного летательного аппарата (далее именуемый
БПЛА). Рассчитали и проверили все его возможности, и готовы представить
полностью законченный и готовый для использования проект.
Задачи:
1.
Существенно сократить затраты на обеспечение мониторинга нефте- и
газопроводов (магистральных трубопроводов).
2.
Создать БПЛА малого класса, способный работать в наших погодных и
климатических условиях.
3.
Создать БПЛА дешевле зарубежных аналогов, не потеряв при этом качества.
4.
Внедрить в нашу республику столь необходимые и современные технологии.
Таб.1 Технические характеристики модели
Размах, мм
Длина, мм
ВЖиХ-8
2210
800
Полетный вес, кг
3,6
Полезная нагрузка, кг
2
Время полета на одном аккумуляторе, мин
40-50
Дальность полета на одной батарее, км
30
Потребление тока, А
Скорость ветра, м/с
Температура воздуха, оС
Время на сборку из транспортного состояния, мин
7-8
До 10
От -20 до +30
15-20
Таб.2 Ориентировочные затраты на комплекс БПЛА
Наименование
Стоимость менее
надежных комплектующих для БПЛА самолетного типа
Стоимость более
надежных комплектующих для БПЛА самолетного типа
БПЛА с электро2300 $
3500 $
никой
Наземное обору3000 $
4000 $
дование
Стоимость 100
часов обслужи500 $
1000$
вания
ЗИП комплект
От 500 $ до 1500 $
От 1000 $ до 2000 $
Пусковая уста600 $
новка
GPS трекер:
100 $
Итого:
7500 $
11000 $
(цены могут незначительно отличатся от представленных в таблице)
Для доставки БПЛА на место мониторинга местности необходимо
транспортное средство. Автомобиль, способный вместить в себя беспилотный комплекс, двух операторов БПЛА и пусковую установку. (Рисунок 1,2)
Место взлета и посадки БПЛА необходимо выбирать очень внимательно. Однако, при необходимости можно посадить БПЛА на нефте- или газопровод. (Рисунок 3,4)
Для мониторинга местности применяется следующее оборудование:
Видеокамеры оптического диапазона – для облета трубопроводов и записи всего полета, с последующим просмотром видео на мониторе и выявлении следов утечек или незаконной деятельности. Их стоимость от 500 $ до
1000 $.
рис.5 – GoPro
Если для поставленной задачи требуется получение картинки в HD качестве в реальном времени, для этого используют камеры, видео приемники
и передатчики способные передавать изображение в HD качестве. Стоимость
БПЛА значительно возрастает:
1.
HD - камера от 200 $
2.
HD - передатчик 6500 $
3.
HD – приемник 8500 $
Так же на носитель устанавливается дополнительное оборудование (в
зависимости от поставленной задачи):

Видеокамеры инфракрасного (ИК) диапазона (тепловизоры) – для
облета территорий нефте- и газопроводов, обнаружения нарушителей и различных утечек газа. Стоимость от 2000 $ до 25000 $
рис.6 - Тепловизор

Фотоаппараты оптического диапазона - камеры для запечатления
отдельных территорий и участков магистральных трубопроводов. Стоимость
от 500 $ до 5000$
В ходе выполнения полета по маршруту авиационного патрулирования
локальной территории, оператор, осуществляя просмотр видеоизображения,
передаваемого с БПЛА в режиме реального времени, ведет наблюдение за
состоянием нефте- и газопроводов и одновременно контролирует параметры
полета (особое внимание уделяется удаленности БПЛА от точки старта, скорости и направлению ветра, напряжению батарей). Видеокамера БПЛА устанавливается таким образом, чтобы обеспечивался обзор пролетаемой местности с частичной видимостью горизонта. Заметив ЧС или нарушителя, оператор может поставить БПЛА в автоматический режим и задать точку, вокруг
которой беспилотный аппарат должен выполнять полет, передавая всю обстановку в режиме реального времени.
Основываясь на среднемесячную температуру в нашем регионе, можно
сказать, что полеты возможны практически круглогодично. Но за несколько
дней до осмотра состояния нефте- и газопроводов необходимо более внимательно ознакомиться с подробным прогнозом и составить план полета на
назначенные дни, основываясь на эти данные.
Таб.3 Средняя месячная температура воздуха с 1950 по 2013 гг. по районам
месяц
1
Ухта
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
-16,9 -15,2 -8,0 -0,5 +5,8 +12,7 +16,0 +12,6 +6,6 -0,7 -8,8 -13,7
Сыктывкар -15,3 -13,4 -7,0 +0,9 +7,4 +13,9 +16,7 +13,8 +7,8 +0,6 -6,9 -13,0
Для БПЛА необходимы лучшие погодные условия, нежели для аппаратов малой авиации. Это подразумевает под собой более теплую погоду. Исходя из условий региона, предполагается активное использование комплекса
в период с марта по октябрь.
Полет может осуществляться при меньшей скорости ветра, и при отсутствии снегопада или дождя, уменьшающих видимость оператору БПЛА.
Но при большой необходимости аппарат можно пустить в абсолютно автоматическом режиме, и уже электроника будет сражаться с плохими погодными
условиями.
Курс по программе профессиональной подготовки инженера-оператора
БПЛА включает: обучение ремонту БПЛА малого и среднего уровня сложности; обучение подготовительным пусковым операциям; обучение управлению и контролю комплекса в полѐте, а также аварийно-поисковым работам.
Это позволит проводить ТО БПЛА и замену элементов на месте эксплуатации.
Программа подготовки пилота БПЛА состоит из четырѐх этапов.
- теоретическая часть - 48 часов;
- работа на симуляторе - 16 часов;
- практическая работа с комплексом - 10 часов;
- полѐты - 24 часа.
Недостатки использования БПЛА самолетного типа
1. Зависимость БПЛА от погодных условий (сильный ветер, осадки,
температурный режим).
2. Конструкция не позволяет детально исследовать небольшой неподвижный объект.
Преимущества использования БПЛА самолетного типа
1. Конструкция позволяет быстро и качественно исследовать протяженные
объекты, вроде нефте- и газопроводов.
2. Рентабельность. БПЛА обслуживать дешевле, чем малую авиацию.
3. Оперативность получения данных об исследуемом объекте.
4. БПЛА применимы в недоступных для малой авиации местах.
5. БПЛА могут выполнять задание и в темное время суток.
6. БПЛА для запуска не требует заранее подготовленной площадки.
7. Полет происходит в полуавтоматическом режиме, если произойдет потеря
видео сигнала или управления, автопилот вернет БПЛА к месту старта.
Чтобы компенсировать недостатки БПЛА самолетного типа, в нашем
комплексе
предусмотрена
возможность
использовать
дополнительный
БПЛА-мультикоптер. Такие БПЛА эффективно использовать на сравнительно небольшом удалении до 1 км, они при необходимости могут зависнуть
над местом проведения аэрофотосъемки.
Таб.4 Технические характеристики мультикоптеров
Квадрокоптер
Масса планера, кг
1,5
Гексакоптер
Октакоптер
2,3
5
до 1
Эффективная дальность работы,
км
Время полета, в зависимости от
задач и полезной нагрузки, мин
от 10-50
до 1
Высота полета, км
Полезная нагрузка, кг
до 2
до 4
до 10
Полезная нагрузка на стабилизированной платформе, кг
Время на сборку из транспортного состояния, мин
1,5
2,5
6
5
10
10
Стоимость планера
200 $
500 $
2000 $
Стоимость бортовой электроники и автопилота
Стоимость стабилизированного
подвеса для оборудования
Стоимость наземного оборудования для использования мультикоптеров в автоматическом
режиме
1300 $
400 $
650 $
1700 $
1000 $
Недостатки использования БПЛА-мультикоптера.
1. Ограниченность времени полета (как правило, 20-30 минут).
2. Ограниченность радиуса действия (обычно до 3-5 км).
3. Относительно небольшая скорость полета.
4. Зависимость от температуры воздуха и количества осадков.
Преимущества использования БПЛА-мультикоптера.
1. Легко осуществим взлет в любой местности.
2. Ввиду особенностей конструкции, можно безбоязненно летать на низких
высотах и тщательно осматривать магистральные трубопроводы.
3. Устойчивость даже в условиях сильного ветра.
Результат применения БПЛА:

снижение себестоимости проведения мониторинга в 5-6 раз

снижается зависимость от авиакомпаний

обеспечивается нормативная кратность мониторинга
Испытывая наш БПЛА, мы находили его слабые места, наблюдали за
тем, как он себя ведет в ту или иную погоду, с каждой попыткой совершенствуя его. Ценовой диапазон нашего беспилотника намного ниже его аналогов, а качество сравнимо с ними. Используя проверенные современные технологии, мы уменьшили затраты на содержание беспилотника, увеличили его
ремонтопригодность и улучшили некоторые показатели. И вот, наконец, после долгих испытаний и проверок мы готовы представить законченный проект, полностью готовый для претворения в жизнь.