Стипендіат NSF розробляє системи керування eVTOL для допомоги

Після руйнівних ураганів, які пронеслися південно-східними штатами Сполучених Штатів наприкінці 2024 року, потреба в нових та кращих способах доставки критично важливих припасів до зон лих та сільських районів стала особливо актуальною. Стипендіат програми Graduate Research Fellowship Національного наукового фонду США Гарретт Аспер присвячує свої дослідження під час стипендії розвитку систем керування польотом для електричних або гібридних літальних апаратів вертикального зльоту та посадки, які можуть переміщувати людей та вантажі швидше, тихіше та економічніше, ніж традиційні гелікоптери або наземний транспорт.

Електричні літальні апарати вертикального зльоту та посадки, які поєднують вертикальний зліт гелікоптерів із здатністю переходити до горизонтального польоту, як літаки, називають майбутнім авіації. Однак системи керування під час переходу від горизонтального до вертикального польоту все ще потребують удосконалення, перш ніж їх можна буде розгортати під час катастроф. Дослідження Аспера зосереджується на розробці та льотних випробуваннях нових алгоритмів керування для забезпечення безпеки, швидкості та ефективності транспортування за допомогою електричних літальних апаратів вертикального зльоту.

Аспер має намір зробити інструменти, які він створює, відкритими для використання, дозволяючи іншим дослідникам використовувати їх для тестування своїх розробок. Таким чином він сподівається просунути всю галузь та наблизити день, коли критично важливі припаси та допомога зможуть швидко доставлятися повітрям до зон катастроф.

Аспер є докторантом з аерокосмічної інженерії в Технологічному інституті Вірджинії та дослідником у Лабораторії нелінійних систем та фінансованій Національним науковим фондом Лабораторії безпілотних систем. Він зазначає, що має особисту зацікавленість у роботі, яку виконує. Виріс у сільській Аппалачії, він бачить проблему того, що особливо сільські регіони не мають доступу до такої інфраструктури, яку ми бачимо в більш приміських або міських середовищах.

Електричні літальні апарати вертикального зльоту та посадки представляють собою революційну технологію, яка може кардинально змінити підходи до транспортування в надзвичайних ситуаціях. Ці апарати здатні злітати та приземлятися вертикально, як гелікоптери, але також можуть переходити до горизонтального польоту для більш ефективного переміщення на великі відстані. Така універсальність робить їх ідеальними для доставки допомоги в райони, де традиційні транспортні засоби не можуть дістатися або працюють неефективно.

Основна проблема, над якою працює Аспер, полягає в удосконаленні систем керування під час критичної фази переходу між вертикальним та горизонтальним режимами польоту. Цей перехід є найскладнішим аспектом керування такими апаратами, оскільки потребує точного балансування між різними аеродинамічними силами та моментами. Неправильне керування в цей момент може призвести до втрати стабільності або навіть аварії.

Дослідження Аспера включає розробку нових алгоритмів керування, які використовують передові математичні моделі для прогнозування поведінки апарата в різних умовах польоту. Ці алгоритми повинні враховувати множину факторів, включаючи швидкість вітру, вагу вантажу, стан батареї та інші змінні, які можуть вплинути на стабільність польоту.

Особливо важливим аспектом роботи є льотні випробування розроблених систем. Аспер проводить експерименти з реальними прототипами електричних літальних апаратів, тестуючи їх поведінку в контрольованих умовах. Ці випробування дозволяють виявити потенційні проблеми та удосконалити алгоритми керування перед їх впровадженням у реальних умовах.

Рішення зробити свої розробки відкритими для використання відображає сучасний підхід до наукових досліджень, де співпраця та обмін знаннями прискорюють прогрес у всій галузі. Інші дослідники зможуть використовувати алгоритми Аспера як основу для власних розробок, тестувати їх на різних типах апаратів та в різних умовах, що в кінцевому підсумку призведе до створення більш надійних та ефективних систем.

Потенційні застосування електричних літальних апаратів вертикального зльоту виходять далеко за межі надзвичайних ситуацій. Вони можуть революціонізувати міський транспорт, забезпечуючи швидке переміщення людей над заторами. У сільських районах такі апарати можуть забезпечити регулярне сполучення з віддаленими населеними пунктами, доставку медичних припасів та евакуацію хворих.

Особиста мотивація Аспера, пов'язана з його походженням із сільської Аппалачії, додає важливий соціальний вимір його дослідженням. Він розуміє з власного досвіду, як географічна ізоляція може обмежувати доступ до основних послуг та інфраструктури. Його робота спрямована на подолання цих бар'єрів за допомогою технологій.

Робота в рамках програми Graduate Research Fellowship Національного наукового фонду забезпечує Асперу необхідні ресурси та підтримку для проведення амбітних досліджень. Ця програма традиційно підтримує найперспективніших молодих вчених у Сполучених Штатах, надаючи їм можливість зосередитися на інноваційних проектах, які можуть мати значний вплив на суспільство.