Расширение применения беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) в гражданской сфере — от мониторинга посевных площадей и доставки почтовых отправлений до использования в условиях Арктики — напрямую зависит от надежности бортовых энергосистем.
В условиях длительных полетов при низких температурах или переменных нагрузках, при выполнении полезной работы даже незначительные отклонения в параметрах питания могут привести к сокращению времени нахождения в воздухе или потере управления. Поэтому отработка физических процессов в силовых цепях на этапе разработки становится определяющим фактором для обеспечения стабильной работы в реальном применении.
Будем рассматривать один из основных элементов БПЛА — систему питания, и это НЕ только батарея! В процессе разработки и тестирования, для этих целей, как правило, используют программируемые источники питания и нагрузки, которые позволяют в лабораторных условиях воспроизвести эмуляцию режимов работы энергоустановки, с которыми может столкнуться БПЛА в процессе эксплуатации.
Разработка беспилотных летательных аппаратов для сельскохозяйственных нужд, логистики в удаленные населенные пункты и наблюдения за инфраструктурой в условиях Крайнего Севера требует тщательной проверки энергосистем в условиях, воспроизводящих реальные переходные процессы, возникающие во время полета.
Для примера рассмотрим решения Itech на базе двунаправленных источников питания серий IT6000C, IT-M3900C и компактных многоканальных решений модулей IT-M3400. Они обеспечивают плавный переход между режимами источника и нагрузки при испытании инверторов и электродвигателей, позволяя имитировать как пиковые токи при взлете с различным грузом, так и давать инструмент для развития перспективных разработок, таких как — рекуперация энергии или подзарядка без приземления.
Функция рекуперации (возврат электрической энергии) позволяет вместо преобразования избытков энергии в тепло создавать замкнутый энергетический цикл и исключать накопление тепловой энергии в лабораторном помещении — критически важное условие при продолжительных испытаниях гибридных силовых установок.
Актуальность гибридных энергосистем особенно высока в свете развития водородных технологий в Российской Федерации. В июле 2024 года на Сахалине запущен первый в стране водородный полигон, ориентированный на создание инфраструктуры для производства «зеленого» водорода и его применения в мобильных энергоустановках.
Российские разработчики уже демонстрируют беспилотники на водородных топливных элементах для работы в высоких широтах. Гибридная конфигурация «топливный элемент + аккумулятор» при одинаковой массе превосходит чисто аккумуляторную систему за счет комбинирования высокой удельной энергии водорода (около 1000 Вт·ч/кг) с высокой удельной мощностью литий-ионных элементов: топливный элемент обеспечивает базовую мощность в течение длительного времени, а батарея покрывает кратковременные пики при маневрировании, компенсируя низкую динамику отклика топливного элемента.
Для отработки таких систем двунаправленные источники питания позволяют одновременно программировать нелинейные профили напряжения, имитирующие поведение обоих компонентов.
При подготовке беспилотных систем к эксплуатации особое значение приобретает соответствие требованиям к качеству электроэнергии и устойчивости к переходным процессам.
Согласно изменению №1 к ГОСТ Р 54073-2017, введенному в действие 15 октября 2024 года, стандарт распространяется на системы электроснабжения беспилотных воздушных судов, устанавливая нормы по гармоническим искажениям и провалам напряжения. Дополнительно ГОСТ Р 59751-2021 определяет требования к летной годности беспилотных авиационных систем самолетного типа.
Программируемые источники питания переменного тока серии IT7800 (имеющие статус средств измерения), в сочетании с программным обеспечением APS4000, позволяют автоматизировать испытания по разделу 16 стандарта КТ-160 (электропитание), ГОСТ Р 54073-2017 и другим отечественным нормативам.
ПО APS4000 содержит встроенные профили с заданными длительностями и амплитудами воздействий:
- провалы напряжения до 0 В на 50 мс,
- всплески до 180% номинала,
- гармонические искажения до 10%, —
что позволяет проверить работу бортовой электроники при реальных помехах в цепях питания.
Применение подобных решений ускоряет цикл выпуска опытных образцов изделий, за счет возможности мгновенной смены режимов работы через программный интерфейс без перекоммутации кабелей.
Для разработчиков аграрных дронов это означает возможность проверить реакцию системы управления на просадки напряжения при одновременной работе активно работающего дополнительного оборудования и двигателей, а для создателей логистических БПЛА — отработку алгоритмов перехода на резервное питание при глубоком разряде батареи в условиях низких температур.
В условиях активного внедрения водородных технологий, включая сахалинский полигон и программы создания автономных платформ для Заполярья, такие решения становятся основой для создания надежных беспилотных систем, способных выполнять гражданские задачи в самых сложных климатических условиях при соблюдении как отечественных, так и международных требований к качеству электроэнергии на борту.
Таким образом, интеграция программируемых источников питания и нагрузок в процесс разработки беспилотных аппаратов трансформирует подход к испытаниям энергосистем БПЛА — от проверки работоспособности к воспроизведению полного жизненного цикла бортовой сети в контролируемых условиях.
Возможность имитировать деградацию аккумуляторов, переходные процессы в гибридных установках и внешние помехи по стандартизированным профилям позволяет выявить потенциальные слабые места до начала квалификационных летных испытаний.
В перспективе это способствует созданию беспилотных платформ с увеличенной автономностью и устойчивостью к внешним воздействиям, что особенно важно для расширения географии применения гражданских дронов — от засушливых степей до ледяных просторов Арктики, где надежность энергоснабжения становится залогом успешного выполнения поставленных задач.
С уважением, команда Эксперт+
Телефон: 8 (800) 200-02-66
E-mail: info@dipaul.ru
Следите за нашими публикациями!