UAV canh bang hay còn được gọi với một tên khác là UAV cánh cô định là dòng máy bay không người có mô hình khá giống với máy bay thật, tuy nhiên nó hoạt động mà không cần đến phi công. UAV cánh bằng được điều khiển từ xa bởi người điều khiến hoặc tự động thông qua máy tính tại trung tâm điều khiến.
Hình 1. 10. Một số hệ thong Máy bay không người lái cánh cố dinh Fixed Wing UAVf1. (Nguồn: Viện Công nghệ VINIT)
May bay không người lái cánh bằng sử dụng lực khí động học được gọi là lực nâng và không cần cung cấp năng lượng liên tục để quay các cánh như UAV cánh quay.
Một trong những ngành công nghiệp mà UAV cánh bằng có nhiều “ưu ái” nhất chính là phục vụ trong lực lượng vũ trang. Với khả năng đi vào vùng trời nguy hiểm mà không phải mạo hiểm tính mạng của phi công, giám sát mục tiêu nhanh chóng và thu thập thông tin tỉnh báo. Khi công nghệ máy bay không người lái ngày một phát triển thì UAV cánh bằng phục vụ quân sự đang trở nên “cấp thiết” không thua gì với các trang bị vũ khí như súng, tên lửa và bom.
UAV cánh bằng thường có tốc độ bay nhanh và có thời gian bay lâu hơn so với UAV có nhiều cánh quạt, chúng thường phải sử dụng đường băng để lấy đà hoặc bệ phóng đề cất cánh. Ngoài ra, kích thước của những UAV cánh bằng thường to hơn so voi UAV canh quạt.
* Ưu điểm:
Ưu điểm chính của UAV cánh cố định là nó có một cấu trúc đơn giản hơn so với loại cảnh quay, do đó quy trình bảo trì và sửa chữa đơn giản hơn. Quan trọng hơn là với cấu trúc đơn giản sẽ đảm bảo tính khí động học hiệu quả hơn dẫn đến thời gian
Sinh viên thực hiện: Ngô Đăng Hùng Người hướng dẫn: TS. Phạm Thanh Phong 10 Trân Lê Đức An
Trần Thế Phong
Phát triển bộ điều khiển bên vững cân bằng cho hệ thông máy bay không người lái 4 cảnh quạt
chuyến bay dài hơn ở tốc độ cao, do đó cho phép chúng hoạt động ở các khu vực khảo sát lớn hơn trên mỗi chuyến bay nhất định.
Máy bay cánh cô định cũng có thể mang trọng tải lớn hơn, khoảng cách bay xa hơn và tôn ít điện năng cho phép nó mang theo các cảm biến và máy ảnh lớn hơn, tốt hơn do đó độ chính xác, sóc chụp ảnh rộng, cũng như chất lượng ảnh tốt hơn.
s* Nhược điểm:
Nhược điểm của máy bay cánh cố định ngoài giá thành của thiết bị cao còn là sự cần thiết phải bố trí được đường băng hay bệ phóng cho việc cất và hạ cánh.
1.1.4.2, May bay canh quay (Rotary Wing UAV)
UVA canh quay dễ nhận biết với 4 cánh quạt quay xen kẽ tạo lực để nâng chúng lên khỏi mặt đất theo phương thắng đứng. Khi bay trên không, hướng của các cánh sau có thê được điều khiến đề thay đôi hướng bay của UAV.
“& f@ ô2
Helicopter Tricopter Quadcopter
Octocopter Hexacopter
Hình I. II. Một số hệ thống máy bay không người lái cdnh quay MultiCopter “.
(Nguồn: Trang nghiên cứu ResearchGate)
UAV cánh quay bao gồm 1 hoặc nhiều cánh quạt xoay quanh một trục cô định.
UAV cánh quay có tối thiểu 1 cánh quạt (trực thăng), các UAV cánh quay có nhiều cánh quạt thường được gọi là Multirotor hay Multicoptor với số cánh quạt theo nhiều loại: 3 cánh quạt (tricopter), 4 cánh quạt (quadcopter), 6 cánh quạt (hexacopter), 8 cánh quạt (octocopter) cũng như các thiết kế khác thường hơn như 12 và 16 cánh quạt .... SỰ linh hoạt của UAV cánh quay phục vụ cho các mục đích chụp ảnh, piám sat va giao hang trên không, một trong những lợi ích nữa của UAV là chúng ít ảnh hưởng đến môi trường.
Nguyên lý bay của máy bay cánh quay là sự phối hợp của các cánh quạt quay tạo ra lực nâng nâng máy bay lên thăng đứng hoặc di chuyên theo hướng bắt kỳ, đồng thời có khả năng triển khai bay ở độ cao thấp, rất thấp trên mat dat.
Sinh viên thực hiện: _ Ngô Đăng Hùng Người hướng dẫn: TS, Phạm Thanh Phong 11
Trân Lê Đức An Trần Thế Phong
Phát triển bộ điều khiển bên vững cân bằng cho hệ thông máy bay không người lái 4 cảnh quạt
* Ưu điểm:
Lợi thế lớn nhất của UAV cánh quay là khả năng cất cánh, hạ cánh theo chiều thắng đứng và rất cơ động trong quá trình bay. Điều này cho phép người dùng hoạt động ở những địa hình chật hẹp mà không cẩn phải bố trí đường băng cất cánh, hạ cánh như loại cánh bằng, cũng như có thế thay đổi độ cao và chuyên hướng bay một cách dễ dàng.
Khả năng bay tại chỗ và khả năng bay cơ động làm cho UAV cánh quay rất phù hợp với công tác bay chụp ở địa hình phức tạp và có diện tích nhỏ.
s* Nhược điểm:
Máy bay cánh quay có cấu tạo liên quan đến cơ khí và điện tử phức tạp do đó yêu cầu quá trình bảo trì và sửa chữa phức tạp hơn so với máy bay cánh cô định.
Do tốc độ thấp hơn và thời gian bay ngắn hơn vì vậy sẽ phải bay nhiều chuyến bay hơn so với máy bay cánh cố định.
Theo tiêu chuân chung, các hệ thông UAS vận hành bằng nguồn điện, các chuyến bay thường có thời gian kéo đài từ 30 đến 60 phút, thời gian bay có thể ngắn hơn đối với các máy bay lên thăng nhiều động cơ bởi nguồn điện năng phải chia sẻ để vận hành nhiều động cơ cùng lúc. Phụ thuộc vào chỉ tiêu kỹ thuật điện năng của pin cấp điện và tốc độ bay, những UAV cánh cố định có khả năng bay chụp ảnh phủ trùm khu vực có diện tích khoảng từ 1 đến 1.5 km2 (tương đương với từ 100 — 150 ha). Đối với UAV nhiều động cơ vùng phủ sẽ thấp hơn số liệu đưa ra ở trên, thông thường diện tích phủ trùm sẽ giam đi từ 10 đến 30% so với diện tích khu vực mà UAV cánh cố định đạt được.
1.1.4.3. Fixed-Wing Hybrid VTOL UAV (May bay lai cénh cé dinh)
Fixed-Wing Hybrid VTOL UAV: La dang may bay không người lái lai cánh cố định cất và hạ cánh thắng đứng, chúng là UAV lai giữa UAV cánh quạt và UAV cánh bằng.
Các máy bay không người lái lai cánh cô định VTOLằ lai kết hợp các lợi ích của nền tảng đa cánh quạt với máy bay không người lái cánh cô định và chuyền đôi giữa hai chế độ trong suốt chuyến bay. Máy bay không người lái lai cánh có định VTOL là sự lựa chọn linh hoạt cho nhiều ứng dụng trên không thương mại và quân sự.
Khả năng cất cánh và hạ cánh thắng đứng mà không cần bệ phóng hoặc đường băng, có nghĩa là những máy bay không người lái này có thể được vận hành ở hầu hết mọi địa điểm. Thiết kế cánh cố định mang lại độ bền cao hơn, khả năng bao phủ khoảng cách xa hơn và tùy chọn bay nhanh hơn, cho phép người vận hành bay lâu hon và bao phủ nhiều mặt đất hơn khi so sánh với UAV nhiều cánh quạt.
Sinh viên thực hiện: Ngô Đăng Hùng Người hướng dẫn: TS. Phạm Thanh Phong 12 Trân Lê Đức An
Trần Thế Phong
Phát triển bộ điều khiển bên vững cân bằng cho hệ thông máy bay không người lái 4 cảnh quạt
Hình 1. 12. Một số dạng hệ thông máy bay không người lái Fixed-Wing Hybrid VIOL UAV "!. (Nguon: Trang web SparkleTech)
1.1.5. Uu điểm và nhược điểm của các loai UAV
Bảng 1. 1L. Báng so sánh Ưu điểm và Nhược điểm của các loại hình Máy bay không người lái LUAW P1
xuất hỏng hóc hơn.
Điều khiến nhanh nhẹn.
Không cẩn phải bố trí
Loại UAV Ưu điềm Nhược Điềm Fixed Wing UAV |- Cau tric don giản hơn so Gia thanh cao, nhiéu rui ro.
(UAV canh cé voi loai UAV canh quay. Van hành phức tạp, phụ định) - Quy trình bảo trì vả sửa | thuộc điều kiện thời tiết.
chữa đơn giản. Bãi đáp/ cất cánh - Tốc độ bay nhanh, mang Tương thích tải trọng
trọng tải lớn, vùng hoạt động rộng.
— Khoảng cách bay xa vả tốn ít điện năng hơn so với loại UAV canh quay.
Single rotor UAV |- Trang thái hoạt động rất Vận hành, bảo trì phức tạp,
(Máy bay 1 cánh bên. cần đạo tào nhiều.
quay) - Động cơ chịu được tải Độ an toàn, ôn định
trọng lớn. Giá thành cao.
—_ Có thời gian hoạt động lâu.
Tricoptor UAV |- Trọng lượng nhẹ. Chế tạo khó.
(Máy bay 3 cánh |— Chi phi chế tạo rẻ hơn. Tốc độ bay thấp.
quay) - it động cơ sẽ lam giam xac Khó điều khiến.
Sinh viên thực hiện: Ngô Dang Hung Trân Lê Đức An Trần Thế Phong
Người hướng dẫn: TS. Phạm Thanh Phong
Phát triển bộ điều khiển bên vững cân bằng cho hệ thông máy bay không người lái 4 cảnh quạt
đường băng cất cánh.
— Tuổi thọ pin dai hơn.
Quadcoptor UAV |- Dé tiép can, su dung, phu Thời gian hoạt động hạn (Máy bay 4 cánh hợp với người mới bắt dau. chế.
quay) — Dễ vận hành điều khiển. Tốc độ bay thấp.
— Độ ôn định cao. Tai trong gidi han - Kích thước thường nhỏ Vùng phủ thấp.
gọn hơn. Có xu hướng kém ổn định
—_ Giá thành rẻ. hơn khi bay trong điều
— Khả năng cất cánh, hạ cánh kiện thời tiết khắc nghiệt.
theo chiều thắng đứng. Quá trình bảo trị, sửa chữa - Không cấn phải bố trí phức tạp.
đường băng cất cánh.
—_ Thay đổi độ cao và chuyền hướng linh hoạt.
Hexacoptor UAV |- Mạnh mẽ và có khả năng Thời gian hoạt động ngắn.
(Máy bay 6 cánh mang tải trọng lớn. Khó điều khiến.
quay) —_ Dự phòng và an toàn bay Kích thước và trọng lượng khi có sự cố về cánh quạt. thường lớn hơn -_ Tốc độ cải thiện hơn so với Quadcopter.
các Multicopter có số cánh Quá trình bảo trì, sửa chữa
ít hơn. phức tạp.
— Khả năng tải trọng cao. Giá thành cao.
- Không cấn phải bố trí đường băng cất cánh
Octocoptor UAV |- Có độ ôn định tốt hơn. Độ phức tạp tăng lên.
(Máy bay 8 cánh |— Tốc độ nhanh hơn các loại Điều khiển phức tạp.
quay) Multicopter còn lại. Kích thước khả lớn.
— Kha nang tai trong cao Chi phi cao.
hon. Khả năng cơ động nâng cao.
Khéng can phai bố trí đường băng cất cánh.
Dự phòng và an toàn bay. Bảo trì, sửa chữa phức tạp.
Sinh viên thực hiện: Ngô Dang Hung Trân Lê Đức An Trần Thế Phong
Người hướng dẫn: TS. Phạm Thanh Phong
Phát triển bộ điều khiển bên vững cân bằng cho hệ thông máy bay không người lái 4 cảnh quạt