Автор інженерного YouTube-каналу Neuronautics завершив масштабний експеримент з перевірки теоретичних розрахунків штучного інтелекту на практиці. Мова йде про безпілотний літальний апарат типу «літаюче крило» під назвою NX2 аеродинаміку якого спроєктували за допомогою ШІ-оптимізації, а потім протестували в реальних польотах, щоб з’ясувати, чи справдиться прогнозована дальність польоту.
Як штучний інтелект проєктував літакПроєкт NX2 — це надрукований на 3D-принтері безпілотник типу «літаюче крило» з високим подовженням крила, форму якого оптимізували за допомогою аеродинамічних симуляцій та еволюційного алгоритму. Автор особисто побудував та випробував апарат у польоті, підтвердивши, що конструкція здатна летіти стабільно та ефективно.
Для оптимізації силової установки інженер створив спеціальний стенд для вимірювання реальної ефективності комбінацій двигун-гвинт, протестувавши кілька варіантів для пошуку найкращих кандидатів під тривалий політ. Усі отримані аеродинамічні та тягові дані передали штучному інтелекту з одним простим запитанням: яка максимальна дальність польоту цього літака?
Відповідь виявилась несподіваною — ШІ спрогнозував, що NX2 потенційно здатен пролетіти до 200 кілометрів на одному заряді батареї.
Методика льотних випробуваньЩоб коректно порівняти різні конфігурації двигунів та гвинтів, автор розробив стандартизований протокол тестування: кожна конфігурація NX2 виконувала однакову автономну місію патрулювання по колу на висоті 100 метрів з радіусом 200 метрів.
- Автопілот поступово знижував цільову повітряну швидкість з 16 до 10 м/с
- Кожна швидкість витримувалась протягом 120 секунд
- Система фіксувала витрати енергії літака на кожній точці швидкісного діапазону
Занадто висока швидкість польоту збільшує паразитний опір і знижує ефективність, а занадто низька — підвищує коефіцієнт підйомної сили та індуктивний опір, що також погіршує показники.
Справжній оптимум лежить десь між цими крайнощами, і жодна симуляція чи стендовий тест не можуть дати остаточної відповіді — лише реальний політ.
Проблеми під час випробуваньПроцес збору льотних даних тривав кілька місяців і супроводжувався технічними труднощами. Проаналізувавши бортові журнали після кількох невдалих запусків, автор виявив, що автопілот подавав команду на повне відхилення елеронів, проте крило фізично не реагувало через несправний слабкий сервопривід. Після заміни серводвигуна та перевірки коректності руху обох елеронів апарат нарешті почав слухатись автопілота належним чином.
Під час одного з тестових польотів, коли автор навмисно наближався до межі можливостей апарата, сталася аварія, відома як плоский штопор — одна з найнебезпечніших ситуацій в авіації, коли літак падає майже горизонтально, обертаючись навколо власної осі, а елерони повністю втрачають керованість через недостатній потік повітря над керівними поверхнями.
Причина крилася в перевищенні критичного кута атаки: коли швидкість польоту падає, крилу потрібен більший кут атаки для збереження підйомної сили.
Якщо ж кут атаки стає надто великим, повітряний потік відривається від крила, підйомна сила різко падає, і апарат зривається у штопор — особливо небезпечно, якщо одна половина крила зривається раніше за іншу.
Пошук реального максимального коефіцієнта підйомної силиМаксимальний коефіцієнт підйомної сили (CL max) — один із найважливіших, але водночас найважчих для точного прогнозування параметрів в аеродинаміці за допомогою обчислювальної гідродинаміки (CFD). Саме тому автору довелося навмисно доводити NX2 до межі можливостей у реальному польоті, а не покладатися лише на симуляції.
За результатами CFD-моделювання, коефіцієнт підйомної сили крила NX2 починав вирівнюватись за кута атаки приблизно 15–18°, що вказувало на наближення до теоретичного максимуму. Проте за даними реальних польотних журналів та відеозаписів, зрив потоку фактично відбувався на швидкості близько 30 км/год. Розв’язавши рівняння підйомної сили для реальної швидкості звалювання, автор встановив, що CFD-модель дещо переоцінювала максимальний коефіцієнт підйомної сили відносно реальних показників у польоті.
Ремонт носової частини за допомогою 3D-друку смолоюПопри аварії, апарат здебільшого добре витримував падіння завдяки відносно низькій швидкості зниження при плоскому штопорі — на відміну від високошвидкісного зіткнення. Проте найбільше страждала носова частина фюзеляжу.
Завдяки модульній конструкції NX2 автору не довелося перебудовувати весь апарат — лише переднюю секцію. Спочатку весь літак друкувався з полегшеного спіненого PLA-пластику, який добре знижує вагу, але надто крихкий при сильних ударах. Для нового носа інженер обрав більш міцний варіант — друк на 3D-принтері Formlabs Form 4L зі спеціальної інженерної смоли Tough 2000, яка за характеристиками ударостійкості значно перевершує полегшений PLA.
Конструкцію носа доопрацювали у САПР-програмі, провели швидкий інженерний аналіз навантажень під час типового приземлення, а після друку деталь пройшла стандартну обробку: промивання для видалення залишків смоли та фінальне УФ-затвердіння для досягнення потрібних механічних властивостей. Результат — чиста поверхня, чіткі деталі та помітно вища міцність порівняно з попередньою PLA-версією.
Результати тестування різних конфігураційПісля ремонту автор зібрав кілька годин льотних даних, протестувавши дві крайні конфігурації за результатами стендових випробувань тяги:
- Двигун Ready to Sky — оригінальний двигун, один із найслабших за результатами стендових тестів
- Двигун T-Motor — переможець за показником ефективності на стенді
Найефективніша конфігураціяДля обробки польотних даних автор написав Python-скрипт, який автоматично аналізував бортові журнали та витягував корисні дані з кожного сегмента патрулювання, будуючи графік залежності енергоспоживання від швидкості польоту.
Серед усіх протестованих варіантів однозначно виділилась одна конфігурація — NX2 з двигуном T-Motor та гвинтом 9×7. Ця комбінація стабільно демонструвала найнижче енергоспоживання,
досягаючи приблизно 32 Вт-год на кілометр на оптимальній швидкості — порівняно з приблизно 47 Вт-год/км в оригінальній конфігурації.
Це означає покращення ефективності приблизно на 32% за енергоспоживанням, або, якщо дивитись з іншого боку, потенційне збільшення дальності польоту приблизно на 47% на тій самій батареї.
То чи справді NX2 може пролетіти 200 кілометрів?Використовуючи типову батарею 3S літій-іонного типу на 39 Вт-год, теоретична дальність польоту становила приблизно 120 км. Проте є важлива деталь: під час усіх тестових польотів на борту знаходилась камера DJI O4 Pro, яка є доволі енергоємною — мінімальне споживання близько 7 Вт, що додає приблизно 0,6 Вт-год витрат на кожен кілометр польоту.
Якщо перерахувати теоретичне споживання без урахування камери, показники дальності суттєво зростають, потенційно виводячи NX2 далеко за межу у 200 кілометрів. Автор підсумував: прогноз штучного інтелекту виявився правильним, а справжню межу можливостей апарата команда ще навіть не знайшла.
Наприкінці відео автор запросив глядачів долучитися до обговорення: чи варто побудувати спеціалізовану версію NX2, максимально орієнтовану на дальність польоту, та спробувати офіційно підкорити рекордну відстань.
Запис Інженер за допомогою ШІ створив крила, які дозволили саморобному дрону вдвічі збільшити дальність польоту спершу з'явиться на ProstoMob.
