Аннотация
Целью исследований является обеспечение требуемой продолжительности непрерывного мониторинга состояния контактной сети электрифицированного железнодорожного транспорта, осуществляемого с помощью электрических беспилотных летательных аппаратов вертолетного типа. Для достижения данной цели в работе применен метод подзаряда бортовой аккумуляторной батареи энергией электромагнитного поля, созданного тяговыми токами, протекающими по контактному проводу или несущему тросу, во время полета аппарата в непосредственной близости от контактной сети. Для реализации этого метода использован индукционный способ передачи электромагнитной энергии от контактной сети на борт аппарата. В качестве приемника этой энергии применяется электрическая обмотка, являющаяся частью бортового зарядного устройства, и устанавливаемая на борту аппарата. В качестве предмета исследований выступала цепная контактная подвеска переменного напряжения 25 кВ, для которой была построена схемная конечно-элементная модель, средство мониторинга было представлено гексокоптером Freefly Alta 8 с бортовой аккумуляторной батареей Alta Flight Battery Packfrom Freefly. Результаты исследований и рекомендации: методами математического моделирования с привлечением программы Comsol Multiphysics 6.0 доказана реальная возможность осуществления подзаряда от электромагнитного поля, созданного током несущего троса, при боковом смещении летательного аппарата от продольной оси несущего троса. Результаты тепловых расчетов аккумуляторной батареи показали, что при отрицательных температурах окружающей среды действенной и эффективной мерой поддержания оптимального температурного режима для аккумуляторной батареи в течение длительного времени является использование термоконтейнеров при приемлемом, в плане грузоподъемности аппарата, увеличении взлетной массы.
Ключевые слова
цепная контактная подвеска, мониторинг, электрический беспилотный летательный аппарат, обмотка, подзаряд, аккумуляторная батарея, контактный провод, несущий трос, термоконтейнер, люк, масса, время остывания
1. Костюченко К.Л., Фараносов Д.А. Беспилотные мобильные средства: инновации и угрозы // Инновационный транспорт. 2024. № 1(51). С. 36-41. doi: 10.20291/2311-164X-2024-1-36-41
2. Холкин Д., Чаусов И., Шуранова А. Энергетика беспилотных авиационных систем // Энергетическая политика. 2023. № 8(187). С. 26-37. doi: 10.46920/2409-5516_2023_8186_26.
3. Система воздушного мониторинга линий электропередачи беспилотными летательными аппаратами (БПЛА) с применением кластерно-сотовых автономных зарядных станций / В.А. Трушкин, О.Н. Чурляева, С.В. Шлюпиков, С.Ф. Степанов // Известия Международной академии аграрного образования. 2022. № 62. С. 47-54.
4. Бардашов С.С., Земсков И.А., Чурляева О.Н. Обзор зарубежных разработок способов подзарядки аккумуляторов и зарядных станций для БПЛА // Актуальные проблемы энергетики АПК: материалы III Нац. науч.-практ. конф. с межд. участием имени Г.П. Ерошенко, Саратов, 18 апреля 2025 года. Саратов: Саратовский государственный университет генетики, биотехнологии и инженерии им. Н.И. Вавилова, 2025. С. 65-70.
5. Овчинников А.В., Новикова К.О., Фетисов В.С. Подзарядка беспилотных летательных аппаратов с вертикальным взлетом-посадкой на контактных платформах с адаптируемой шириной контактных полос // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2023. Т. 19. № 2. С. 80-89. doi: 10.17122/1999-5458-2023-19-2-80-89.
6. Михайлов М.В., Соловьев А.С., Монастырский Д.Я. Применение беспилотных летательных аппаратов с увеличенной дальностью полета для контроля состояния инфраструктуры железнодорожного высокоскоростного транспорта // VI Бетанкуровский межд. инж. форум: сб. тр., 25 ноября – 02 декабря 2024 года. Санкт-Петербург: Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I, 2024. С. 55-59.
7. Пат. 2791914 Российская Федерация, МПК B64C 39/02 (2006.01) G01R 31/08 (2006.01). Беспилотный летательный аппарат для диагностики высоковольтных установок / Ким К.К., Панычев А.Ю.; заявитель ПГУПС. № 2022129097, заявл. 08.11.2022, опубл.14.03.2023.
8. Пат. 2801404 Российская Федерация, МПК B64C 27/08 (2006.01), B64C 39/02 (2006.01), B64U 10/10 (2023.01), B60L 53/20 (2019.01). Беспилотный летательный аппарат / Ким К.К., Панычев А.Ю.; заявитель ПГУПС. № 2023102286, заявл. 01.02.2023, опубл.
9. Пат. 042897 B1 Евразийское патентное ведомство, МПК B64C 27/08, B64C 39/02, H02J 7/02. Беспилотный летательный комплекс / Ким К.К.; заявитель ПГУПС, заявл. 30.07.2020, опубл. 31.03.2023.
10. Ким К.К., Королева Е.Б., Ткачук А.А. Беспилотные электрические летательные аппараты и комплексы для мониторинга на железнодорожном транспорте // Транспорт Российской Федерации. Журнал о науке, практике, экономике. 2024. №6. С. 44-51.
11. An unmanned aerial vehicle with an extended flight time / Kim K., Koroleva E., Mikhailov M. // Trans Motauto World. 2025. Vol. 10(3). Pp. 95-97.
12. Кудряшов Е.В. Механические расчеты контактных подвесок на основе статических конечноэлементных моделей // Известия Петербургского университета путей сообщения. 2010. № 3(24). C. 258-269.
13. Калантаров П.Л., Цейтлин Л.А. Расчет индуктивностей. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1986.
14. Шаманов В.И., Трофимов Ю.А. Параметры рельсовых линий в задачах электромагнитной совместимости // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2015. № 4(48). С. 196-203.
15. Смолин П.И. Ребров И.А. Исследование модели растекания тока по рельсовым нитям на безбалластном пути в системе тягового электроснабжения // Железная дорога: путь в будущее: сб. матер. I Междунар. науч. конф. аспирантов и молодых ученых, Москва, 28-29 апреля 2022 года. Москва: ВННИЖТ, 2022. С. 176-182.
16. Математическое моделирование электромеханических установок в среде Comsol Multiphysics: учебно-методическое пособие / Смольянов И.А., Сарапулов Ф.Н., Сарапулов С.Ф., Бычков С.А., Тарасов Ф.Е. Екатеринбург: Издательство Уральского университета, 2021. 255 с.
17. Беспилотный летательный аппарат для мониторинга контактной сети переменного тока / К.К. Ким, Е.Б. Королева, П.К. Рыбин, О. А. Степанская // Инновационные транспортные системы и технологии. 2024. Т. 10. № 4. С. 463-476. doi: 10.17816/transsyst636732
18. Математическое моделирование бесконтактного процесса подзаряда аккумуляторной батареи мультикоптера от внешнего электромагнитного поля / К.К. Ким, Е.Б. Королева, А.С. Ватаев, М.В. Михайлов, А.С. Соловьев // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия Машиностроение. 2024. 4(151). С. 28-46.
19. Ким К.К., Королева Е.Б., Ватаев А.С. Мониторинг объектов инфраструктуры железных дорог с применением беспилотных летательных аппаратов // Eltrans - 2023: сб. трудов XI Межд. симпозиума, Санкт-Петербург, 31 мая - 02 июня 2023 года. Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I. Санкт-Петербург: ООО «ИПК «НП-Принт», 2023. С. 247-252.
20. Использование беспилотных летательных аппаратов для определения угла наклона железобетонных опор контактной сети / И.А. Шныптев, А.А. Кузнецов, А.Ю. Кузьменко, Ю.М. Сосновский, Р.С. Курманов // Приборы. 2024. № 5(287). С. 37-43.
21. Тепломассообмен: справочник / А.В. Лыков. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергия, 1978. 478 с.
К вопросу мониторинга состояния контактной сети с помощью электрических беспилотных летательных аппаратов / К.К. Ким, И.М. Карпова, Н.С. Кузнеченков, Е.Б. Королева, М.В. Михайлов // Электротехнические системы и комплексы. 2025. № 4(69). С. 71-78. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2025-4(69)-71-78
© Ким К.К., Карпова И.М., Кузнеченков Н.С., Королева Е.Б., Михайлов М.В., 2025 Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License