Описание проекта
Технология силовой гироскопической стабилизации основана на свойстве прецессии гироскопа. В общем случае в инженерном деле: гироскоп – твердое тело, симметричное относительно оси своего вращения и вращающееся с большой угловой скоростью. Чем больше скорость вращения гироскопа, тем больше выражены его гироскопические свойства, в частности гироскопический момент (сила прецессии). Прецессия – поворот гироскопа под действием на него момента внешних сил. Если раскрутить тяжёлый маховик до значительной скорости и поворачивать его вокруг оси перпендикулярной оси вращения маховика, создаётся гироскопический крутящий момент прецессии. Установив такой гироскоп на какое-либо тело, можно управлять ориентацией тела в пространстве, креном тела и т.д., накладывая на него гироскопические крутящие моменты. Данная технология применяется для ориентации космических аппаратов, а также в качестве успокоителей бортовой качки судна.
Применив технологию силовой активной гироскопической стабилизации к одноколейному транспортному средству (ОКТС), можно добиться поддержания равновесия ОКТС путём наложения на него гироскопических крутящих моментов. Данная технология позволяет создать новый тип транспортного средства, имеющего одну колею и закрытую кабину. Закрытая кабина позволяет использовать ОКТС в плохую погоду, зимой, в дождь, на скользком покрытии, на льду, по бездорожью. Эксплуатация мотоцикла в таких условиях не возможна или затруднительна. Благодаря малой ширине ОКТС, достигается экономия места на дорогах и парковках, возможность проехать в узком месте, меньшее лобовое сопротивление воздуха.
В данный момент роботизированы наземные двухколейные транспортные средства, летательные аппараты, даже антропоморфные, насекомо- и животноподобные машины, кроме ОКТС. ОКТС не роботизированы по причине их неустойчивости. Технология силовой активной гироскопической стабилизации должна сыграть ключевую роль в роботизации ОКТС, как технология решающая проблему поддержания равновесного положения ОКТС в стоячем положении и движении по скользким покрытиям, и позволяющая выполнить подъём ОКТС с земли при помощи гиростабилизатора. Главными преимуществами роботизированных гиростабилизированных ОКТС могут стать высокая скорость движения, малое время разгона (ускорение).
Конечными рыночными продуктами технологии силовой активной гироскопической стабилизации могут быть:
- силовой активный гироскопический стабилизатор, как самостоятельное устройство продающееся отдельно и имеющее возможность установки его на любое ОКТС без интеграции в систему управления, работающее автономно;
- гиростабилизированное ОКТС для перевозки человека;
- беспилотное гиростабилизированное ОКТС;
- высокоманевренное гиростабилизированное ОКТС;
- гиромотор;
- блок управления силовым активным гироскопическим стабилизатором;
- программный алгоритм управления силовым активным гироскопическим стабилизатором.
Область применения – скорый и высокоманевренный спецтранспорт, личный транспорт, средства доставки грузов. Например: транспортные средства скорой медицинской помощи, транспортные средства служб полиции, транспортные средства сопровождения.
Видеозаписи работы опытных моделей доступны по ссылкам ниже.
- Принцип работы пассивной (естественной) гироскопической стабилизации:
- Видеозапись работы опытной модели обратного маятника управляемого одним из классических алгоритмов автоматического регулирования, демонстрирующая проблемы управления обратным маятником при помощи силового гироскопа и недостатки классических алгоритмов автоматических регуляторов применённых к силовому активному гиростабилизатору:
- Видеозапись работы опытной модели обратного маятника управляемого собственным разработанным алгоритмом автоматического управления:
- Видеозапись работы опытной модели гиростабилизированного ОКТС:
Почему до сих пор никому не удалось запустить серийное производство гиростабилизированных одноколейных транспортных средств? Технология силовой гироскопической стабилизации опередила своё время, появившись в начале ХХ века. Первые гировагоны и гирокары для стабилизации использовали принцип естественной прецессии (пассивной стабилизации), и громоздкую механическую автоматику, что не позволяло осуществлять динамичную езду и резкую смену направления движения. Появление программируемых логических контроллеров, инерционных датчиков и развитие алгоритмов автоматических регуляторов в сумме дали возможность развитию технологии силовой активной гиростабилизации. Доказательством тому является опыт LitMotors [https://www.litmotors.com].
Также, мало создать работающее гиростабилизированное ОКТС. Требуется создать надёжную и безопасную конструкцию, способную пройти сертификацию, и главное, обеспечить безопасное использование гиростабилизированного ОКТС. Другими словами, не стоит списывать отсутствие рыночного продукта технологии силовой гиростабилизации на отсутствие технической возможности её осуществления, так как большими препятствиями на этом пути могут быть организационные проблемы и финансирование.
На сколько востребованы гиростабилизированные ОКТС? Гиростабилизированные ОКТС в настоящее время востребованы также как были востребованы первые вертолёты. Которые имели явные преимущества и отличия от уже имеющегося транспорта в лётных качествах, но не имели широкого распространения в виду сложности конструкции, и проблем изготовления (материалы, стоимость, отсутствие надёжных конструкций и т.п.). Гиростабилизированные ОКТС также имеют ярко выраженные отличия от существующих видов транспорта, автомобилей и мотоциклов, но не имеют хорошо проработанной конструкции гиростабилизатора, что в общем является рутинным инженерным делом, ведь принцип силовой активной гиростабилизации на данный момент технически осуществим. В вопросе востребованности гиростабилизированных ОКТС обязательно нужно отметить тот факт, что существующий мировой опыт в этом направлении строился в основном вокруг ОКТС для перевозки человека. Однако развитие беспилотных и дистанционных систем управления открывает новые возможности. В данный момент роботизированы наземные двухколейные транспортные средства, летательные аппараты, даже антропоморфные, насекомо- и животноподобные машины, кроме ОКТС. ОКТС не роботизированы по причине их неустойчивости. Технология силовой активной гироскопической стабилизации должна сыграть ключевую роль в роботизации ОКТС, как технология решающая проблему поддержания равновесного положения ОКТС в стоячем положении и движении по скользким покрытиям, и позволяющая выполнить подъём ОКТС с земли при помощи гиростабилизатора.
Итог. В данный момент, технология силовой активной гиростабилизации ОКТС и алгоритмы автоматического управления гиростабилизатором находятся на стадии развития. Ведутся пока ещё не многочисленные поиски оптимальных решений. Ниша гиростабилизированных одноколейных транспортных средств ещё свободна. Любой разработчик данной технологии может стать лидером этого направления. Гиростабилизированные ОКТС хорошо вписываются в современные стремления к экономии места на дорогах и парковках, применению тягового электропривода, систем беспилотного и дистанционного управления на транспортных средствах, сокращению расходов энергии, поэтому имеют все шансы на развитие.
