Новое исследование открывает путь к созданию универсальных воздушно-водных дронов
Исследователи из Университета Центральной Флориды разрабатывают новый подход к решению одной из самых сложных задач в области беспилотных технологий — обеспечению плавного перехода беспилотных летательных аппаратов из подводной среды в воздушную. Работа, финансируемая Армейским исследовательским управлением США, входящим в состав Командования по развитию боевых возможностей армии США, может открыть путь к созданию нового поколения амфибийных дронов, способных эффективно действовать как в воде, так и в воздухе.
Исследование продолжительностью девять месяцев возглавляют доцент кафедры аэрокосмической инженерии Самик Бхаттачарья и аспирант Доминик Полидоро. Их внимание сосредоточено на процессе выхода аппарата из воды — кратком промежутке времени, когда крыло беспилотника покидает водную среду и оказывается в воздухе. В природе подобные переходы выглядят привычно и естественно — птицы и скаты способны буквально выпрыгивать из воды, однако для технических систем этот процесс оказывается значительно сложнее.
Чтобы понять происходящие явления, ученые сочетают математическое моделирование с экспериментальными исследованиями. Они анализируют, как изменяются силы, действующие на крыло беспилотника в момент перехода между двумя средами. Для проведения испытаний используются напечатанные на 3D-принтере модели крыльев и специальный водный резервуар, расположенный в Лаборатории экспериментальной механики жидкостей Университета Центральной Флориды. Высокоскоростная съемка позволяет фиксировать мельчайшие детали взаимодействия крыла с поверхностью воды в момент его выхода наружу.
Первые результаты показали наличие серьезного технического препятствия на пути создания надежных амфибийных дронов. Оказалось, что подъемная сила во время выхода крыла из воды изменяется не плавно. Вместо постепенного роста наблюдается резкий скачок подъемной силы, после которого следует столь же резкое падение, и лишь затем система выходит на стабильный режим. Подобные быстрые колебания способны нарушить устойчивость аппарата и привести к потере управляемости во время выполнения реальных задач.
По словам Самика Бхаттачарьи, внезапные изменения подъемной силы при переходе беспилотника из воды в воздух могут вызывать нестабильность и потерю контроля над аппаратом. Поэтому понимание природы этих сил и разработка способов их компенсации являются необходимыми шагами для создания надежных амфибийных беспилотников.
Хотя интерес военных к подобным технологиям очевиден, потенциальные области применения значительно шире. Амфибийные беспилотники могут существенно повысить эффективность поисково-спасательных операций в прибрежных районах, использоваться для реагирования на стихийные бедствия, а также выполнять задачи по мониторингу океанов и морской среды. Возможность свободно перемещаться между водой и воздухом позволит таким аппаратам выполнять миссии, которые сегодня остаются крайне сложными или недоступными для существующих систем.
Исследователи полагают, что в течение ближайшего десятилетия амфибийные беспилотные летательные аппараты смогут надежно функционировать одновременно в обеих средах. По мнению Бхаттачарьи, будущие аппараты будут обладать большей грузоподъемностью, расширенными возможностями автономного управления и значительно превзойдут современные технологии.
Работа команды также включает детальное изучение деформации поверхности воды, образования волн и схода вихрей — процессов, происходящих за считаные миллисекунды во время выхода аппарата из воды. Результаты исследования были представлены на научно-техническом форуме Американского института аэронавтики и астронавтики 2026 года, где привлекли внимание специалистов в области гидродинамики и проектирования беспилотных летательных аппаратов.
По мере продолжения исследований разработанные математические модели и накопленные экспериментальные данные должны помочь в создании нового поколения амфибийных дронов, для которых стабильный и контролируемый переход из воды в воздух станет практической реальностью.