Суббота, 21.10.2017, 20:44
Приветствую Вас Гость | RSS
Пятнадцатая олимпиада
QR-код сайта
Форма входа
...
Главное меню
ОБЩАЕМСЯ
Архив
...
Грант Президента
Поиск
Система Orphus
Главная » Статьи » Архив работ » Тринадцатая олимпиада (2015/16 уч.год)

Беспилотные ударные самолеты: перспективы развития

ГБОУ СПО «Пермский авиационный техникум им. А.Д. Швецова»

Беспилотные ударные самолеты: перспективы развития

 

Студент: Вахитов Эльфат Фанисович

25 марта 1997 года (17 лет)

ПАТ им. А.Д. Швецова

Адрес: г. Пермь ул. Рабочая, д. 23-кв. 404

Тел. 8 (342) 902-64-58-770

E-mail: vahitovef@yandex.ru

Руководитель: Смагина Галина Олеговна

Место работы: ПАТ им. А.Д. Швецова

Пермь, 2016

Оглавление

Введение 

Историческая справка 

Развитие и усовершенствование силовой установки 

Развитие силовой установки на примере БПЛА MQ-1 PREDATOR 

РАЗВИТИЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ СХЕМЫ 

РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИЙ БЛА          

Перспективное развитие в сфере интеллектуального управления БЛА 

Постановка проблемы интеллектуального управления БЛА 

Структура перспективной интегрированной интеллектуальной системы управления БЛА 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ                                     

 

Введение

В предлагаемом Вашему внима­нию реферате рассматриваются перспективы ударных беспилотных и дистан­ционно-пилотируемых летательных аппаратов с аэродинамическими принципами создания подъемной силы в режиме свободного крейсерского полета, которые подпадают под современную формулировку терминов “беспилотный летательный аппарат” и “дистанционно-пилотируемый летательный аппарат”.

Согласно определению беспилотный лета­тельный аппарат (БЛА) - летательный аппарат без экипажа на его борту, предназначенный для управляемых и неуправляемых полетов. По назна­чению БЛА могут быть научно-исследовательскими, народно-хозяй­ственными, спортивными и военными. Управление БЛА осуществляется с помощью бортовых программных устройств или дистанционно по специ­альным каналам связи. В последнем случае БЛА называется "дистан­ционно-пилотируемым летательным аппаратом".

К дистанционно пилотируемым летательным аппаратам (ДПЛА) отно­сятся летательные аппараты, управля­емые человеком, находящимся на пункте управления. По назначению ДПЛА подразделяются на разведывательные, ударные, истре­бительные, радиоэлектронного проти­водействия, ретрансляционные и др.

Классификационно БЛА и ДПЛА различаются размерами (взлетной массой), местом (носителем) и спо­собом старта; могут быть одно- или многоразовыми по кратности при­менения.

В реферате рассматриваются и беспилотные, и дистанционно-­пилотируемые летательные аппараты. Целесообразность совместного рас­смотрения этих типов летательных аппаратов обусловлена тем, что они используются для решения одних и тех же задач, в некоторых случаях один и тот же летательный аппарат может использоваться как БЛА на основном этапе полета, а на взлетно-посадочных режимах - как ДПЛА.

 

Историческая справка

Беспилотные летательные аппара­ты появились в связи с необходимо­стью эффективного решения военных задач — тактической разведки, до­ставки к месту назначения боевого оружия (бомб, торпед и др.), управ­ления боевыми действиями и пр.

Работы по созданию беспилотных летательных аппаратов начались в начале XX века практически сразу после появления первых серийных пилотируемых аэропланов (само­летов). Считается, что первый в мире радиоуправляемый беспилотный самолет конструкции Г. Кертисса (G.Curtiss) совершил свой первый полет в 1916 году в США. 12 сентября 1916 года состоялись испытания первого радиоуправляемого самолета- снаряда “Хевит-Сперри”. В 1917 году была испытана “воздушная торпеда” - летательный аппарат конструкции одного из пионеров авиации - О.Райта ( O.Wright) был оснащен аппаратурой фирм “Сперри гироскоп” (Sperry Giroscop) и “Дженерал моторс” (General Motors). В ходе Первой Мировой войны произошло первое боевое применение дистанционно управляемой техники - 2 марта 1917 года в порту английского города Ньюпорт радиоуправляемым с немец­кого самолета катером-миной была разрушена значительная часть при­чальной линии.

 

Развитие и усовершенствование силовой установки

Развитие силовой установки на примере БПЛА MQ-1 PREDATOR:

Таблица 1

Тактико-технические характеристики:

Размах крыла

14,84 м

Длина самолета

8,23 м

Высота

2,21 м

Масса взлетная

1020 кг

Силовая установка

1 × ПД Rotax 914 UL

Мощность

105 л.с.

Максимальная скорость

217 км/ч

Крейсерская скорость

110-130 км/ч

Дальность полета

740 км

Практический потолок

7820 м

 

БПЛА MQ-1 Predator («Хищ­ник»)

Разведывательный БПЛА MQ-1 Predator («Хищ­ник») предназначен для ведения разведки и наблюде­ния за полем боя в течение длительного времени. Первый полет БПЛА совершил в начале июля 2005 г.

В следствии глубокой модернизации MQ-1: был установлен новый двигатель, увеличены размах крыла и полезная нагрузка, что позволило превратить разведчик в ударный БЛА: БПЛА MQ-1C Grey Eagle - американский разведывательный и ударный беспилотный летательный аппарат производства General Atomics.

БПЛА MQ-1C Grey Eagle

Таблица 2

Тактико-технические характеристики:

Длина:

8 м

Размах крыльев:

17 м

Высота:

2.1 м

Максимальная взлётная масса:

1450

Силовая установка:

1 × Thielert Centurion 1,7 (1 × 165 л.с.)

Максимальная скорость:

250 км/ч

Продолжительность полета:

30 часов

Практический потолок:

8850 м

Вооружение

Узлы подвески:

4

Ракеты:

4 × AGM-114 Hellfire, 8 × AIM-92 Stinger

Бомбы:

4 × GBU-44 / B Viper Strike

Авионика

Радар:

AN/ZPY-1 Starlite

     

 

После модернизации силовой установки MQ-1 «Predator», был создан БПЛА MQ-1C Grey Eagle, если посмотреть в таблицу 1 и 2, то, можно убедится, что после развития силовой установки ТТК улучшились, что доказывает перспективность развития силовых установок БЛА.

Развитие аэродинамической схемы

Тактико-технические характеристики:

Длина

5,95 м

Размах крыла

5,94 м

Высота

1,86 м

Масса пустого

1740 кг

Максимальная взлётная масса

2678 кг

Двигатель

1×Pratt & Whitney JT15D-5C турбовентиляторный, 1447 кг (14,2 кН)

Максимальная скорость

«высокая дозвуковая»

Крейсерская скорость

«высокая дозвуковая»

Дальность

2778+ км

Практический потолок

12192+ м

Тяговооружённость

0,65

Вооружение:

X-47A

Отсутствует

X-47B

JDAM (905 кг каждая)

 

БПЛА X-47A Pegasus

Под руководством Министерства ВМС США фир­мы «Боинг» и «Нортроп-Грумман» на конкурсной ос­нове был разработан прототипа боевого БПЛА корабельного базирования, впоследствии получившего обо­значение Х-47А Pegasus:

 

БПЛА X-47A Pegasus: выполнен по схеме «интегральное летающее крыло» умеренной обратной стреловидности с саблевидными законцовками. Обратная стреловидность крыла позволяет получить распределенную нагрузку, близкую к эллиптической и уменьшить массу конструкции крыла. Кроме того, улучшаются срывные характеристики ЛА.

            Я думаю, что будущее за аэродинамической схемой «интегральное летающее крыло», т.к. у такой схемы есть некоторые преимущества, это:

  • Соотношение минимального сопротивления и максимального устойчивого подъема.
  • Преимущества низкого паразитного сопротивления.

Есть также наличие других преимуществ данного типа «интегральное летающее крыло», которые пока в полной мере не оценены, но которые могут действительно способствовать заметному улучшению эффективности и сферы использования:

  • устранение интерференции реактивной поверхности хвостового оперения;
  • возможность устранения взаимодействия скачка уплотнения с пограничным слоем поверхности хвостового оперения крыла.

Вполне очевидно, что беспилотник с аэродинамической схемой "интегрированное летающее крыло" предоставляет сравнительную конструкционную простоту, плюс возможность структурного распределения нагрузки самым эффективным способом на максимальных расстояниях от оси симметрии, плюс возможность уместить двигательную установку, топливо и полезный груз в допустимых пределах по длине крыла, которая не может быть выполнена в традиционных типах компоновки.

 

Развитие технологий БЛА

Перспективное развитие в сфере интеллектуального управления БЛА

Анализ состояния и перспектив развития беспилотного авиационного комплекса (БАК) позволил выделить следующие основные тенденции:

  1. применение в соответствующих операциях крупных группировок БЛА;
  2. совместное групповое применение БЛА и пилотируемых ЛА;
  3. увеличение числа БЛА, обслуживаемых в режиме «online» операторами БАК с наземных и воздушных пунктов управления;
  4. активное использование против БАК средств радиоэлек­тронного подавления.

Учет этих тенденций требует новых подходов к решению вопросов эффективного управления БЛА различного назначе­ния в достаточно быстро изменяющихся разнообразных и не­предсказуемых условиях их применения.

Одним из современных инструментов решения этих вопро­сов является применение в составе перспективных БАК интел­лектуальных систем управления БЛА.

Целью изучения данной работы является постановка и обсуждение на­правлений решения проблемы создания и применения таких систем в перспективных БАК.

Актуальность данной проблемы определяется тем, что из­вестные отечественные и зарубежные работы в области созда­ния и применения авиационных средств искусственного интел­лекта в основном ориентированы на автома­тизацию функций экипажа ЛА в условиях сложной психофи­зиологической обстановки и дефицита времени на принятие со­ответствующих решений. В единственной работе рассмат­риваются вопросы построения таких средств для микро-БЛА нетрадиционной схемы.

 

Постановка проблемы интеллектуального управления БЛА

Отмеченные выше перспективные задачи применения БЛА предполагают синтез цели их функционирования в полете, принятие оптимальных оперативных решений с учетом разно­образных факторов, отражающих состояние БЛА и внешней среды, исполнение этих решений с высокой точностью. Эти функции перспективных БЛА могут быть реализованы с помо­щью нового класса интеллектуальных систем управления.

Под интеллектуальной системой понимается объединен­ная информационным процессом совокупность технических средств и программного обеспечения, работающая во взаимо­связи с человеком (коллективом людей) или автономно, спо­собная на основе использования сведений и знаний при нали­чии мотивации синтезировать цель, вырабатывать решение о действии и находить рациональные способы её достижения.

Таким образом, существенное расширение тактико-техни­ческих и эксплуатационных характеристик перспективных БЛА предполагает необходимость разработки бортовых систем управления нового поколения, построенных на основе ком­плексного использования современных интеллектуальных тех­нологий и обеспечивающих возможность их функционирова­ния в условиях неопределенности.

Общая отличительная особенность задач управления БЛА вне зависимости от их типа и назначения заключается в необхо­димости учета различных проявлений неопределенности, основ­ными источниками которой являются следующие факторы:

  • нечеткость целей функционирования и задач управления;
  • нестационарность параметров БЛА и его системы управ­ления;
  • априорная неопределенность обстановки и условий вы­полнения полетного задания;
  • наличие случайных воздействии внешней среды;
  • искажения поступающей входной информации в каналах дистанционной передачи данных.

С возрастанием сложности систем, уровень которой оцени­вается объемом циркулирующей в них информации, следует попытаться использовать, создать и развивать наиболее интел­лектуальные системы и компоненты управления. При создании систем интеллектуального управления, не­обходимо придерживаться следующих основных принципов:

  • принцип информационного обмена;
  • принцип открытости системы интеллектуального управ­ления для самообучения и самоорганизации;
  • принцип прогнозирования изменений во внешней среде и системе;

На основе этих принципов в работе выделяются четыре класса динамических систем интеллектуального управления:

  1. системы идентификационного управления;
  2. системы адаптивного управления (системы с самона­стройкой);
  3. системы интеллектного управления без целеполагания;
  4. системы интеллектуального управления c целеполаганием.

В интеллектуальных системах рассматри­ваются три уровня управления:

  • верхний уровень управления (ВУУ), обеспечивающий це- леполагание;
  • средний уровень управления (СУУ), осуществляющий по­иск способа достижения поставленной на верхнем уровне цели;
  • нижний уровень управления (НУУ), реализующий выбран­ный на среднем уровне способ достижения поставленной цели.

В теории и практике разработки систем интеллектуального управления общепринятыми в настоящее время являются сле­дующие элементы:

  1. нейронные сети;
  2. эволюционные алгоритмы;
  3. механизмы логических рассуждений;
  4. экспертные системы.

Эволюционные алгоритмы и нейронные сети обладают вы­сокой распараллеливаемостью и, как следствие, повышенным быстродействием, что важно в задачах управления в реальном времени, когда идентификация или формирование закона управления осуществляется в темпе текущего времени. В силу своей реактивности и способности к обучению эти элементы уже в сегодняшнем их состоянии развития могут быть успешно использованы при создании многоуровневых и многофункцио­нальных систем управления с элементами искусственного ин­теллекта.

Экспертными системами (ЭС) принято называть системы, основанные на знаниях специалистов определенной предмет­ной области. Такие системы являются прототипом современ­ных средств интеллектуального управления.

Для иллюстрации целей, задач и средств интеллектуализа­ции управления БЛА различного назначения рассмотрим под­ход, использованный в интеллектуальной системе управления (ИСУ) микро-БЛА, которая должна осуществлять решение сле­дующих задач:

  • обеспечение автоматических режимов старта, посадки и рулежки БЛА, в том числе и с неподготовленных площадок;
  • обеспечение режимов автономного полета БЛА вдоль за­данной последовательности опорных точек или к указанной це­ли без априорно установленного маршрута с уклонением от за­ранее известных или вновь обнаруженных областей и зон неже­лательного появления, возникающих на пути препятствий и т.д.;
  • обеспечение автоматического режима соблюдения груп­пового порядка БЛА в воздушном строю, а также их группово­го взаимодействия;
  • организация автоматических режимов бортовой обработ­ки разведывательной информации и оперативно-тактических данных, собираемых непосредственно в процессе полета;
  • организация процессов передачи командной управляю­щей информации и обмена данными на основе современных се­тевых технологий;
  • организация интеллектуального человеко-машинного ин­терфейса, обеспечивающего возможность управления поведе­нием БЛА с помощью команд и целеуказаний на уровне естест­венного или близкого к нему языка.

Модель объекта управления (БЛА) строится в виде логико­лингвистического описания взаимосвязей входных управляю­щих воздействий и выходных координат его состояния. При этом для каждого из входных и выходных параметров устанав­ливается собственная лингвистическая переменная. В свою очередь, значения лингвистических переменных определяют разбиение области допустимых изменений входных и выход­ных параметров на пересекающиеся нечеткие множества, соот­ветствие которым задается их функциями принадлежности.

Практическая проверка развиваемого подхода к построе­нию интеллектуальной бортовой системы управления автоном­ным микро-БЛА, а также синтеза и отладки ее программно­алгоритмического обеспечения потребовала создания специали­зированного моделирующего комплекса, обладающего следую­щим набором основных функциональных возможностей:

  • моделирование процессов функционирования ИСУ БЛА, построенной на основе аппарата нечеткой логики;
  • моделирование автономного полета БЛА, совершаемого в априорно неизвестных условиях под контролем его ИСУ;
  • оперативный синтез и моделирование произвольного рельефа местности;
  • оперативное формирование, пополнение и редактирова­ние базы нечетких знаний в интерактивном режиме;
  • оперативная отладка базы знаний и настройка ИСУ БЛА;
  • моделирование случайных возмущений внешней среды;
  • управление БЛА в ручном режиме;
  • визуализация карты местности с отображением текущей наземной обстановки и траектории полета БЛА;
  • корректировка параметров динамической модели движе­ния БЛА;
  • изменение параметров моделей, определяющих имита­цию случайных изменений внешней среды.

Данный комплекс позволяет обеспечить проведение широ­комасштабной серии экспериментальных исследований по мо­делированию полетов автономного микро-БЛА, отработке тех­нологий интеллектуального управления на основе методов не­четкой логики, проверке адекватности различных вариантов математического описания управляемого объекта, а также про­вести синтез и отладку знаний, регламентирующих стратегии целесообразного поведения при решении требуемых приклад­ных задач в априорно неполно заданных условиях при наличии внешних возмущений случайного характера.

Заметим, что применение нечеткой логики в ИСУ БЛА ста­вит задачу объективного задания значений функций принад­лежности используемых нечетких множеств («fuzzy sets»), вве­денных в рассмотрение Л. Заде в 70-х годах прошлого века.

Поэтому, на мой взгляд, целесообразно начинать построе­ние интеллектуальных систем управления БЛА с использованием результатов, полученных в области авиационных систем искус­ственного интеллекта (СИИ), применяющих методологию ЭС.

В связи со значительной ролью персонала БАК в процессах применения БЛА, в составе интег­рированной интеллектуальной системы управления (ИИСУ) перспективных БЛА предлагается выделить два взаимосвя­занных компонента, представленных на Рис. 1.

 

Взаимодействие этих частей осуществляется с помощью информационной и командной радиолиний (ИКРЛ) БАК.

Рис. 1

Аппаратно-программные средства бортовой части ИИСУ БЛА должны быть включены в состав комплекса бортового оборудования (КБО) БЛА и активно взаимодействовать с его системами в процессе выполнения соответствующего полетно­го задания. При этом предполагается соответствующие элемен­ты и подсистемы этой части использовать как «надстройки» над существующими элементами КБО БЛА. Такой подход обеспечивает последовательное внедрение элементов искусст­венного интеллекта в КБО БЛА путем замещения его «жестко» определенных функций «мягкими» интеллектуальными функ­циями. На Рис. 2 в качестве иллюстрации предлагаемого подхода приведено взаимодействие системы автоматического управления полетом БЛА перспективной борто­вой интеллектуальной системой навигации и управления (ИСНУ) сверхзвукового БЛА.

Рис. 2

 

Наземная часть ИИСУ БЛА выступает как средство повы­шения эффективности деятельности персонала БАК. Другой важной задачей этой части систе­мы является накопление и корректировка знаний и решений, применяемых в бортовой части ИИСУ БЛА.

На Рис. 3 для типового состава персонала такого пункта приведена перспективная структура наземной части ИИСУ БЛА.

Эта часть реализуется в среде аппаратно-программных средств МНПУ БЛА в виде совокупности систем, аналогичных существующим бортовым оперативно советующим экспертным системам пилотируемых ЛА, выполняющих функции «Элек­тронного помощника летчика».

 

Рис. 3

При этом предлагается использовать двухуровневую систе­му принятия решений, где на первом уровне решение принима­ет «электронный помощник», и после его контроля оконча­тельное решение формирует человек (второй уровень).

Как было отмечено выше, возникающие в процессе управ­ления БЛА проблемные ситуации и принимаемые при этом ре­шения наземной частью ИИСУ БЛА используются при разви­тии бортовой части интегрированной системы.

Следует отметить, что с повышением степени интеллекту­альности бортовой части ИИСУ роль ее наземной части при управлении отдельными БЛА должна сокращаться с увеличе­нием объема задач по управлению крупными группировками БЛА.

Структура перспективной интегрированной интеллектуальной системы управления БЛА

Целью создания ИИСУ БЛА является обеспечение макси­мальной степени автономности выполнения БЛА поставленно­го полетного задания с минимальным взаимодействием с пер­соналом МНПУ БАК.

Для реализации интеллектуального управления БЛА на всех этапах полета предлагается выделить в составе ИИСУ сле­дующие подсистемы:

-               функциональная подсистема «Полет», обеспечивающая решение задач навигации и управления для осуществления полета БЛА по запрограммированному маршруту;

-               функциональная подсистема «Целевое задание», осуществляющая управление БЛА на этапах решения целевой задачи (выполнение боевого маневрирования, решение задач прицеливания и выхода в точку применения оружия, взаимодействие с информацией от целевого оборудования и др.);

-               функциональная подсистема «Живучесть», предназначен­ная для оценки степени поражения планера и технического состояния систем БЛА, а также принятия решения о корректировке законов управления или возможности дальнейшего продолжения полета;

-               функциональная подсистема «Взаимодействие», отвечаю­щая за управление средствами связи БЛА и обеспечивающая безопасность его полета (предупреждение столкновений с другими беспилотными и пилотируемыми воздушными объектами и др.).

Взаимодействие и координацию работы этих подсистем осуществляет управляющая подсистема ИИСУ БЛА.

Рис. 4

Функциональная структура перспективной ИИСУ БЛА пред­ставлена на Рис. 4.

Заключение

Развитие такого перспективного направления, как интел­лектуальное управление БЛА, на мой взгляд и взгляд многих ученных, развитие интеллектуального управления БЛА, должно осущест­вляться путем создания экспериментальных образцов бортовых и наземных экспертных систем с их широким исследованием на моделирующих стендах. Результаты проведенных исследова­ний и разработок должны быть в обязательном порядке прове­дены в летных испытаниях опытных образцов БЛА. На их ос­новании вносятся соответствующие корректировки как в тео­рию интеллектуального управления БЛА, так и в состав приме­няемых для его реализации бортовых и неземных экспертных систем.

Список использованных источников

  1. Научные записки ПИР-центра: Национальная и глобальная безопасность Москва, декабрь 2004 г.
  2. Прикладная теория управления беспилотными летательными аппаратами: монография. – Казань: ГБУ «Республиканский центр мониторинга качества образования» (Серия «Современная прикладная математика и информатика»). – 768 с.
  3. Лемко О. Л. Аэродинамика и устойчивость летательных аппаратов

схемы «летающее крыло» / О. Л. Лемко Монография. - К.: НТУУ «КПИ», 2011. – С. 321.

  1. Василин Н. Я. Беспилотные летательные аппараты/Худ. обл. М. В. Драко. – Мн.: ООО «Попурри», 2003. – 272 с.:ил.
  2. Беспилотные летательные аппараты Ганин С. М., Карпенко А. В., Колногоров., Петров Г.Ф. СПб, «Невский Бастион». 1999 г.
  3. Беспилотные летательные аппараты Д. П. Иноземцев ООО «Плаз», г. Санкт-Петербург.
  4. www.wikipedia.ru
  5. www.dic.academic.ru   

 

 

Категория: Тринадцатая олимпиада (2015/16 уч.год) | Добавил: Service (14.01.2016) | Автор: Вахитов Эльфат Фанисович E W
Просмотров: 699 | Комментарии: 1 | Рейтинг: 4.5/8
Всего комментариев: 1
1  
Уважаемый автор не раскрыл, как совершенствовалась силовая установка БЛА "Predator". При обсуждении достоинств интегральной компоновки упоминается скачок уплотнения, а аппарат вроде как дозвуковой. Не отражены такие вопросы, как шумность, радиолокационная заметность, экономичность силовой установки. Получается, что конструкция БЛА уже доведена и их развитие будет заключаться только в совершенствовании систем управления.

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Переводчик
...
ВНИМАНИЕ!
ПРИЁМ ЗАЯВОК ОТКРЫТ!
ТЕСТИРОВАНИЕ ОТКРЫТО!
ПРИЁМ РАБОТ ОТКРЫТ!

Google+
Их многие читают
Ахметшин Тимур Рамилевич (34879)
Зарипова Рузиля Ильфатовна (19855)
Щур Илья Андреевич (18589)
Нурсултан Данияр Ербулатович (17429)
Нурсултанов Данияр Ербулатович (16637)
Перемота Алексей Юрьевич (14039)
Комлев Фёдор Михайлович (12864)
Миргазетдинова Розалия (12731)
Щур Илья Андреевич (12722)
Киселёв Андрей Валерьевич (12697)
Мини-чат
Техподдержка
E-mail отправителя *:


Тема письма:


Текст сообщения *:



Форум техподдержки
Наш логотип
«Олимпиада Можайского»
Организатор

Copyright: Клуб авиастроителей ©2017