Тема: Исследование задачи посадки БПЛА на судно-носитель

Беспилотные летательные аппараты играют все более значимую роль в военных целях. Они решают задачи разведки, наблюдения и коммуникации, при длительных полетах и в экстремальных условиях. Однако также
БПЛА успешно применяются и для решения многих гражданских задач, предоставляя широкие возможности, такие как контроль пожарной безопасности и предупреждение стихийных бедствий, патрулирование приграничных зон, наблюдение за территориями заповедников и другие.
Использование БПЛА для наблюдения за состоянием водной поверхности и прилегающих к ней территорий является наиболее перспективным направлением с точки зрения целесообразности применения судовых комплексов военного и гражданского назначения.
Сравнение БПЛА различных типов показало ряд преимуществ БПЛА самолетного типа: большее время полета, больший радиус действия, больший коэффициент полезной нагрузки, лучшие аэродинамические показатели. Однако БПЛА вертолетного типа имеют серьезное преимущество – они могут совершать посадку на площадки ограниченных размеров, на что не способны БПЛА самолетного типа. Размещение и применение многоцелевых комплексов БПЛА на малых судах реализуется только тогда, когда гарантировано обеспечение их безопасной посадки.
Вследствие эксплуатационных и технических особенностей, с которыми сталкивается флот при использовании БПЛА на судах гражданского назначения, не приспособленных для посадки летательных аппаратов, особое значение имеет обеспечение возможности размещения на судне требуемых средств посадки. Например, обеспечение взлетно-посадочной полосы, на которую осуществляется посадка БПЛА с последующим пробегом и торможением. Но решение этого вопроса часто связано с необходимостью кардинального изменения архитектуры судна для поиска необходимых площадей. Это не всегда является возможным и приемлемым в связи с вероятными существенными изменениями некоторых эксплуатационных и технических характеристик судна.
Наиболее трудоемкой задачей является посадка «сухим» методом, поскольку после посадки на воду, необходим восстановительный ремонт летательного аппарата в результате воздействия воды, что связано со значительными затратами. Вследствие этого отрабатываются различные методы посадки БПЛА на палубу судна, такие как: посадка БПЛА в вертикальную сеть, подхват стабилизируемой кран-балкой размещенной на борту судна и др.
Обычно в БПЛА внедряют специальное программное обеспечение, реализующее автоматическое управление аппаратом. Система автопилота полностью контролирует выбор траектории, управление тягой двигателя и положением рулей. Данный способ управления предпочтителен, так как исключает воздействие человеческого фактора, а также позволяет избежать аварий, происходящих из-за потери связи с центром управления.
Все вышесказанное приводит к необходимости создания алгоритма, реализующего в автоматическом режиме построение траектории, производящей посадку БПЛА из некоторого начального положения на палубу
движущегося судна. Важно, чтобы построенная траектория была оптимальной, так как сокращение расхода топлива и времени полета являются наиболее важными условиями эффективного использования БПЛА.
Купить

Была описана математическая модель управляемого движения беспилотного летательного аппарата, решена задача терминального управления движением БПЛА, реализующая его приведение из начального положения на судно-носитель. Также был предложен алгоритм поиска условно-оптимальной по времени программной траектории возврата БПЛА на движущееся судно-носитель.
Был разработан алгоритм построения программной траектории посадки беспилотного летательного аппарата, обеспечивающий перелет с момента принятия решения о возврате на движущееся прямолинейно и равномерно судно, с учетом обеспечения необходимых ограничений на переменные состояния и управляющие воздействия.
Создание программного комплекса и тестирование полученной модели было проведено в математическом пакете Wolfram Mathematica 11.2.
Код программы представлен в Приложении.
В дальнейшем, результаты, полученные в данной работе, могут быть использованы для разработки алгоритмов действий БПЛА в случаях потери связи с центром управления полетами, а также для разработки полностью автономных систем управления летательными аппаратами. Рассмотрение влияния качки водной поверхности на траектории возврата БПЛА на судно-носитель, также представляет собой практический интерес
Купить