Математическое моделирование и синтез оптимального группового высотного полета беспилотных летательных аппаратов


Авторы

Гусейнов О. А.1, Гулиев Ф. Ф.2

1. Национальное аэрокосмическое агентство Азербайджана, Баку, 8-й мкр., Сулейман Сани Ахундов 1
2. Производственное Объединение «Джихаз», просп. Ататюрка, 181, Баку, Азербайджанская республика

Аннотация

Одной из важнейших миссий, выполняемых с помощью БПЛА является разведывательная деятельность, осуществляемая с целью обнаружения и идентификации объектов, представляющих особый интерес. Повышение эффективности, быстродействия и оперативности выполнения этой миссии может быть достигнуто путем организации групповых полетов БПЛА. Вместе с тем, разведывательная деятельность группы БПЛА должна быть осуществлена незаметно для внешних наблюдателей и для выполнения этого требования группа БПЛА должна осуществлять полеты на больших высотах, используя высокочувствительную разведывательную аппаратуру. Высотные полеты позволяют расширить зону охвата разведываемого участка, что является дополнительным преимуществом высотных полетов. Вместе с тем, при организации высотных полетов БПЛА должны быть учтены атмосферные условия, воздействующие на летательные аппараты, например, такие факторы, как температура, давление и плотность воздуха. Хорошо известно, что плотность воздуха зависит от таких факторов как высота полета, температура, давление воздуха и относительная влажность. Сформулирована и решена задача математического моделирования, оптимизации модели и синтеза режима функционирования группового высотного полета БПЛА в смысле поиска минимального значения плотности воздуха, при которой возможен групповой полет БПЛА с оптимальной взаимосвязью между диаметром пропеллера (винта) БПЛА и крутящим моментом. Вычисление функциональной зависимости между указанными показателями, при которой полет возможен на определенной высоте позволяет определить те высотные интервалы полетов БПЛА, которые соответствуют значениям ρ_(ср) , вычисленным по заданным интервалам значений крутящего момента.

Ключевые слова:

математическое моделирование, оптимизация, крутящий момент, БПЛА, групповой полет

Библиографический список

  1. Zuo Z., Liu C., Han Q., Song J. Unmanned aerial vehicles: control methods and future challenges // IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica. 2022. Vol. 9, No. 4. P. 1-14. DOI: 10.1109/JAS.2022.105410
  2. Alsawy A., Hicks A., Moss D., Mckeever S. An Image Processing Based Classifier to Support Safe Dropping for Delivery-by-Drone // 2022 IEEE 5th International Conference on Image Processing Applications and Systems (IPAS). Genova, Italy, 5–7 December 2022. DOI: 10.1109/IPAS55744.2022.10052868
  3. Harrington P., Ng W.P., Binns R. Autonomous Drone Control within a Wi-Fi Network // In Proceedings of the 2020 12th International Symposium on Communication Systems, Networks and Digital Signal Processing (CSNDSP), Porto, Portugal, 20–22 July 2020, IEEE: Piscataway, NJ, USA, 2020. DOI: 10.1109/CSNDSP49049.2020.924
  4. Зиненков Ю.В., Луковников А.В., Черкасов А.Н. Математическое моделирование силовой установки на базе ТРДД для высотного беспилотного аппарата // Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева. 2014. № 4. С. 46-54.
  5. Бутов А.М., Козарев Л.А. Математическое моделирование рабочего процесса авиационных двигателей. - М.: ВВИА им. Н.Е.Жуковского, 1993. - 143 с.
  6. Гоголев А.А. Полунатурное моделирование беспилотных летательных аппаратов типа мультикоптер // Труды МАИ. 2017. № 92. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=77238
  7. Огольцов И.И., Рожнин Н.Б., Шеваль В.В. Разработка математической модели пространственного полета квадрокоптера // Труды МАИ. 2015. № 83. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=62031
  8. Каримов А.Х. Цели и задачи, решаемые беспилотными авиационными комплексами нового поколения // Труды МАИ. 2011. № 47. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=26767
  9. Гусейнова Р.О., Гумбатов Д.А. Оптимизация концептуальной разработки беспилотных летательных аппаратов // Труды МАИ. 2024. № 136. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=180684
  10. Кочкаров А.А. Современная инженерия малых беспилотных летательных аппаратов и особенности их сетевого взаимодействия // Проектирование будущего. Проблемы цифровой реальности. 2018. № 1 (1). С. 113-121. DOI: 10.20948/future-2018-17
  11. Тимошенко А.В., Балдычев М.Т., Маренков И.А., Пивкин И.Г. Способ построения «субоптимальных» маршрутов мониторинга разнотипных источников беспилотным летательным аппаратом // Труды МАИ. 2020. № 111. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=115145. DOI: 10.34759/trd-2020-111-10
  12. Кошкаров А.С., Гулий Д.Д., Барякшева В.А. Алгоритм аварийной посадки беспилотного летательного аппарата мультироторного типа на основе анализа изображения подстилающей поверхности // Труды МАИ. 2023. № 132. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=176835
  13. Ziquan Yu, Youmin Zhang, Bin Jiang, et al. Fractional Order PID-Based Adaptive Fault-Tolerant Cooperative Control of Networked Unmanned Aerial Vehicles against Actuator Faults and Wind Effects with Hardware-in-the-Loop Experimental Validation // Control Engineering Practice. 2021. Vol. 114, P. 104861. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.conengprac.2021.104861
  14. Lei Cui, Ruizhi Zhang, Hongjiu Yang, Zhiqiang Zuo. Adaptive Super-Twisting Trajectory Tracking Control for an Unmanned Aerial Vehicle under Gust Winds // Aerospace Science and Technology. 2021. Vol. 115, P. 106833. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.ast.2021.106833 
  15. Riousset J.A., Pasko V.P., Bourdon A. Air‐density‐dependent model for analysis of air heating associated with streamers, leaders, and transient luminous events // Journal of Geophysical Research Atmospheres. 2010. Vol. 115, P. 12321. DOI: 10.1029/2010JA015918
  16. Ziquan Yu, Youmin Zhang, Bin Jiang, et al. Fractional Order PID-Based Adaptive Fault-Tolerant Cooperative Control of Networked Unmanned Aerial Vehicles against Actuator Faults and Wind Effects with Hardware-in-the-Loop Experimental Validation // Control Engineering Practice. 2021. Vol. 114, P. 104861. DOI: 10.1016/j.conengprac.2021.104861
  17. Dai X., Quan Q., Ren J., Cai K.Y. An analytical design-optimization method for electric propulsion systems of multicopter UAVs with desired hovering endurance // IEEE/ASME transactions on methatronics. 2019. Vol. 24, No 1. DOI: 10.1109/TMECH.2019.2890901
  18. Joshi D., Deb D., Muyeen M. Comprehensive review on electric propulsion system of unmanned aerial vehicles // Frontiers in energy research. 2022. Vol. 10. DOI: 10.3389/fenrg.2022.75201
  19. Cavcar M. The international standard atmosphere. Anadol u University, 2000. Turkey, Vol. 30, P. 9.
  20. Anton Kuzubov, Aaron Kates, David Western. Team KNSP. Design, construction and testing of humidity’s effect on atmospheric conditions. Technical Report. May 2017, Missouri University of Science and Technology, Rolla.


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2025

 Вход