Особенности выбора траектории и этапов полета беспилотного летательного аппарата на солнечной энергии в условиях неспокойной атмосферы

При формировании проектных параметров беспилотного летательного аппарата (БпЛА) на солнечной энергии важно учитывать особенности энергообеспечения не только при выполнении горизонтального полета, но и на остальных этапах (взлет, посадка, маневр и т. д.), которые в итоге формируют общую траекторию полета, реализация которой обеспечивает выполнение поставленной перед БпЛА конкретной задачи. Вместе с тем следует рассматривать полет с учетом реальных условий эксплуатации, включающих атмосферные факторы. Определение особенностей планирования траекторий и этапов полета БпЛА на солнечной энергии при реализации продолжительного полета с учетом энергетики, конструктивных ограничений и реальных условий эксплуатации является целью данной работы. Определены возможные траектории полета БпЛА на солнечных элементах в соответствии с типовыми задачами его практического применения. Предложена дискретная модель планирования траектории маршрута для БпЛА на солнечных элементах. Описаны принципы реализации этапов взлета и посадки БпЛА на солнечной энергии, определены зависимости между энергозатратами и основными параметрами каждого из этапов. Получены зависимости для определения основных составляющих энергетического баланса БпЛА на солнечной энергии от параметров криволинейного полета. Проведена верификация полученных зависимостей путем сравнения расчетных и экспериментальных (летных) данных для конкретного БпЛА на солнечной энергии, по массе относящемуся к классу мини. Сходимость результатов расчета и эксперимента находится в пределах 15–20 %. Установлены факторы, действующие на летательный аппарат в неспокойной атмосфере, их влияние на эксплуатационные и конструктивные ограничения. Получена обобщенная аналитическая модель для определения условий реализации продолжительного полета (4–6 ч) БпЛА на солнечной энергии, учитывающие: массовые, аэродинамические, энергетические характеристики; траекторные, атмосферные и эксплуатационные условия. Результаты исследования могут быть использованы при формировании облика БпЛА на солнечной энергии на этапе его эскизного проектирования.

1. Планирование траектории беспилотного летательного аппарата в сложных условиях при наличии угроз / М. А. Андреев [и др.] // Изв. Рос. акад. наук. Теория и системы управления. – 2012. – № 2. – С. 166–176.

2. Канатников, А. Н. Допустимые пространственные траектории беспилотного летательного аппарата в вертикальной плоскости [Электронный ресурс] / А. Н. Канатников, А. П. Крищенко, С. Б. Ткачев // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. – 2012. – № 3. – Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/dopustimye-prostranstvennye-traektorii-bespilotnogo-letatelnogo-apparata-v-vertikalnoy-ploskosti. – Дата доступа: 21.09.2017.

3. Карцев, Н. В. Планирование траектории полета БПЛА / Н. В. Карцев, О. С. Салыкова // Образование и наука в современных условиях: материалы VI Междунар. науч.-практ. конф. (Чебоксары, 26 февр. 2016 г.) [Электронный ресурс] / редкол.: О. Н. Широков [и др.]. – Чебоксары: ЦНС «Интерактив плюс», 2016. – № 1 (6). – С. 266–268. – Режим доступа: https://interactive-plus.ru/e-publications/e-publication-207.pdf – Дата доступа: 15.09.2017.

4. Тань Лиго. Решение задачи планирования полета малогабаритного беспилотного летательного аппарата в условиях городской среды / Тань Лиго, А. В. Фомичев, Ян Лю // Автоматизация. Современные технологии. – 2015. – № 7. – С. 19–24.

5. Differential Geometric Path Planning of Multiple UAVs / M. Shanmugavel [et al.] // J. Dyn. Sys., Meas., Control. – 2007. – Vol. 129, Iss. 5. – Р. 620–632. https://doi.org/10.1115/1.2767657

6. Велищанский, М. А. Движение летательного аппарата в вертикальной плоскости при наличии ограничений на состояния / М. А. Велищанский // Вестн. МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. Естеств. науки. – 2016. – № 3. – С. 70–81. https://doi.org/10.18698/1812-3368-2016-3-70-81

7. Сухов, В. В. Сучасний стан та перспективи розвитку літаків на сонячній енергії в Україні / В. В. Сухов, А. В. Іва щук, Я. С. Козей // Вісн. НТУУ КПІ. Сер. Машинобудування. – 2016. – Т. 2, №. 77. – C. 5–14. https://doi.org/10.20535/2305-9001.2016.77.71470

8. North, A. Design of solar powered airplanes for continuous flight [Electronic resource] / A. North. – Zürich, 2008. – 196 p. – Mode of access: http://www.sky-sailor.ethz.ch/docs/Conceptual_Design_of_Solar_Powered_Airplanes_for_continuous_flight.pdf – Date of access: 03.11.2016.

9. Сальник, Ю. П. Сучасний стан оснащення Збройних сил України безпілотними авіаційними комплексами / Ю. П. Сальник, И. В. Матала, В. А. Онищенко // Збірник наукових праць Харківського університету Повітряних Сил. – 2011. – Вип. 2 (28). – С. 46–51.

10. Sukhov, V. Analysis of mass and energy balance of the unmanned aerial vehicles on solar energy / V. Sukhov, Y. Kozei // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. – 2017. – Vol. 3, № 9 (87). – P. 10–18. https://doi. org/10.15587/1729-4061.2017.101974

11. Гребеников, А. Г. Общие виды и характеристики беспилотных летательных аппаратов: справ. пособие / А. Г. Гребеников, А. К. Мялица, В. В. Парфенюк. – Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т «Харьковский авиационный институт», 2008. – 377 с.

12. Харченко, О. В. Класифікація та тенденції створення безпілотних літальних апаратів військового призначення / О. В. Харченко, В. В. Кулєшин, Ю. В. Коцуренко // Наука і оборона. – 2005. – № 1 – С. 47–54.

13. Сілков, В. І. Бойове маневрування літальних апаратів / В. І. Сілков. – Киïв: НАОУ, 2004. – 318 с.

14. Доброленский, Ю. П. Динамика полета в неспокойной атмосфере. – М.: Машиностроение, 1969. – 256 с.