×
10.12.2019
219.017.ebbe

Способ управления беспилотным планирующим летательным аппаратом на траекториях с изменениями направлений движения в заданных опорных точках

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к способу управления беспилотным планирующим летательным аппаратом (БПЛА). Для управления БПЛА формулируют и решают в каждом цикле наведения краевую задачу наведения БПЛА на каждую опорную точку траектории в сопровождающей системе координат с началом на текущем радиус-векторе центра масс БПЛА на высоте, равной высоте следующей опорной точки траектории, при сближении с точкой наведения до расстояния, при котором можно осуществлять разворот в новое направление движения формулируют и решают краевую задачу в прямоугольной целевой системе координат с началом в точке наведения, горизонтально расположенные оси которой в каждом цикле наведения по определенному алгоритму разворачивают в горизонтальной плоскости на малые углы вплоть до окончания разворота траектории БПЛА в направлении движения на очередную опорную точку. Обеспечивается снижение потерь скорости БПЛА при изменении направления движения. 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области наведения беспилотных планирующих летательных аппаратов (БПЛА) и может быть использовано при создании и эксплуатации таких летательных аппаратов.

Наиболее близким к данному изобретению является «Способ управления беспилотным планирующим летательным аппаратом» (RU 2654238, 2018), базирующийся на следующих основных положениях:

1. БПЛА движется в высоких слоях атмосферы, обладает возможностью автономного управления величиной и направлением аэродинамической подъемной силы путем целенаправленного изменения угла аэродинамического крена ϕ и угла атаки α.

2. Управление БПЛА заключается в последовательном наведении на каждую из совокупности опорных точек траектории Mj (j=1, …, N), заданной геодезическими координатами Bj, Lj, Hj, и направлениями их пролета, заданными углами азимута Aj и наклона к местным горизонтам θj.

3. Наведение БПЛА осуществляется с использованием терминального метода наведения «по требуемому ускорению», который включает решение краевой задачи наведения с целью определения требуемого ускорения, обеспечивающего перевод БПЛА из текущего положения в требуемое конечное, задаваемое в каждой очередной опорной точке траектории.

Предполагается, что текущие навигационные параметры БПЛА определяются в относительной геоцентрической гринвичской прямоугольной системе координат Oξηζ, в которой ось Oξ направлена к северу по оси вращения Земли, ось Оη в плоскости экватора пересекает Гринвичский меридиан, ось Oζ дополняет систему до правой.

4. В качестве целевой системы координат, в которой формулируется и решается краевая задача, выбирается сопровождающая системы координат Scxcyczc с началом на радиус-векторе центра масс БПЛА в точке Sc, высота которой постоянна и равна высоте очередной точки наведения. Ось Scyc системы Scxcyczc направлена вдоль радиус-вектора от центра масс БПЛА - точки S; ось Sczc - по нормали к плоскости Пс, образуемой двумя радиус - векторами и , исходящими из центра Земли. Ось Scxc дополняет целевую систему координат до правой.

Уравнения движения БПЛА в краевой задаче наведения интегрируются при следующих краевых условиях:

на левом конце:

на правом конце:

В формуле (1) у=H(t)-Hj, а проекции вектора скорости на оси системы координат Scxcyczc определяются по формуле:

где матрица направляющих косинусов, связывающая относительную геоцентрическую гринвичскую систему координат с текущей сопровождающей системой координат, определяется в каждом цикле наведения в виде:

где

- центральный угол между векторами и .

5. Решение краевой задачи в аналитическом виде в способе-аналоге получено при допущении о постоянстве ускорения силы притяжения и незначительности влияния вращения Земли на непрерывно уменьшающемся участке наведения, а также при представлении требуемого кажущегося ускорения в форме простой интегрируемой функции - временного полинома первого порядка:

Полученные в результате решения краевой задачи проекции кажущегося ускорения на оси сопровождающей системы координат Scxcyczc имеют вид:

6. Требуемое значение угла аэродинамического крена рассчитывается по формуле:

Требуемое значение угла атаки αmp определяется после определения требуемого значения коэффициента подъемной аэродинамической силы из выражения с помощью таблиц, представляющих зависимость коэффициента от высоты Н, числа Маха М и угла атаки:

Недостатком способа-аналога является то, что при изменении направления движения БПЛА на следующую опорную точку Mj+1 в новой сопровождающей системе координат на этапе разворота траектории в краевой задаче наведения существенно возрастают величины краевых условий на левом конце траектории - значения параметров Vz,y,Vy (см. фиг. 1) и, как следствие, возрастают значения требуемых ускорений (см. формулы (6), (7)), возрастают углы атаки αmp и крена ϕmp (см. формулы (8) и (9)), а следствием увеличения угла атаки является возрастание аэродинамической силы лобового сопротивления и потери скорости БПЛА.

Задачей предлагаемого изобретения является внесение в бортовой алгоритм наведения БПЛА изменений, которые позволят существенно снизить потери скорости БПЛА при изменениях направлений движения.

Технический результат достигается тем, что краевую задачу наведения БПЛА на каждую очередную опорную точку траектории в каждом цикле наведения формулируют и решают в сопровождающей системе координат с началом на текущем радиус-векторе центра масс БПЛА на высоте, равной высоте следующей опорной точки траектории, а при сближении с точкой наведения до расстояния, потребного на разворот в новое направление движения, краевую задачу наведения формулируют и решают в прямоугольной целевой системе координат с началом в точке наведения, горизонтально расположенные оси которой в каждом цикле наведения по определенному алгоритму разворачивают в горизонтальной плоскости на малые углы вплоть до окончания разворота траектории БПЛА в направлении движения на очередную опорную точку.

Расстояние, потребное на разворот в новое направление движения, в угловой мере определено численными экспериментами для всех траекторий БПЛА равным 1 градусу центрального угла (из центра Земли) между текущим радиус-вектором и радиус-вектором точки наведения.

В силу малости изменений ориентации целевой системы координат Mjxyz и относительной близости БПЛА к точке наведения значения краевых условий и, соответственно, требуемых поперечных ускорений и углов атаки будут малыми. Соответственно и потери скорости БПЛА от сопротивления атмосферы будут малыми.

Сущность изобретения поясняется приведенным ниже описанием, фигурой 1 и подтверждается примером моделирования траектории БПЛА при реализации ближайшего способа и предложенного способа управления в таблицах 1, 2.

Суть предлагаемого способа управления БПЛА заключается в том, что как и в ближайшем аналоге, наведение БПЛА на каждую опорную точку осуществляется с определением управляющих параметров в сопровождающей системе координат Scxcyczc, а с определенного расстояния до опорной точки, с которого начинается разворот траектории в направлении на следующую опорную точку, расчет управляющих параметров осуществляется в целевой системе координат Mjxyz с началом в опорной точке, а горизонтально расположенные оси в каждом цикле наведения разворачиваются на малые углы в сторону следующей опорной точки (фиг. 1).

Алгоритм наведения БПЛА с разворотом траектории на следующую опорную точку включает:

1. Задание начальной ориентации целевой системы координат Mjxyz ортами , вычисляемыми в базовой системе координат Oξηζ:

где - радиус-вектор БПЛА на момент начала разворота tнn.

2. Задание разворота осей осей Mjz и Mjx относительно вертикальной оси Mjy на малый угол Δλ:

а) вычисление вектора

где - единичный вектор, определяемый выражением:

где , - радиус-векторы опорных точек Mj и Mj+l,

Фj,j+1 - угловая дальность между опорными точками;

б) определение числа малых поворотов осей Mjz и Mjx, на которые делится полный угол разворота осей:

где ΔТцн - продолжительность цикла наведения, k - коэффициент кратности;

Т - прогнозируемое время полета БПЛА до опорной точки, определяемое по приближенной формуле:

в) определение положения орта после поворота на угол Δλ:

где - малое изменение вектора , соответствующее его повороту в горизонтальной плоскости на угол Δλ;

г) определение нового положения орта :

3. Формирование краевых условий задачи наведения с разворотом наточку Mj+1 в системе координат Mjxyz:

на левом конце - ,

на правом конце - ,

где

а элементы матрицы Mx←ξ определяются составляющими ее ортов:

где

4. Решение краевой задачи с определением требуемых поперечных ускорений на момент t+ΔТцн/2 в виде:

5. Определение требуемых значений управляющих параметров - угла атаки αmp и угла аэродинамического крена ϕmp - осуществляется так же как при решении краевой задачи в сопровождающей системе координат, т.е. по формулам (8) и (9).

Малые значения величин αmp и ϕmp на участках разворота траектории при смене направлений движения обеспечивают малые потери скорости от сопротивления атмосферы, дальности полета и скорости БПЛА в конечной точке траектории.

Результаты сравнительного моделирования полета БПЛА с применением разработанного способа управления БПЛА и способа управления, описанного в аналоге [1], представлены в таблицах 1, 2.

Таблица 1

Результаты моделирования движения БПЛА при предложенном способе управления

Обозначения: D - полная сферическая дальность полета, V - скорость полета БПЛА, В - геодезическая широта, L - геодезическая долгота, Н - высота полета, α - угол атаки, ϕ - угол аэродинамического крена, Nпоп - поперечная перегрузка.

Способ управления беспилотным планирующим летательным аппаратом (БПЛА) на траекториях с изменениями направлений движения в заданных опорных точках, заключающийся в том, что краевую задачу наведения БПЛА на каждую очередную опорную точку траектории в каждом цикле наведения формулируют и решают в сопровождающей системе координат с началом на текущем радиус-векторе центра масс БПЛА на высоте, равной высоте следующей опорной точки траектории, отличающийся тем, что при сближении с точкой наведения до расстояния, потребного на разворот в новое направление движения, краевую задачу наведения формулируют и решают в прямоугольной целевой системе координат с началом в точке наведения, горизонтально расположенные оси которой в каждом цикле наведения по определенному алгоритму разворачивают в горизонтальной плоскости на малые углы вплоть до окончания разворота траектории БПЛА в направлении движения на очередную опорную точку.
Способ управления беспилотным планирующим летательным аппаратом на траекториях с изменениями направлений движения в заданных опорных точках
Способ управления беспилотным планирующим летательным аппаратом на траекториях с изменениями направлений движения в заданных опорных точках
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 97 items.
25.08.2017
№217.015.9dbe

Многоканальный приемник с кодовым разделением каналов для приема квадратурно-модулированных сигналов повышенной структурной скрытности

Изобретение относится к области радиосвязи и может найти применение в системах беспроводного доступа, сухопутной подвижной и спутниковой связи, призванных функционировать в условиях радиоэлектронной борьбы. Технический результат - обеспечение надежного приема сигналов с высокой структурной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002610836
Дата охранного документа: 16.02.2017
25.08.2017
№217.015.abe6

Установка бесперебойного питания объекта

Использование: в области электротехники. Технический результат – обеспечение выравнивания напряжений. Установка содержит первый канал электроснабжения, образованный клеммами сети (1), линиями электропередачи, автоматом включения резерва и клеммами для подключения нагрузки, и второй канал...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002612196
Дата охранного документа: 03.03.2017
25.08.2017
№217.015.ade6

Способ моделирования целевых программ создания технических систем

Изобретение относится к области моделирования процессов создания технических систем. Согласно способу моделирования целевых программ создания технической системы осуществляют моделирование формирования базы данных объектов групп «Цели», «Исполнители», «Задачи», «Техническая система», «Ресурсы»,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002612462
Дата охранного документа: 09.03.2017
25.08.2017
№217.015.ae04

Устройство симметрирования напряжения в трёхпроводной сети

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в повышении точности симметрирования напряжения при обрыве фазы. Устройство содержит клеммы сети, трехфазное реле контроля напряжения сети с размыкающими контактами, три реле контроля напряжения, каждое из которых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002612395
Дата охранного документа: 09.03.2017
25.08.2017
№217.015.bc9c

Источник синусоидального напряжения

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве источника синусоидального напряжения в системах электроснабжения автономных объектов. Источник содержит функционально включенные аккумуляторную батарею, шины постоянного тока, инвертор, трехфазный фильтр,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002616189
Дата охранного документа: 13.04.2017
25.08.2017
№217.015.c2f5

Способ нанесения антикоррозионного покрытия на детонирующий удлиненный заряд

Изобретение относится к бортовой и наземной пироавтоматике изделий ракетно-космической, авиационной, военно-морской и специальной техники, в частности к исполнительным устройствам систем разделения - детонирующим удлиненным зарядам, а также к областям защиты металлоконструкций и изделий от...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002618044
Дата охранного документа: 02.05.2017
25.08.2017
№217.015.c4c6

Генератор нагретых импульсных гранулярных струй

Изобретение относится к технике испытаний горючих материалов на воспламеняемость и, в частности, к определению времени зажигания и скорости горения образцов твердых энергетических материалов с использованием нагретых сыпучих твердых теплоносителей для инициирования зажигания и сопровождения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002618267
Дата охранного документа: 03.05.2017
25.08.2017
№217.015.c509

Автономная ветряная электростанция

Изобретение относится к ветросиловым установкам для преобразования ветряной энергии в электрическую энергию. Автономная ветряная электростанция содержит вертикальный вал вращения (2), у которого рабочими органами являются лопасти (3), выполненные в виде части полой сферы или части полого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002618152
Дата охранного документа: 02.05.2017
25.08.2017
№217.015.cfe4

Комбинированный датчик обнаружения возгораний

Изобретение относится к области противопожарной защиты и может быть использовано в качестве комбинированного датчика обнаружений возгораний в установках автоматического пожаротушения. Датчик содержит блок питания с трансформатором согласования напряжений блока питания, три датчика обнаружения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002620964
Дата охранного документа: 30.05.2017
26.08.2017
№217.015.d764

Способ сокращения потерь скорости и времени при осуществлении маневра заданной конфигурации беспилотным летательным аппаратом планирующего типа

Изобретение относится к способу осуществления маневра заданной конфигурации беспилотного летательного аппарата (БЛА) планирующего типа. Для осуществления маневра исходную краевую задачу наведения разбивают на множество промежуточных краевых задач, при решении которых требуемые значения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002623361
Дата охранного документа: 23.06.2017
Showing 1-4 of 4 items.
27.06.2015
№216.013.59f3

Способ формирования маневров произвольной конфигурации на конечном участке траектории планирующего беспилотного летательного аппарата

Изобретение относится к области управления полетами планирующих беспилотных летательных аппаратов (БЛА) и может быть использовано при планировании их маршрутов и соответствующих траекторий. Техническим результатом является повышение эффективности управления планирующим беспилотным летательным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002554568
Дата охранного документа: 27.06.2015
26.08.2017
№217.015.d764

Способ сокращения потерь скорости и времени при осуществлении маневра заданной конфигурации беспилотным летательным аппаратом планирующего типа

Изобретение относится к способу осуществления маневра заданной конфигурации беспилотного летательного аппарата (БЛА) планирующего типа. Для осуществления маневра исходную краевую задачу наведения разбивают на множество промежуточных краевых задач, при решении которых требуемые значения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002623361
Дата охранного документа: 23.06.2017
29.05.2018
№218.016.5538

Способ управления беспилотным планирующим летательным аппаратом

Изобретение относится к способу управления планирующим беспилотным летательным аппаратом (БПЛА). Для управления БПЛА в каждом цикле наведения на каждую опорную точку решают краевую задачу наведения в сопровождающей системе координат с началом на текущем радиус-векторе центра масс БПЛА на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002654238
Дата охранного документа: 17.05.2018
22.04.2023
№223.018.5107

Способ получения вероятностной оценки возможности преодоления зон поражения зенитных управляемых ракет маневрирующим беспилотным летательным аппаратом

Способ получения вероятностной оценки возможности преодоления зон поражения зенитных управляемых ракет маневрирующим беспилотным летательным аппаратом (БЛА) может быть использован при планировании их траекторий с участками, пролегающими в зонах поражения зенитных управляемых ракет (ЗУР)....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002794300
Дата охранного документа: 14.04.2023
+ добавить свой РИД