Обеспечение автоматической посадки беспилотного летательного аппарата самолетного типа на ровную поверхность

Содержание

Введение

Глава 1. Теоретические и нормативно-технические основы создания систем управления посадкой БПЛА

1.1. Классификация пилотажно-навигационных комплексов в отечественном авиастроении

1.2. Нормативное регулирование эксплуатации беспилотных систем в воздушном пространстве РФ

1.3. Анализ точностных характеристик и погрешностей современных авиационных приборов измерения высоты

Глава 2. Разработка алгоритма автоматической посадки БПЛА

2.1. Разработка структурной схемы алгоритма

2.2. Выбор компонентов спутниковой навигационной системы

2.3. Выбор компонентов инерциальной навигационной системы

2.4. Расчет кинематических параметров и динамических характеристик процесса приземления

Глава 3. Моделирование и анализ работы алгоритма в различных условиях

3.1. Моделирование алгоритма в среде matlab и simulink

3.2. Анализ результатов моделирования

Заключение

Список использованной литературы

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Обеспечение автоматической посадки беспилотного летательного аппарата самолетного типа на ровную поверхность

ВВЕДЕНИЕ

Активное внедрение беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) в различные сферы деятельности — от мониторинга объектов критической инфраструктуры до выполнения специальных задач в интересах обороны и безопасности — обусловливает необходимость совершенствования систем управления их полетом. Особое значение приобретает автоматизация наиболее критичного этапа полета — посадки, поскольку именно на этом этапе концентрируется максимальное количество факторов риска, связанных с динамикой летательного аппарата, точностью работы пилотажно-навигационного комплекса и характером взаимодействия с поверхностью приземления. В условиях активного развития отечественного авиационного приборостроения и возрастающей потребности в импортозамещении критически важных компонентов авиационных комплексов разработка отечественных алгоритмов и систем автоматической посадки БПЛА становится приоритетной задачей научно-технического развития российской авиационной отрасли.

Современные пилотажно-навигационные комплексы БПЛА самолетного типа должны обеспечивать высокую точность определения пространственного положения летательного аппарата, скорости снижения и траектории захода на посадку в условиях воздействия возмущающих факторов — ветровой нагрузки, турбулентности атмосферы, изменения параметров воздушного потока. Точность работы авиационных приборов измерения высоты, датчиков угловой скорости, инерциальных навигационных систем и спутниковых навигационных систем непосредственно влияет на безопасность посадки и вероятность успешного завершения полетного задания. Отечественные разработки в области авиационного оборудования, выполняемые в ФГУП «ГосНИИАС», АО «Концерн «Авиационное оборудование», АО «УКБП», демонстрируют высокий уровень технических решений, однако требуют дальнейшего развития методов интеграции различных измерительных систем и алгоритмов обработки информации для повышения надежности и точности автоматического управления [1, c. 15].

Степень разработанности проблемы в отечественной технической литературе характеризуется наличием фундаментальных исследований в области теории автоматического управления летательными аппаратами, методов синтеза законов управления, анализа динамических характеристик авиационных систем. Работы ведущих отечественных специалистов в области авиационного приборостроения и систем управления посвящены вопросам построения интегрированных пилотажно-навигационных комплексов, методам комплексирования информации от инерциальных и спутниковых навигационных систем, алгоритмам оценивания состояния летательного аппарата. Вместе с тем, специфика автоматической посадки БПЛА самолетного типа на необорудованные площадки, не имеющие радиотехнических систем посадки, требует разработки специализированных алгоритмов, учитывающих ограниченную массу и габариты бортового оборудования, особенности аэродинамики малоразмерных летательных аппаратов, необходимость обеспечения высокой степени автономности системы управления.

Актуальность темы обусловлена необходимостью повышения безопасности и эффективности применения отечественных БПЛА самолетного типа за счет создания надежных систем автоматической посадки, снижающих риски повреждения летательного аппарата при заходе на посадку и приземлении, обеспечивающих возможность эксплуатации в автономном режиме без участия оператора на критическом этапе полета, а также способствующих импортозамещению зарубежных компонентов авиационного оборудования и развитию отечественной школы авиационного приборостроения.

Цель выпускной квалификационной работы — разработка алгоритма автоматической посадки беспилотного летательного аппарата самолетного типа на ровную поверхность с использованием интегрированной навигационной системы и оценка его работоспособности методом математического моделирования.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

• провести анализ классификации пилотажно-навигационных комплексов в отечественном авиастроении и выявить требования к системам автоматической посадки БПЛА;
• изучить нормативное регулирование эксплуатации беспилотных систем в воздушном пространстве Российской Федерации и требования к авиационным приборам;
• проанализировать точностные характеристики и погрешности современных авиационных приборов измерения высоты, применяемых в составе пилотажно-навигационных комплексов БПЛА;
• разработать структурную схему алгоритма автоматической посадки и обосновать выбор компонентов спутниковой и инерциальной навигационных систем;
• выполнить расчет кинематических параметров и динамических характеристик процесса приземления БПЛА самолетного типа;
• провести моделирование алгоритма в среде MATLAB и Simulink и выполнить анализ результатов моделирования в различных условиях.

Объектом исследования является процесс автоматической посадки беспилотного летательного аппарата самолетного типа на ровную поверхность.

Предметом исследования выступают алгоритмы управления траекторией снижения и приземления БПЛА, основанные на данных интегрированной навигационной системы, включающей спутниковую навигационную систему и инерциальную навигационную систему.

Методологическая база исследования включает теоретические основы динамики полета летательных аппаратов, теорию автоматического управления, методы математического моделирования сложных динамических систем, методы комплексирования навигационной информации. В качестве инструментальных средств используются программные комплексы MATLAB и Simulink для численного моделирования и анализа переходных процессов. Нормативно-техническая база исследования опирается на Авиационные правила АП-25, ГОСТ Р 55176-2012, руководства по летной эксплуатации и технической эксплуатации авиационного оборудования, документацию ФГУП «ГосНИИАС» и АО «Концерн «Авиационное оборудование» [12, c. 44].

Научная новизна работы заключается в ра

…