Разработка мероприятий направленных на повышение летно-технических характеристик беспилотного летательного аппарата

Содержание

Введение

Глава 1. 1. Анализ задач, способов применения беспилотных летательных аппаратов

1.1. Применение беспилотных летательных аппаратов “Орион”

1.2. 1.2 Обзор задач решаемых беспилотным летательным аппаратом “Орион”

1.3. Обзор направлений развития беспилотных летательных аппаратов “Орион”

1.4. Оперативно тактическая обстановка

Глава 2. Разработка мероприятий направленных на повышение летно-технических характеристик беспилотного летательного аппарата “Орион”

2.1. Выбор численного метода решения задачи вычислительной аэродинамики и создание расчетной сетки

2.2. Выбор расчетной сетки

2.3. Оценка достоверности результатов решения задачи вычислительной аэродинамики

2.4. Исследование летно-технических характеристик беспилотного летательного аппарата “Орион” с учетом разработанных мероприятий

Глава 3. Исследование летно-технических характеристик беспилотного летательного аппарата “Орион” с учетом разработанных мероприятий

3.1. Оценка влияния разработанных мероприятий на летно-технические характеристики беспилотного летательного аппарата “Орион”

3.2. Оценка новизны полученных результатов исследований и перспектив их дальнейшего использования с применением военно-экономического анализа

Заключение

Список использованной литературы

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Тема: Разработка мероприятий, направленных на повышение летно-технических характеристик беспилотного летательного аппарата

Направление: Математика и информационные науки

Специальность: 09.03.02 Проектирование информационных систем

ВВЕДЕНИЕ

Современное развитие авиационных технологий характеризуется стремительным расширением области применения беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), что обусловливает необходимость постоянного совершенствования их летно-технических характеристик. Актуальность темы исследования определяется комплексом факторов, среди которых первостепенное значение приобретают возрастающие требования к дальности полета, продолжительности нахождения в воздухе, маневренности и энергоэффективности беспилотных систем. В условиях интенсификации применения БПЛА в различных сферах человеческой деятельности — от мониторинга обширных территорий до выполнения специализированных операций в труднодоступных регионах — проблематика оптимизации конструктивных решений и аэродинамических параметров приобретает особую значимость.

Информационные системы, предназначенные для проектирования и анализа характеристик БПЛА, представляют собой сложные программно-аппаратные комплексы, интегрирующие методы вычислительной аэродинамики, численного моделирования и автоматизированного проектирования. Разработка таких систем требует глубокого понимания не только математических основ моделирования физических процессов, но и специфики архитектурного построения информационных решений, обеспечивающих эффективную обработку больших объемов расчетных данных. Современные подходы к проектированию информационных систем для авиационной отрасли предполагают использование высокопроизводительных вычислительных платформ, параллельных алгоритмов решения систем дифференциальных уравнений и специализированных программных средств визуализации результатов численных экспериментов [3, c. 45].

Степень изученности проблемы свидетельствует о наличии значительного научного задела в области вычислительной аэродинамики и проектирования летательных аппаратов, однако вопросы интеграции численных методов в единую информационную систему поддержки принятия проектных решений остаются недостаточно разработанными. Существующие научные исследования преимущественно фокусируются на отдельных аспектах аэродинамического проектирования, оставляя без должного внимания системный подход к созданию комплексных информационных решений. Применительно к БПЛА класса «Орион» научная литература содержит фрагментарные сведения о методах оптимизации конструкции, что актуализирует необходимость проведения систематического исследования с использованием современного математического аппарата и инструментария информационных систем [12, c. 78].

Нерешенные задачи в данной области включают разработку унифицированных подходов к выбору расчетных сеток для численного моделирования обтекания элементов конструкции БПЛА, определение оптимальных параметров турбулентности и граничных условий, а также создание методологии верификации результатов вычислительных экспериментов. Особого внимания заслуживает проблематика автоматизации процесса генерации расчетных сеток различной топологии и обеспечения их адаптации к геометрическим особенностям исследуемых объектов. Дискуссионными остаются вопросы сравнительной эффективности различных численных схем решения уравнений Навье-Стокса применительно к задачам внешнего обтекания летательных аппаратов с учетом специфики их эксплуатационных режимов [18, c. 134].

Цель выпускной квалификационной работы заключается в разработке комплекса мероприятий, направленных на повышение летно-технических характеристик беспилотного летательного аппарата «Орион» на основе создания информационной системы численного моделирования аэродинамических параметров и проведения вычислительных экспериментов.

Для достижения поставленной цели определены следующие задачи:

• провести анализ задач и способов применения беспилотных летательных аппаратов типа «Орион», идентифицировать направления их развития и определить требования к летно-техническим характеристикам;
• разработать методологию выбора численных методов решения задач вычислительной аэродинамики, осуществить генерацию расчетной сетки и провести оценку достоверности получаемых результатов моделирования;
• исследовать влияние разработанных конструктивных мероприятий на летно-технические характеристики беспилотного летательного аппарата посредством численных экспериментов;
• оценить новизну полученных результатов, определить перспективы их практического использования и провести военно-экономический анализ эффективности предложенных решений.

Объектом исследования выступает беспилотный летательный аппарат «Орион» как сложная техническая система, характеризующаяся совокупностью аэродинамических, конструктивных и эксплуатационных параметров.

Предметом исследования являются методы и информационные технологии численного моделирования аэродинамических характеристик БПЛА, а также процессы проектирования информационных систем для решения задач вычислительной аэродинамики.

Теоретическую базу исследования составляют фундаментальные положения аэродинамики летательных аппаратов, теории проектирования информационных систем, вычислительной математики и численных методов решения дифференциальных уравнений в частных производных. В работе использованы концептуальные подходы к моделированию турбулентных течений, методология построения расчетных сеток и теория верификации численных решений. Значительное внимание уделено современным парадигмам проектирования информационных систем, включая методологии каскадной и итеративной разработки, принципы построения модульных архитектур и подходы к интеграции гетерогенных программных компонентов [24, c. 56].

Методы исследования включают методы вычислительной аэродинамики на основе решения осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса (RANS), метод конечных объемов для дискретизации расчетной област

…