CC BY
79
Список литературы
1. Красильщиков М.Н. Управление и наведение беспилотных маневренных летательных аппаратов на основе современных информационных технологий / под ред. М.Н. Красильщикова, Г.Г. Себрякова. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003 . 280с.
2. Орлов А.Р., Сатаров А.В., Троицкий А.Н. Прикладная аэродинамика беспилотных летательных аппаратов: учебное пособие. Тула: Изд-во ТулГУ, 2004. 132 с.
Феофилов Сергей Владимирович, д-р техн. наук, проф., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Седов Роман Геннадиевич, асп., ivts. [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
DETERMINA TION OF INPUT SIGNALS OF STABILIZED GUADIANCE
AND DESIGNATION EQUIPMENT FOR UNMANED AIRCRAFT VEHICLE
S. V. Feofilov, R.G. Sedov
The full flight scheme of unmanned aerial vehicle, and are steps to the calculation of the input horizontal channel guidance equipment, target designation and stabilization posted on the unmanned aerial vehicle are considered.
Key words: UA V, target designation, guidance, actuator, stabilized platform.
Feofilov Sergey Vladimirovich doctor of technical sciences, professor, ivts. tulgu@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Sedov Roman Gennadievich, postgraduate, ivts. [email protected], Russia, Tula, Tula State University
УДК 623.44: 531.395
ОПТИМИЗАЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО АЛГОРИТМА ДИНАМИКИ СИСТЕМЫ «СТРЕЛОК - ОРУЖИЕ»
В. А. Шаманов, С.В. Чубарыкин, Р. А. Бреус, А.В. Васильев
Отображено обоснование целесообразности применения при моделировании динамики системы «стрелок - оружие» топологического тензорно-векторного описания.
Ключевые слова: функционирование автоматики, машинные испытания, кинематический анализ, многозвенная, многоконтурная система, обобщенные координаты, ударные взаимодействия, звенья, неудерживающие и неидеальные связи.
Одними из основных характеристик качества, учитываемых при разработке автоматического оружия, являются безотказность работы автоматики и эффективность системы «стрелок-оружие». Эти критерии -
200
функционалы от динамических характеристик образца. Поэтому основной моделью автоматического оружия для проведения вычислительного эксперимента следует считать математическую модель функционирования автоматики с учетом управляемой динамики корпуса оружия в пространстве в различных условиях его боевого применения (поведение целей, параметрические и силовые воздействия внешней среды). Такая модель позволяет оценить, с одной стороны, работу автоматики в подвижном корпусе оружия, с другой, поведение оружия в пространстве при параметрических и силовых воздействиях на корпус в процессе выстрела и автоматического перезаряжания оружия, а также при управлении корпусом со стороны стрелка. Таким образом, на сегодня наиболее остро стоит вопрос формирования математических моделей функционирования автоматического оружия в системе «стрелок - оружие» именно как механических систем [1, 2].
Однако эффективное внедрение вычислительных (математические модели и ЭВМ) испытаний в процесс проектирования автоматического оружия возможно лишь в том случае, когда конструктору не придется выполнять процедуры формирования и программной реализации на ЭВМ этих моделей и в то же время не будет необходимости привлечения к подготовке и проведению машинных испытаний математика и программиста. Необходимо, чтобы конструктор готовил только исходные данные и определял требования к математической модели, необходимой ему для проектного анализа (составление расчетной схемы), а ЭВМ в автоматическом режиме должна формировать соответствующую модель. Далее в интерактивном режиме диалога «конструктор - ЭВМ» осуществляется вычислительный эксперимент с моделью, созданной для решения поставленной задачи. Исключение этапов вывода дифференциальных уравнений динамики, программирования и отладки программ для реализации этих уравнений на ЭВМ позволяют значительно повысить эффективность вычислительных испытаний проектных вариантов автоматического оружия.
Методы аналитической механики чрезвычайно глубоки и разнообразны. В большинстве случаев не составляет труда записать в аналитической форме и во многих вариантах необходимые для практики соотношения и указать принципиальный путь определения всех характеристик, имеющих практическую важность. Вместе с тем, разработка соответствующих вычислительных алгоритмов представляет собой серьезную проблему. Следует отметить, что серьезной проблемой является не только разработка эффективных вычислительных алгоритмов, но и обеспечение технологичности их использования в условиях применения систем автоматизированного проектирования [3].
На пути преодоления сложности математического моделирования динамики пространственных механизмов предложено множество методов: на базе закона сохранения энергии; при помощи метода виртуальной рабо-
ты; в виде уравнений Ньютона или Лагранжа; из принципа Гамильтона; на принципе наименьшего принуждения Гаусса; с использованием теории винтов и линейчатой геометрии и многие другие. Однако многие вопросы, учитывающие специфику моделирования динамики механизмов оружия и систем «стрелок - оружие», на сегодня остаются открытыми. Это переменность структуры, многоконтурность, наличие неудерживающих и неидеальных связей, ударные взаимодействия звеньев и так далее. Поэтому не представляется возможным непосредственное использование для моделирования динамики автоматического оружия и систем «стрелок - оружие» уже известных методов и вычислительных алгоритмов. Например, при моделировании робототехнических систем используются специальные системы координат, основанные на понятии оси кинематической пары; применение таких систем координат в кинематическом анализе автоматического оружия «стрелок - оружие» значительно бы ограничило его возможности. Теория винтов и винтовое исчисление, эффективные в теории пространственных шарнирных механизмов, практически не применимы для моделирования динамики оружия. Принцип Гаусса наименьшего принуждения, наиболее полно разработанный в динамике исполнительных механизмов роботов и в механике человека, в вычислительном отношении теряет эффективность при моделировании динамики автоматического оружия. Действительно, существуют два метода решения проблем механики: «Один метод - прямой, основанный на законах равновесия или движения; другой применяет формулы, которые должны быть максимумами или минимумами и решение которых находится с помощью методе максимумов и минимумов» (Л. Эйлер). Принцип Гаусса относится ко второму методу, и хотя для сложных пространственных механизмов соответствующая экстремальная задача формулируется без особых затруднений, решение ее на каждом шаге интегрирования методами нелинейного программирования потребует значительного машинного времени. Эффект от принципа Гаусса - там, где возможно отыскать аналитическую форму решения соответствующей экстремальной задачи, а это ограничивает область его применения. Кроме того, успешное использование принципа Гаусса обязано существенному ограничению - идеальности связей, что нельзя допустить при исследовании динамики оружия.
Как показывает практика, наиболее приемлемым инженерным методом алгоритмического моделирования динамики механических систем типа «стрелок - оружие» является метод, основанный на базе их топологического тензорно-векторного описания. Данный метод наиболее эффективен в условиях применения ЭВМ (в системах автоматизированного проектирования). Особенностями метода являются следующие.
1. Единство методологической основы формализованного процесса структурного, кинематического и динамического анализа произвольной многозвенной, многоконтурной системы с любым числом обобщенных ко-
ординат, переменностью и нелинейностью структуры с учетом ударных взаимодействий звеньев, неудерживающих и неидеальных связей.
2. Применение метода исключает необходимость вывода дифференциальных уравнений динамики в замкнутой форме; данных чертежа (геометрия и масс-инерционные характеристики звеньев, типы кинематических соединений, параметры силовых элементов) достаточно для подготовки вычислительного эксперимента.
3. Физический смысл подготовки исходных данных, функциональных преобразований и получаемых результатов (промежуточных и окончательных) очевиден, и для его понимания не требуется специальных, отличных от традиционных для инженера-механика знаний.
4. Конструктор по своему усмотрению может трансформировать модель на всех этапах ее формирования и использования (упрощать, детализировать, усложнять, выделять фрагменты модели и так далее).
5. Метод позволяет организовать работу конструктора в режиме диалога с ЭВМ в традиционной манере проведения испытаний; конструктор изменяет структуру или параметры схемы разрабатываемого образца, получая в ответ изменение динамики изделия и его показателей качества -происходит итерационный процесс доводки проектного варианта; работа с графическими дисплеями обеспечит возможность наблюдать за поведением изделия при его функционировании (динамический чертеж).
6. Применение метода в рамках САПР может служить не только цели создания совершенных образцов военной техники, но и выполнять задачи адаптационного обучения инженера-конструктора отрасли в процессе вычислительных испытаний математических моделей различных схем узлов, изделий без материальных и временных затрет на проведение подобных натурных испытаний.
Список литературы
1. Алешинский С.Ю. Механико-математические модели движений человека. М.: Машиностроение, 1974. 128 с.
2. Уткин В.Ф., Урючков Ю.В. Эффективность технических систем. Т.3. М.: Машиностроение, 1988. 328 с.
3. Шеридан Т.Б. Система «человек-машина». / пер.с англ. М.: Машиностроение, 1980. 253 с.
Шаманов Владимир Анатольевич, канд. социол. наук, военнослужащий, ¡у/х. Ы^и@,гатЪ1ег. ги, Россия, Москва, в/ч 25953,
Чубарыкин Сергей Викторович, военнослужащий, м7.у. 1и1^и@,гатЪ1ег. ги, Россия, Тула, в/ч 55599,
Бреус Роман Александрович, военнослужащий, ivts. [email protected], Россия, Тула, в/ч 55599,
Васильев Андрей Вячеславович, военнослужащий, ivts. tulgu aramhler.ru, Россия, Тула, в/ч 55599.
OPTIMIZING THE DEVELOPMENT OF COMPUTA TIONAL ALGORITHM FOR SHOOTER-WEAPON SYSTEM DYNAMICS
V.A. Shamanov, S.V. Chubaryikin., R.A. Breus, A.V. Vasilyev
Applicability of topological tensor-vector description to model shooter-weapon system dynamics is proved.
Key words: automatic functioning, machine tests, kinematic analysis, multilink, multiloop system, generalized coordinates, impact interactions, links, unilateral and frictional constraints.
Shamanov Vladimir Аnatolievich, candidate of sociological sciences, serviceman, ivts. tulgu@,rambler. ru, Russia, Moscow, Military Unit № 25953,
Chubaryikin Sergey Viktorovich, Serviceman, ivts. tulgu@,rambler. ru, Russia, Tula, Military Unit № 55599,
Breus Roman Aleksandrovich, Serviceman, ivts. tulgu@,rambler. ru, Russia, Tula, Military Unit № 55599,
Vasilyev Andrey Vyacheslavovich, Serviceman, ivts. tulgu@,rambler. ru, Russia, Tula, Military Unit № 55599.
УДК 681.511.4
ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДВИЖЕНИЯ В РЕЛЕЙНОЙ СИСТЕМЕ, СОДЕРЖАЩЕЙ ЗВЕНО С ОГРАНИЧИТЕЛЕМ
Н.В. Фалдин, С.В. Феофилов, А.В. Козырь
Представлен метод анализа чувствительности периодического движения в релейной системе управления, содержащей звено с ограничителем в форме жесткого механического упора. Метод позволяет определить чувствительность периода автоколебаний и периодической траектории.
Ключевые слова: релейная система, чувствительность, звено с ограничителем, параметрическое возмущение.
Для проведения синтеза любой системы автоматического управления необходимо иметь точную параметрическую и структурную модель исследуемого объекта. Построение математических моделей реальных технических систем неизбежно связано с различного рода допущениями, отсутствием информации о возмущающих воздействиях и ограничениях на
204
