CC BY
95Решетневскуе чтения. 2018
УДК.623.746.-519
СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОСАДОЧНЫМ МАНЕВРОМ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ПРИ ДЕЙСТВИИ БОКОВОГО ВЕТРА
Д. В. Дмитриев, И. А. Акзигитова, Ю. В. Огородникова
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: gerundiy48@gmail.com
В настоящее время существует проблема безопасной посадки на шасси у легких беспилотных летательных аппаратов (БЛА) в сложных метеоусловиях, когда в отсутствии человека необходимо решить задачу автоматического управления либо с борта, либо с земли. Данная статья рассматривает задачу автоматической посадки БЛА при сильном боковом ветре, которая на настоящий момент является актуальной.
Ключевые слова: БЛА, надежность, гражданская авиация, воздушное судно, посадка.
THE AUTOMATIC CONTROL SYSTEM OF THE LANDING MANEUVER OF UAV UNDER THE SIND WIND EFFECT
D. V. Dmitriev, I. A. Akzigitova, Yu. V. Ogorodnikova
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Е-mail: gerundiy48@gmail.com
There is a problem of safe landing on the chassis of light unmanned aerial vehicles (UAVs) in difficult weather conditions, when in the absence of a person it is necessary to solve the problem of automatic control either from the Board or from the ground. Therefore, the topic of this articlereveals the problem of automatic landing of UAVs with a strong side wind, is relevant.
Keywords: UAV, reliability, civil aviation, aircraft, landing.
По статистике известно, что наиболее опасными из этапов эксплуатации для летательного аппарата (ЛА) является режим непосредственной посадки, особенно при ручном управлении. Ручная посадка подразумевает под собой, что ЛА проходит ряд стадий, таких как: заход на посадку, снижение, выравнивание, выдерживание, приземление, пробег.
На этапе снижения важно сохранить угол тангажа постоянным, то есть ЛА должен пикировать с постоянным небольшим отрицательным углом тангажа.
Угол тангажа нужно уменьшить на этапе выравнивания до такой степени, чтобы он стал близок к горизонтальному. Чтобы аэродинамические рули продолжали действовать, нужна скорость относительно воздуха. Любые угловые отклонения приведут к неоправданному увеличению нагрузки на шасси в точке приземления. Поэтому большинство авиакатастроф происходят на завершающей стадии полета - посадке [1].
Для беспилотных ЛА (БПЛ) весьма актуальной задачей является реализация автоматической посадки. Вместо пилота бортовая система управления должна решать ряд задач планирования действий, оценки текущего состояния и управления исполнительными органами. При этом система автоматического управления (САУ) должна обеспечивать устойчивость, малое время отработки больших отклонений, адаптивность к воздействию возмущений и точность выхода
в заданную точку приземления. В соответствии с принятой Международной организацией гражданской авиации классификацией, различают три основные категории посадки в зависимости от параметров метеоминимумов - дальности, видимости и высоты нижней границы облаков [2].
Системы посадки I категории обеспечивают автоматический возврат ВС в район аэродрома и снижение его по глиссаде до высоты 60 м над ВПП в условиях низкой облачности. Системы посадки II категории обеспечивают автоматический возврат ВС в район аэродрома и движение его по глиссаде до высоты 30 м при еще более низкой облачности. Системы посадки Ш-Ъ категории обеспечивает автоматическую посадку ВС в условиях тумана. Системы посадки 111-а категории обеспечивают автоматическую посадку ВС в условиях полного отсутствия видимости и автоматическое движение по рулежной дорожке к месту стоянки. Большинство в настоящее время действующих аэродромов России оснащено системами посадки, обеспечивающими посадку по категории не выше I и лишь аэропорты первого класса Домодедово, Внуково и Шереметьево, оборудованы системами, обеспечивающими посадку по категории II.
Одной из распространенных посадок БЛА является так называемая посадка «по-самолетному» на подготовленную площадку, дополнительно оборудованную радиотехническими средствами посадки. Данная
Эксплуатация и надежность авиационной техники
система посадки используется для управления с земли сверхлегкими БЛА [3].
Автоматическая самолетная посадка может быть выполнена двумя способами. Первый способ, применяемый в настоящее время, состоит в использовании специальной аппаратуры, установленной на земле и на БЛА. Аппаратура, расположенная на земле формирует световой луч (радиолуч), а датчики, установленные на БЛА, вырабатывают сигналы пропорциональные отклонению центра масс аппарата от сформированного луча. Бортовой вычислитель системы посадки передает эту информацию вычислителю САУ для формирования соответствующих отклонений рулевых поверхностей аппарата. Примером такой системы посадки может служить применяемая на большинстве аэродромов ILS (Instrumental Landing System) или система посадки «Максант», предназначенная для посадки ЛА по II-Ша категориям. Она основана на высокоточном определении трех текущих координат БЛА (курса, дальности и высоты) разностно-дальномерным способом. Для этого вокруг ВПП устанавливается не менее 4 радиомаяков, излучающих кодированные радиосигналы. Один из маяков - ведущий, остальные -переизлучающие, которые после приема сигнала от ведущего маяка излучают свои собственные кодированные сигналы. На борту БЛА устанавливается аппаратура приема всех этих сигналов и их обработки. В процессор перед полетом закладывается желаемая траектория снижения (глиссада) [4]. Вычисляемые на борту координаты БЛА относительно точки посадки позволяют определить отклонение БЛА от желаемой глиссады в каждый момент времени и на основании этого отклонения выработать команды управления БЛА для вывода его на заданную глиссаду. Тем самым выдерживается заданная траектория снижения.
Посадка «по-самолетному» на подготовленную, но необорудованную радиотехническими средствами посадки площадку с использованием только бортового комплекса измерительно-информационной аппаратуры, используется в случае управления полетом в автономном режиме без участия технических средств на земле. Этот второй способ автоматической посадки, разрабатываемый рядом фирм, состоит в использовании дифференциальных методов спутниковой навигации. Дифференциальная навигация предполагает размещение в некоторой реперной точке, координаты которой точно известны, приемника спутниковой навигации. Координаты БЛА определяются относительно этой точки. При этом погрешности в определении координат снижаются с десятков до единиц и долей метра. На основе дифференциальной спутниковой навигации может быть создана высокоточная система посадки, не требующая специальной аппаратуры. Примером работы данной системы является посадка беспилотного ЛА на корабль. В данной системе использован принцип относительной навигации, под которым понимается определение отно-
сительных (взаимных) координат и скоростей между подвижными объектами [5].
Проведенный анализ применяемых способов посадки БЛА позволяет сделать ряд выводов: основной недостаток самолетной посадки БЛА на основе использования аэродромных радиотехнических средств связан со сложностью подготовки соответствующей площадки со всей необходимой инфраструктурой. Автоматическая посадка БЛА на подготовленную, но не оборудованную площадку с использованием бортового комплекса измерительно-информационной аппаратуры является более перспективной, но опять же, как и предыдущий способ, требует относительно ровную площадку определенной длины для пробега БЛА после касания земли, а это не всегда возможно.
Библиографические ссылки
1. Летов А. М. Динамика полета и управление. М. : Наука, 1969. 360 с.
2. Лебедев Г. Н., Ефимов А. В. Применение динамического программирования в задаче маршрутизации полета БЛА // Научный вестник СГАУ. Самара, 2011. № 3. С. 222-229.
3. Лебедев Г. Н., Елисеев В. Д., Ивашова Н. Д. «задачи автоматического управления посадочным маневром беспилотного летательного аппарата при сильном боковом ветре и подходы к ее решению // Тр. МАИ. 2013. № 70.
4. Системы автоматического и директорного управления самолетом / И. А. Михалев, Б. Н. Окое-мов, И. Г. Павлина и др. М. : Машиностроение, 1974. 230 с.
5. Математическая теория оптимальных процессов / Л. С. Понтрягин и др. М. : Наука, 1983. 393 с.
References
1. Letov A. M. Dinamika poleta i upravlenie [Flight dynamics and control]. Moscow, Nauka Publ., 1969. 360 p.
2. Lebedeb G. N., Efimov A. V. [Application of dynamic programming in the UAV flight routing problem].
Nauchnyy vestnik SGAU, 2011. No. 3. P. 222-229 (In Russ.)
3. Lebedev G. N., Eliseev V. D., Ivashova N. D. [Formulation of the problem of automatic control of the landing maneuver of an unmanned aerial vehicle with a strong side wind and approaches to its solution]. Trudy MAI, 2013. No. 70. (In Russ.)
4. System automatic and Director control plane / I. A. Mihalev, B. N. Okoemov, I. G. Pavlina et al. Moscow, 1974. P. 230.
5. Matematicheskaya teoriya optimal'nykh protsessov [Mathematical theory of optimal processes] / L. S. Portnyagin et al. Moscow, Nauka Publ. 1983. 393 p.
© Дмитриев Д. В., Акзигитова И. А., Огородникова Ю. В., 2018
