Перспективные ударные БПЛА (беспилотные летательные аппараты)

Размещено на http://www.allbest.ru

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Курсовая работа

по дисциплине:

«Авиационные приборы и измерительно-вычислительные комплексы»

Тема: Перспективные ударные БПЛА

Выполнил:

студент 5 курса группы С-502

Миронченко М.А.

Проверил преподаватель:

Федоров Н.Г.

Раменское - 2013

Введение

Вооруженные конфликты последнего времени наглядно показали потенциал тяжелых беспилотных летательных аппаратов. Благодаря сравнительно большой взлетной массе такая техника может нести не только разведывательное оборудование, но и определенный спектр вооружения. Таким образом, тяжелый БПЛА способен не только производить обнаружение целей, но и атаковать их, что сокращает затраты времени на выполнение боевой задачи, а также позволяет не упустить цель. Однако в нашей стране тяжелый сектор беспилотных летательных аппаратов на протяжении последних лет не пользуется особым вниманием конструкторов. Еще в советское время было создано несколько конструкций с взлетным весом более одной тонны (Ту-141, Ту-143, Ту-243 и т.д.), но все они предназначались для выполнения разведки и других подобных задач. Создание БПЛА с ударными возможностями в нашей стране началось сравнительно поздно, только в конце девяностых годов. Из-за этого до сих пор на вооружении нашей армии нет готовых систем такого класса. За прошедшие годы было создано несколько, безусловно, интересных проектов, однако ни один из них пока не дошел до серийного производства.

В целом, тяжелые ударные беспилотники в нашей стране нельзя назвать особо удачливым классом техники. Общее число подобных проектов незначительно, а до серийного производства и принятия на вооружения пока ни один из них не дошел. Таким образом, любой подобный проект будет вызывать повышенный интерес и на него, очевидно, будут возлагаться большие надежды. Зарубежные армии уже достаточно давно и успешно используют БПЛА, способные нести вооружение, а в нашей стране подобной техники пока нет. В результате любой проект подобного назначения может быть «назначен» спасителем российской беспилотной отрасли.

1. Назначение комплекса авиационного оборудования

Комплекс предназначен для решения задач воздушной разведки в реальном масштабе времени днем и ночью с использованием бортовых оптико-электронных средств БПЛА.

§ Обеспечение взлета и посадки оператором БПЛА;

§ Поиск и обнаружение объектов в указанном районе, на заданном рубеже или полосе маршрута;

§ Выявление (идентификация) обнаруженных объектов для определения количественного и качественного состава, координат и параметров движения;

§ Наблюдение (слежение) за выявленными объектами для получения данных об изменениях в их местоположении и элементах движения;

§ Топографическое обеспечение местности;

§ Видеонаблюдение в районе боевых действий, с трансляцией изображения на монитор оператора в режиме реального времени;

§ Поражение целей вооружением БПЛА.

§ Контроль воздушной атаки;

§ Пограничное патрулирование, с осмотром состояния прилегающих к границе зон;

§ Обнаружение замаскированных целей и наблюдение за их действиями;

§ Определение размеров повреждений и потерь при выполнении боевых действий.

2. Тактико-технические требования

Тактико-технические требования беспилотного разведывательно-ударного летательного аппарата в настоящее время обуславливаются следующими характеристиками:

Таблица 1

Кроме того, в облике конструкции должны наглядно просматриваться известные методики снижения радиолокационной заметности.

В грузоотсеках должны подвешиваться управляемые ракеты различных типов, а также корректируемые авиационные бомбы.

Возможный спектр управляемого вооружения, должен представлять 2 типа класса «воздух-поверхность» и «воздух-РЛС».

Общая масса боевой нагрузки должна равняться двум-трём тоннам.

3. Структура ИБО

В течение длительного времени (до 4-го поколения БРЭО включительно) соответствовала логика развития бортовых систем, функционирование которых базировалось на разнородных физических принципах, и разработка которых в силу этого зачастую поручалась различным проектным организациям и различным главным конструкторам. Однако по мере усложнения функциональных задач и увеличения их количества федеративный принцип построения БРЭО в значительной степени исчерпал свои возможности.

Общепринятый подход к проектированию перспективных авиационных комплексов состоит в том, что все подсистемы должны выбираться с позиции интеграции аппаратуры БРЭО в единое целое - интеллектуальное вычислительное ядро. Доминирующая сегодня концепция интеграции базируется на оптимальной композиции всей совокупности бортовых систем (источников и приемников информации, средств индикации и обработки) на всех этапах проектирования: начиная с концептуальных (поисковых) исследований, эскизного, технического проектирования и заканчивая вопросами унификации и стандартизации, основных конструктивно-функциональных модулей, в том числе, серийно выпускаемых.

Особенности схем связи комплексов БРЭО для независимого, федеративного и интегрированного принципов построения комплексов БРЭО приведены ниже:

Рисунок 1

Примеры построения структур авиационных комплексов: независимый принцип построения архитектуры БРЭО (а); федеративный принцип построения архитектуры БРЭО (б); интегрированный модульный принцип построения архитектуры БРЭО (в) (ИМА - интегрированная модульная авионика)

Авиационные комплексы БРЭО современных ЛА, находящиеся сегодня в эксплуатации, имеют системноориентированную детерминированную структурную организацию. Вычислительный ресурс такого БРЭО регулярно распределен между информационными каналами связи посредством организации отдельных подсистем. Перераспределение задач между подсистемами на системном уровне не предусматривается, что не обеспечивает возможность интеграции бортового оборудования. Реализуется лишь резервирование (дублирование, реже троирование) наиболее важных функций, решаемых бортовыми вычислительными средствами. Анализ бортовых информационных потоков пилотажно-навигационных данных свидетельствует, что при жестком функциональном распределении задач между специализированными бортовыми вычислительными системами требуемые характеристики производительности федеративного БРЭО 4-го поколения не обеспечиваются даже в случае использования высокоскоростных каналов информационного обмена.

Для радикального повышения эффективности БРЭО разработчиками сегодня предпринимаются попытки его реализации и проектирования в классе мультимикропроцессорных структур с программируемой архитектурой, допускающей динамическое перераспределение вычислительной мощности аппаратуры в зависимости от приоритета решаемых задач. Исходя из этого, можно утверждать, что наилучшим образом в беспилотном ударно-разведывательном летательном аппарате проявит себя интегрированный модульный принцип построения архитектуры БРЭО.

4. Тактико-технические характеристики подсистем

Основные элементы бортового оборудования БПЛА:

Рисунок 2

Бортовое оборудование БПЛА обеспечивает автоматическое, или по командам пункта дистанционного управления формирование сигналов стабилизации и управления полетом, сигналов управления устройствами полезной нагрузки. Сохранение и передачу на наземный пункт управления (НПУ) информации о полете, о состоянии бортового оборудования и необходимую информацию от устройств полезной нагрузки.

В состав бортового оборудования входит:

- блок датчиков с интегрированной спутниковой навигационной системой;

- система автоматического управления;

- командный радиоканал;

- передающее устройство информационного канала;

- система электропитания.

Блок датчиков с интегрированной спутниковой навигационной системой предназначен для получения информации о параметрах, характеризующих поступательное и вращательное движение центра масс при полете БПЛА. Поступательное движение характеризуется координатами и их производными во времени, вращательное - углами и их производными во времени. В блоке датчиков реализуется комбинированный метод навигации, основанный на рациональном взаимодействии бесплатформенной инерциальной и спутниковой систем навигации.

Блок датчиков состоит из трехкоординатных модулей датчиков, вычислительного ядра на микропроцессоре, GPS-приемника, схем согласования уровней и источников питания. Координатные модули установлены в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, совпадающих с осями X,Y, Z БПЛА, что позволяет получить информацию об ускорении по каждой оси и об угловой скорости вращения вокруг каждой оси.

Приемник предназначен для определения текущих значений координат (широты, долготы, высоты) вектора скорости БПЛА, а также текущего времени по сигналам спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС, GPG, SBAS.

Система автоматического управления предназначена для решения следующих задач:

- стабилизация траектории полета БПЛА;

- формирование управляющих воздействий на рулевые приводы;

- ввод поправок в полетное задание;

- управление оборудованием полезной нагрузки;

- формирование телеметрической информации и передача ее на НПУ;

- регистрация параметров полета в бортовом накопителе.

Система автоматического управления состоит из:

- процессорной платы;

- платы управления сервоприводами;

- платы управления оборудованием полезной нагрузки;

- платы контроллера CAN-канала;

- регистратора для накопления и хранения полетной информации.

Командный радиоканал предназначен для дистанционного управления БПЛА и обеспечивает:

- связь БПЛА с НПУ;

- прием с НПУ команд управления устройствами БПЛА и полезной нагрузки;

- передачу на НПУ телеметрической информации;

- обмен по мультиплексному CAN-каналу;

Командный радиоканал состоит из:

- контроллера CAN-канала;

- радиомодема;

- приемопередающей антенны.

Информационный радиоканал предназначен для передачи на НПУ видеоизображения (видеокамера, тепловизор, фотоаппарат и т. п.). Информационный радиоканал состоит из радиомодема и дипольной антенны. Приведенная структура имеет открытую архитектуру и может служить ядром (постоянной частью) бортового оборудования БПЛА. Сменная часть бортового оборудования специального назначения, которая имеет состав, соответствующий конкретным БПЛА и его задачам, подключается к ядру по CAN-интерфейсу или по аналоговым и дискретным входам и выходам. В состав бортового оборудования также входит алгоритмическое и программное обеспечение. Для его разработки определяются аэродинамические характеристики БПЛА с уточнениями в процессе продувок в аэродинамической трубе. Качество алгоритмического и программного обеспечения во многом определяет эффективность использования БПЛА.

Перспективный БПЛА должен уметь функционировать как в рамках взаимодействия человек-машина, так и в рамках человек-машина-машина. Одной из концепций боевого применения перспективного отечественного БПЛА является «роботизированный» комплекс, работающий в паре с пилотируемым боевым самолётом.

Следовательно (хотя бы по основным ТТХ), современный БПЛА не должен уступать как современным, так и перспективным фронтовым авиационным комплексам, а именно:

- конструкция планера БПЛА должна выполнятся с использованием «стелс»-технологий;

- БПЛА должен иметь современные двигатели с отклоняемым вектором тяги;

- конструкция БПЛА должна обеспечивать ведение маневренного боя, как на ближних, так и на дальних дистанциях, он должен уметь вести бой, как с воздушными, так и наземными или морскими целями;

- современный БПЛА, безусловно, должен уметь осуществлять полёт на крейсерском сверхзвуке.

Предельная скорость БПЛА должна находиться в пределах 2200-2600 км/ч; максимальная дальность полёта БПЛА должна составлять не менее 4000 км (без дозаправки) с ПТБ. БПЛА должны уметь осуществлять дозаправку в воздухе от воздушных танкеров. БПЛА должны иметь практический потолок полёта не менее 21000 метров и обладать скороподъёмностью не менее 330 - 350 метров в секунду.

БПЛА должен уметь пользоваться аэродромами с ВПП длиной не более 500 метров; максимальная эксплуатационная перегрузка БПЛА должна быть не менее чем 10-12 g (+/-).

В процессе выполнения полёта, как правило, управление БПЛА должно осуществляться автоматически посредством бортового комплекса навигации и управления, в состав которого должны входить:

- приёмник спутниковой навигации, обеспечивающий приём навигационной информации от систем ГЛОНАСС;

- система датчиков, обеспечивающая определение координат, ориентацию в пространстве и определение параметров движения БПЛА;

- информационная система, обеспечивающая измерение высоты и скорости, и управляющая органами движения и маневрирования БПЛА;

- различные виды антенн и радаров, предназначенные для выполнения задач связи, передачи данных, сопряжения в боевые информационные системы и сети, обнаружения и сопровождения целей;

- система оптической и инерциальной ориентации в пространстве БПЛА, в качестве дублирующей, системы глобального позиционирования;

- интеллектуальная система управления БПЛА и всеми его системами с использованием процедур логического вывода и принятия решений.

Бортовая система навигации и управления БПЛА, должна обеспечивать:

- полёт по заданному маршруту;

- изменение маршрутного задания или возврат в точку старта по команде с наземного пункта управления;

- изменение маршрутного задания в связи с изменившимися условиями выполнения задания;

- изменение маршрутного задания по команде сопряжённого в боевую сеть информационного комплекса;

- облёт указанной точки;

- выбор, селекцию и распознавание целей, как по команде оператора, так и в автоматическом режиме;

- автосопровождение выбранной цели;

- стабилизацию ориентации БПЛА;

- поддержание заданных высот и скорости полёта;

- сбор и передачу телеметрической информации о параметрах полёта и работе целевого оборудования;

- дистанционное программное управление устройствами целевого оборудования;

- передача информации на узлы боевой информационной сети и оператору по шифрованным каналам связи;

- сбор, накопление, интерпретацию полученных данных, а так же их распространение в рамках боевой информационной системы;

- система управления БПЛА должна обеспечивать взлёт и посадку БПЛА как при помощи аэродромного оборудования, так и на основе только оптической информации доступной системе управления БПЛА.

Бортовая система связи:

- должна функционировать по защищённым каналам связи;

- должна обеспечивать передачу данных с борта на землю и с земли на борт на узлы боевой информационной системы и принимать от них входящие данные.

Данные, передаваемые с борта на землю или на узлы боевой информационной системы:

- параметры телеметрии;

- потоковое видео, как целевой аппаратуры так и оптических органов ориентации БПЛА;

- данные разведки;

- данные интеллектуальной СПР - команды управления в рамках боевой информационной системы.

Данные, передаваемые на борт, содержат:

- команды управления БПЛА;

- команды управления целевой аппаратурой;

- команды управления интеллектуальной СПР.

В ходе выполнения данного проекта должно быть проведено решение следующих задач:

- анализ лётных, кинематических и тактических свойств;

- разработка и изготовление масштабно-габаритной модели, удовлетворяющей поставленным задачам;

- разработка, изготовление и исследование принципиально новых структурных схем и систем управления;

- экспериментальная отработка стратегий управления БПЛА посредством натурного моделирования поведения замкнутых систем в условиях неопределённости и наличия внешних возмущений;

- разработка научно-методологических основ конструирования трёхмерных планировщиков движения БПЛА на базе нейропроцессорных систем;

- конструирование сенсорных систем на базе телевизионных камер, тепловизоров и других датчиков обеспечивающих сбор, предварительную обработку и передачу информации о состоянии внешней среды, на базовый вычислительный комплекс БПЛА;

- других задач, связанных с созданием современного БПЛА, которые обязательно возникнут в процессе реализации проекта.

Информация, которую получает БПЛА, должна классифицироваться его информационной системой в зависимости от степени представляемой угрозы. Классификация должна проводится как по команде оператора наземной станцией управления (НСУ), так и в автоматической режиме бортовой информационной системой БПЛА. Во втором случае программное обеспечение комплекса содержит элементы искусственного интеллекта, и поэтому требуется выработать экспертные критерии и градации уровней угрозы при принятии решений информационной системой. Такие критерии могут быть сформулированы путём экспертных оценок и должны быть формализованы таким образом, чтобы минимизировать вероятность неправильной интерпретации данных информационной системой БПЛА.

беспилотный летательный разведывательный авиационный

Заключение

Автономность современных военных БПЛА пока оставляет желать лучшего. Однако развитее современных систем вооружения упрямо требует делать поводок для БПЛА все длиннее и длиннее, поскольку железный солдат реагирует на происходящее гораздо быстрее солдата живого, железный солдат не подвержен эмоциям, которые присущи солдату обычному. Если, к примеру, звено из эскадрильи попала под обстрел ПВО противника, то БПЛА с интеллектуальной системой управления может мгновенно зафиксировать точку выстрела. Совместно с другими БПЛА объединенными в боевую информационную сеть спланировать атаку и ответным огнем уничтожить вражескую ПВО ещё до того, как та успеет укрыться, а может быть даже раньше, чем та успеет провести выстрел.

Размещено на Allbest.ru