Дипломная работа: Беспилотные летательные аппараты самолетного типа

Содержание

Введение......................................................................................................... 6
1 Анализ современных БПЛА самолетного типа ...................................... 7
1.1 Обзор существующих БПЛА самолетного типа. Основные понятие,
классификация, назначение и системные характеристики ................................. 7
1.2 Анализ современных средств моделирования. Состав оборудования
и система управления разведывательного автопилота ..................................... 12
1.3 Постановка задачи ................................................................................ 23
2 Динамика движения полетом самолета ................................................. 24
2.1 Системы координат, применяемые в динамике полета .................... 24
2.2 Связь между системами координат..................................................... 26
2.3 Дифференциальные уравнения движения для БПЛА самолетного
типа ......................................................................................................................... 31
2.4 Линеаризация уравнений движения летательного аппарата ............ 41
2.5 Синтез оптимальной по интегральному квадратичному критерию
нестационарной линейной системы управления ............................................... 49
2.6 Анализ результатов моделирования САУ БПЛА самолетного типа в
среде Matlab/Simulink ........................................................................................... 54
3 Безопасность жизнедеятельности........................................................... 57
3.1 Анализ условий труда........................................................................... 57
3.2 Расчет производственного освещения ................................................ 58
3.3 Анализ оборудования ........................................................................... 63
3.4 Анализ микроклимата........................................................................... 64
4 Технико-экономическое обоснование ................................................... 67
4.1 Цели и задачи дипломного проекта .................................................... 67
4.2 Определение затрат на создание программного продукта ............... 68
4.3 Расчет затрат на оплату труда разработчика, на техническое
обеспечение проекта и на энергоресурсы........................................................... 70
4.4 Калькуляция сметной стоимости и цена ПП...................................... 73
Заключение .................................................................................................. 76
Список литературы ..................................................................................... 77
Приложение А ............................................................................................. 79
Приложение Б ..............................................................................................
1 Анализ современных БПЛА самолетного типа
1.1 Обзор существующих БПЛА самолетного типа. Основные
понятие, классификация, назначение и системные характеристики
Беспилотный летательный аппарат (БПЛА) — в общем случае это
летательный аппарат без экипажа на борту. Понятие летательный аппарат
включает в себя большое число типов, у каждого из которых есть свой
беспилотный аналог. В прессе, когда речь идет о резком всплеске интереса к
беспилотникам, и в данном материале под определение БПЛА попадает более
узкое понятие. А именно: летательный аппарат без экипажа на борту,
использующий аэродинамический принцип создания подъемной силы с
помощью фиксированного или вращающегося крыла (БПЛА самолетного и
вертолетного типа), оснащенный двигателем и имеющий полезную нагрузку и
продолжительность полета, достаточные для выполнения специальных задач
(см. табл. 1.1) [1].

Таблица 1.1 - Типы беспилотных летательных аппаратов
Классификация комплексов с БПЛА подразумевает функционирование
системы беспилотных комплексов, в состав которой входят БПЛА ближнего
действия, малой и средней дальности, а также БПЛА большой дальности,
оснащенные различной целевой аппаратурой. В целом с учетом особенностей
задач и специфики гражданской продукции указанная классификация пригодна
для использования в ходе формирования аналогичной системы гражданского
назначения [2].
С учетом реального состояния и перспектив развития отечественных
беспилотных систем военного назначения в обозримой перспективе для
использования в гражданском секторе наиболее доступными будут комплексы
ближнего действия, а также комплексы малой и средней дальности.
При этом, комплексы средней дальности целесообразно использовать для
контроля состояния линейных объектов большой протяженности (500 - 1000
км), морских акваторий и наземных площадных объектов больших размеров
(площадью 100 и более км ).
Комплексы малой дальности могут применяться для работы с линейными объектами средней или малой протяженности (до 500 км) или
площадными объектами размерами 50 и более км
Комплексы ближнего действи эффективны для мониторинга и
обеспечения безопасности площадных объектов малых размеров (площадью
до 50 км ) и линейных объектов малой протяженности (до 100 км).
К основным летно-техническим характеристикам БПЛА относятся: высота, скорость и продолжительность полета;
тип и характеристики силовой установки; состав и характеристики бортового радиоэлектронного пилотажно-навигационного
и целевого оборудования;
характеристики аппаратуры стабилизации БПЛА и целевой аппаратуры в полете, а также режимы управления ими;
способ старта и посадки БПЛА
Приоритет БПЛА самолетного и вертолетного типов над остальными
можно проиллюстрировать следующей диаграммой:
Рисунок 1.1 – Соотношение числа БПЛА самолетного и вертолетного
типов ко всем прочим (по данным UVS International)
Назначение и системные характеристики
Известные проекты БПЛА разработаны или разрабатываются в
большинстве своем для выполнения задач разведки (включая наблюдение и
обнаружение целей), хотя просматривается наращивание усилий для
выполнения ряда других задач, включая:
сбор информации, обеспечивающей принятие политических решений в кризисных ситуациях;радио- и радиотехническую разведку;
радиационную, химическую и биологическую разведку;
обнаружение мин и минных полей; создание помех радио-и радиотехническим средствам противника;
подавление ПВО противника;
оценка результатов ударов, нанесенных по противнику;
противоракетная оборона на ТВД, включая обнаружение и уничтожение целей; ретрансляция сообщений и данных;
сбор метеорологической информации и др.

Многоцелевы беспилотные комплексы являются перспективным инвестиционно привлекательным видом техники двойного
назначения.
Применение беспилотных технологий эффективно не только в интересах
обеспечения обороны страны и безопасности государства, но и в интересах
гражданского сектора экономики.
Современный комплекс с беспилотными летательными аппаратами
(БЛА) представляет собой высокотехнологичную роботизированную систему,интегрирующую последние достижения
в области авиастроения,
микроэлектроники, вычислительной техники, а также аппаратуры обработки и
передачи больших объемов информации.
Применение БПЛА в гражданском секторе в настоящее время находится
в ожидании решения некоторых технических и организационных проблем, без
чего невозможно стабильное использование БПЛА.
Основные проблемы связаны с использованием воздушного
пространства, выделением частотного диапазона для управления БПЛА и
передачи информации с борта на землю и наоборот и, наконец, с развитием
рынка гражданских услуг, который находится в стадии становления.
Из поставленных гражданским сектором рынка задач применения
БПЛА, в первую очередь, хочется отметить такие, которые в ближайшее
время могут стать востребованными. С помощью беспилотных систем можно
контролировать как техническое состояние объектов, так и их безопасность и
функционирование, притом, что контролируемые объекты могут находиться
на большом удалении (протяженные объекты). Для формирования облика
беспилотных систем немаловажное значение имеют нормативно-правовые и
организационно-технические факторы, определяющие особенности создания
и применения комплексов с БПЛА как гражданской продукции, прежде всего в
части обеспечения безопасности использования воздушного пространства.
Для запуска большинства видов БПЛА не требуются аэродромы или
специально подготовленные площадки. Аппараты можно оснастить совершенной
съемочной и стабилизирующей аппаратурой, а также разнообразными сенсорами
для мониторинга окружающей среды. Для проведения оперативной аэрофотосъемки
более предпочтительны БПЛА сверхлегкого и легкого классов, несмотря на
ограничения в полезной нагрузке, что несколько сужает выбор устанавливаемой
съемочной аппаратуры. Кроме того, аэрофотосъемка с БПЛА при установке
соответствующего съемочного оборудования позволяет получать цифровые снимки
сверхвысокого пространственного разрешения до нескольких сантиметров (2–4 см)
в различных спектральных диапазонах [3].
Аэрофотосъемка с БПЛ— значительно более наглядный и
экономичный способ контроля по сравнению с наземным визуальным
наблюдением и протоколированием. Современные аппараты способны
выполнять значительный ряд задач, преодолевать большие расстояния и
снимать большие о площади территории. Разнообразие существующего
программного обеспечения для обработки результатов аэрофотосъемки с
БПЛА позволяет получать готовые ортофотопланы и цифровые модели
местности в автоматическом режиме уже через 1 ч после посадки аппарата .
Основным предназначением комплексов с БЛА в гражданском секторе
экономики является информационное обеспечение широкого круга потребителей.
Конкретный гражданский беспилотный комплекс может быть получен входе его полномасштабной разработки, а такж путем адаптации существующих средств военного назначения для решения задач в интересах
гражданского потребителя.
Превосходством БПЛА перед пилотируемыми воздушными судами
является, прежде всего, стоимость производства работ, а также значительное
уменьшение количества регламентных операций. Само отсутствие человека
на борту самолета значительно упрощает подготовительные мероприятия для
проведения аэрофотосъемочных работ. Преимущество БПЛА более подробно
описано в таблице 1.2.
Таблица 1.2 – Преимущество БП
В ведущих военных державах мира боевые беспилотные летательные
аппараты активно развиваются. В первую очередь, следует выделить БЛА
разведывательного назначения, развитие которых связано с восполнением
дефицита информационного обеспечения боевых действий, в особенности в
связи с увеличением значимости высокодинамичных конфликтов (в том числе локальных)где важное значение приобретае оперативность
информационного(разведывательного) обеспечения и реализация разведывательно-ударных действий в реальном масштабе времени.
Анализ современных средств моделирования.
Состав оборудования и система управления разведывательного автопилота
Конструкция разведывательного БПЛА
Зарубежный опыт применения беспилотных летательных аппаратов в
локальных конфликтах подтверждает перспективность этого типа БПЛА. В
типаже разведывательных БПЛА следует выделить долго барражирующие
высотные БПЛА типа Global Hawk (который по функциям в определенной
степени является аналогом самолета разведки и управления типа «JSTARS»),
а также разведывательные БПЛА меньшей размерности для решения задач
тактического уровня.
БПЛА RQ-4 Global Hawk известный также как Tier 2+ используется в
военно-воздушных силах США в качестве разведывательного самолета.
Первый аппарат Global Hawk был передан военно-морским силам США в
2004 году и приступил к выполнению боевых задач в марте 2006 года.
RQ-4 выполнен по нормальной аэродинамической схеме. Крыло
полностью изготовлено из композиционного материала основе углеволокна. V-образно
хвостовое оперение, также сделано из композиционных материалов. Фюзеляж изготавливается из алюминиевых
сплавов. Его размах крыльев равен примерно 35 метрам, длина — 13,3
метрам, а взлетный вес приближается к 15 тоннам на рисунке 1. Аппарат
может патрулировать в течение 30 часов на высоте до 18000 метров. По
сообщениям в печати: цена планера $35млн, полностью оснащённого
$123млн.
Рисунок 1.2 – Общий вид V-образного RQ-4
Для повышения мобильности все наземное оборудование размещено в
контейнерах или на специальных трейлерах. Радар, дневная и инфракрасная
камеры могут работать одновременно. Дневная электронно-оптическая
цифровая камера изготовлена компанией Hughes и обеспечивает получение
изображений с высоким разрешением. Датчик (1024 x 1024 пиксел) сопряжен
с телеобъективом с фокусным расстоянием 1750 мм. В зависимости от
программы есть два режима работы. Первый — сканирование полосы
шириной 10 км. Второй — детальное изображение области 2 х 2 км . Радар с
синтезированной апертурой изготовлен фирмой Raytheon (Hughes) и
предназначен для работы в любых погодных условиях. В нормальном режиме
работы он обеспечивает получение радиолокационного изображени
местности с разрешением 1 метр. За сутки может быть получено изображение
с площади 138,000км² на расстоянии 200 км. В точечном режиме («spotlight»
mode), съемка области размером 2 х 2 км, за 24 часа может быть получено
более 1900 изображений с тразрешением 0,3м Global Hawk имеет широкополосный спутник....