Автореферат (Формирование облика разведывательного беспилотного летательного аппарата в условиях заданных стоимостных ограничений)

На правах рукописиКомиссаров Артем АлександровичФОРМИРОВАНИЕ ОБЛИКА РАЗВЕДЫВАТЕЛЬНОГОБЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТАВ УСЛОВИЯХ ЗАДАННЫХ СТОИМОСТНЫХОГРАНИЧЕНИЙ05.13.01 – Системный анализ, управление и обработка информации(Авиационная и ракетно-космическая техника)АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание учёной степеникандидата технических наукМосква – 2012Работа выполнена на кафедре 704 «Информационно-управляющие комплексы»Московского авиационного института (национального исследовательского университета, МАИ).Научный руководитель:Официальные оппоненты:кандидат технических наукТаргамадзе Реваз ЧолаевичБрусов Владимир Сергеевич, доктор техническихнаук, профессор кафедры 106 «Динамика иуправление летательных аппаратов» Московскогоавиационного института (национального исследовательского университета, МАИ), г.

МоскваКорнушенко Александр Вячеславич, кандидаттехнических наук, начальник сектора Федерального государственного унитарного предприятия«Центральный аэрогидродинамический институтимени профессора Н.Е. Жуковского» (ФГУПЦАГИ, г. Жуковский Московской области)Ведущая организация:Открытое акционерное общество «Конструкторское бюро «Луч» (ОАО «КБ «Луч») – 152920,Ярославская обл., г.

Рыбинск, бульвар Победы,д.25Защита состоится « 25 » мая 2012г. в 15.00 часов на заседании Диссертационного совета Д 212.125.12 в Московском авиационном институте (национальном исследовательском университете, МАИ) по адресу: 125993, г. Москва,А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д. 4.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского авиационного института (национального исследовательского университета, МАИ) поадресу: 125993, г. Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д. 4.Автореферат разослан « 24 » апреля 2012 г.Отзывы, заверенные печатью, просьба высылать по адресу: 125993, г. Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д.

4, МАИ, Учёный совет МАИ.Учёный секретарь диссертационного советаД 212.125.12, кандидат технических наук, доцент2В.В. ДарнопыхОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность проблемы. За последние годы значительно расширилисьмасштабы применения беспилотных летательных аппаратов (БЛА) в народномхозяйстве, возросли многообразие и сложность решаемых ими задач. При этомсущественно повысились требования к эффективности процессов разработкиБЛА, их надежности, экономичности и пр.Особенно жесткие требования предъявляются к боевым (разведывательным и ударным) БЛА, выполняющим разнообразные задачи наблюдения, в т.ч.поиска и слежения за мобильными объектами, прицеливания, целеуказания ивысокоточной доставки средств поражения.В работе рассматриваются вопросы проектирования разведывательныхБЛА с радиусом действия до 500 км, со взлетной массой 20-30 кг, скоростьюполета 70-150 км/ч и массой целевой нагрузки 5-7 кг.Сложность разработки подобных БЛА связана с многообразием выполняемых БЛА заданий, даже в рамках одной летной операции.

Это приводит кнеобходимости оценки эффективности одной операции по многим критериям,определяющим целевые свойства БЛА на каждом ее этапе: доставка целевойаппаратуры до области интереса, мониторинг области интереса, поиск, захват иинформационное сопровождение объекта интереса.Другим фактором, сопутствующим процессу создания БЛА рассматриваемого класса в современных условиях, является преобладание экономическихкритериев оценки проектных решений над техническими, что существенно сказывается на самом процессе выбора альтернативных решений и облике БЛА.

Всвязи с этим большой практический интерес представляет создание методического обеспечения процесса формирования облика БЛА при заданных экономических ограничениях.В связи с относительно короткой историей создания БЛА, технологии ихразработки в существенной степени опираются на опыт, приобретенный разработчиками пилотируемой авиации.В рамках исследований по применению методов оптимального проектирования и автоматизированного проектирования ЛА необходимо отметить работы А.А. Бадягина, И.С. Голубева, С.М.

Егера, Д. Кюхемана, А.А. Лебедева,И.В. Остославского, Е.В. Тарасова, Л.С. Чернобровкина, Н.А. Фомина, В.М.Шейнина.В этих работах рассматриваются различные подходы к решению задачоптимального проектирования летательных аппаратов (ЛА) и его элементов,как правило, в так называемой одноцелевой постановке, согласно которой параметры и управления ЛА оптимизируются при условиях, отражающих по существу одно характерное (расчетное или номинальное) задание. Между тем,значительное многообразие и неопределенность заданий (целей) и условийприменения являются наиболее характерными особенностями БЛА.Задача выбора параметров многоцелевых объектов в той или иной мересвойственна процессу создания практически всех технических систем.

Проблемы оптимального проектирования многоцелевых летательных аппаратов подробно рассматриваются в работах В.С. Брусова, С.А. Пиявского и др. Однако,как отмечалось выше, проектирование БЛА имеет ряд особенностей, что требу3ет дополнения известной методологии новой методикой выбора проектных решений БЛА, отражающей специфические целевые задачи и доминированиеэкономических критериев.Объект исследования – разведывательный беспилотный летательныйаппарат.Предмет исследования – процесс формирования облика БЛА в условияхзаданных стоимостных ограничений.Целью диссертационной работы является повышение качествапринятия решений на ранних этапах проектирования путем разработкиметодики выбора альтернатив в условиях стоимостных ограничений на образецБЛА.Достижение поставленной цели диссертационной работы осуществленона основе решений следующих основных задач:1) анализ и формулировка цели летной операции, формулировкалокальных целей, построение иерархической структуры целей;2) определение характеристик локальных целей;3) формирование критериев эффективности и целевой функции;4) построение моделей функционирования БЛА, стоимостной модели,оценка их адекватности;5) определение на основе этих моделей допустимого множествапараметров БЛА;6) построение и анализ областей достижимости;7) обоснование свертки локальных критериев;8) анализ влияния критерия стоимости на области достижимости;9) определение оптимального облика БЛА (с учетом заданныхстоимостных ограничений).Облик БЛА в работе характеризуется следующими параметрами:удлинение крыла; скорость полета; взлетная масса БЛА; тип аэродинамическойсхемы БЛА: нормальная с прямым крылом, летающее крыло со стреловиднымкрылом; тип двигателя: двигатель внутреннего сгорания, электродвигатель.Методы исследования.

В работе были использованы методы системногоанализа и математического моделирования, математические методы оптимизации, методы многокритериального анализа и синтеза. Задача многокритериального выбора проектных решений сводится к двухкритериальной задаче «эффективность-стоимость» путем применения линейной свертки локальных критериев технической эффективности.Задача выбора обликовых параметров БЛА формулируется как задача оптимизации при фиксированной целевой функции и заданных стоимостных ограничениях.Основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту:1) формализация целей летной операции БЛА на основании анализа целевых операций и формирование критериев эффективности: сведение оценокэффективности к двум – дальности полета и радиусу разворота;42) разработка математических моделей летной операции БЛА: функциональных и стоимостных, в явном виде связывающих конструктивные параметрыБЛА с критериями эффективности и стоимостью единичного образца БЛА;3) разработка методики формирования облика БЛА при заданных стоимостных ограничениях, включающей линейную свертку критериев эффективностив целевую функцию, фиксацию критерия стоимости на ограничительном уровне,выбор параметров облика БЛА, наилучших в смысле оптимума выбранной целевой функции;4) результаты расчета оптимальных параметров БЛА при различных значениях критерия стоимости и двух вариантах целевой функции, и определениеэффективных альтернатив.Научная новизна.

В процессе решения поставленных задач полученыследующие новые научные результаты:1) формализованы цели летной операции БЛА на основании анализа целевых операций и сформированы критерии эффективности на основе двух параметров – дальности полета и радиуса разворота;2) разработаны математические модели летной операции БЛА: функциональные, стоимостные;3) разработана методика формирования облика БЛА при заданных стоимостных ограничениях, сведенная к задаче оптимизации параметров БЛА надостижимом множестве критериев эффективности с использованием целевойфункции в виде линейной свертки критериев эффективности и фиксированномстоимостном критерии;4) проведен результат расчета обликовых параметров БЛА для двух вариантов целевой функции и фиксированном стоимостном критерии и определеныэффективные альтернативы.Практическая значимость работы и результаты внедрения.Созданная методика позволяет определить облик БЛА при заданныхстоимостных ограничениях и оценить влияние стоимостных ограничений надостижимые характеристики БЛА, определить вариации параметров БЛА,заданных техническим заданием, с целью удовлетворения стоимостныхограничений, выработать рекомендации по изменению стоимостныхограничений БЛА, что особенно важно на ранних стадиях проектирования;Основные результаты диссертационной работы внедрены в ФГУП«НПО им.

С.А. Лавочкина» при выполнении НИР «Космос-крыло», в ОАО«ОКБ Сухого» при выполнении НИР «Охотник», в учебном процессе Московского авиационного института при проведении практических и лабораторных занятий в рамках специальности 160601 «Прицельно-навигационные системы летательных аппаратов», что подтверждается соответствующими актами.Достоверность результатов, полученных в диссертационной работе,подтверждается корректным использованием методов системного анализа,доказательством адекватности принятых математических моделей БЛА,непротиворечивостью полученных результатов определения множествэффективных альтернатив сложившейся практике создания и применения БЛА.Апробация работы.