Автореферат (Формирование облика разведывательного беспилотного летательного аппарата в условиях заданных стоимостных ограничений), страница 3

Вопрос непротиворечивости используемых моделей реальнымфизическим связям – важнейший вопрос, возникающий при интерпретациирезультатов, полученных моделированием.С целью оценки адекватности разработанных моделей было проведеносравнение результатов расчета дальности полета БЛА с фактическими характеристиками реальных БЛА. При этом ошибка модели определяется какΔL(Vk)=100[Lм(Vk, mб) – Lф(Vk, mб)] /Lм, [%], где Lм(Vk, mб) – дальность полета,рассчитанная для скорости Vk и соответствующей mб или mт, Lф(Vk, mб) – экспериментальная (фактическая) дальность полета.Рис. 2 Зависимость дальности L от скорости для БЛАс двигателем внутреннего сгоранияНа рис.

2 показан график зависимости дальности L от скорости для БЛА сдвигателем внутреннего сгорания. Здесь же показаны соотношения дальности искорости для БЛА «Орлан» (точка 1, mт=0,32, ошибка – менее 5%), «Зала» (точка 2, mт=0,28, ошибка – менее 3%) и «Skaneagle» (точка 3, mт=0,28, ошибка –8%).Сравнение оценок дальности, полученных по используемым моделям, среальными данными дает основание считать, что принятые модели могут бытьиспользованы на начальных этапах проектирования.В четвертой главе представлена процедура расчета проектных параметров, характеризующих облик БЛА. На основе методики, рассмотренной в главе1, разработан алгоритм расчета, включающий построение областей достижимости заданий БЛА и определения в них искомых параметров (рис.

3).В блоках 1 и 2, выделенных штриховыми прямоугольниками, производится построение областей достижимости заданий.При этом вначале определяются области существования C, L и R при различных значениях (в пределах заданных диапазонах) параметров m0, V, λ. Зна12Ввод исходныхданных1.

ОбластиПостроение зависимости L(m0, V, λ)существованияПостроение зависимости R(m0, V, λ)Построение зависимости С(L,R)2. ОбластидостижимостиС(L,R)Ввод ограничений на значениестоимостиС0 ≤ С0трОпределение значений Lmaxпри ограниченной C0ВариантыБЛАОпределение значений Rminпри ограниченной C0Проверкаокончания циклаВыбор варианта облика.Определение параметров m0, V, λРис. 3 Блок-схема алгоритма формирования облика БЛАпри заданных ограничениях стоимости13чения m0, V, λ изменяются дискретно, при этом задаваемые интервалы дискретизации Δm0, ΔV, Δλ могут варьироваться.Границы областей достижимости уточняются в блоке 2 за счет введенияограничения С0 ≤ С0тр.Область достижимости позволяет определить наилучшие значения критериев эффективности Lmax и 1/Rmin и соответствующие значения R(Lmax) иL(Rmin).Данная процедура повторяется для всех конструктивных вариантов БЛАс различными аэродинамическими схемами и типами двигателей.На следующем шаге расчетов полученные значения критериев сравниваются, и выбирается конечный вариант значений критериев L и R.Последним этапом расчетов является определение значений проектныхпараметров БЛА: m0, V, λ, Р, Д.Исходные данные для расчетов:Аэродинамическая схема (Р): нормальная или летающее крыло,Удлинение крыла (2 – 10)- λ,2Площадь крыла (0,8 – 1,2 м )- Sкр,Масса БЛА (20до 28 кг)- m0,Масса целевой нагрузки (≥ 4кг) - mцн,Скорость полета (100 до 150 км/ч) - V,Тип двигателя (Д): с тепловым источником энергии, с электрическим источником энергии.а)в)б)г)Рис.

4 Проекции зависимостей критериев эффективностиот проектных параметров14На рис. 4 представлены примеры рассчитанных областей достижимостизаданий БЛА, где на а) показана зависимость R(m, ), б) R(m,V), в) L(m, ), г)L(m,V).Расчеты проводились для объема серии Nc = 100 БЛА и вариантов ограничений по стоимости:1.С0тр = 21 000,00 долл. США;2.С0тр = 22 000,00 долл. США;3.С0тр = 22 500,00 долл.

США.Для каждого варианта цены были определены искомые значения проектных параметров m, V, (таблица 2 – 4).В результате проведенных исследований можно сделать следующие выводы: при равной цене максимальная дальность полета обеспечивается конструктивной схемой «летающее крыло», оснащенной ДВС. Среди известных образцов БЛА такому типу соответствует БЛА “Scaneagle”. В то же время, еслиречь идет о повышении маневренности БЛА, т.е.

минимизации радиуса разворота, то этому условию наилучшим образом удовлетворяет БЛА, выполненныйпо нормальной схеме и также оснащенный ДВС.Таким образом, разработанный алгоритм позволяет определять проектные параметры для различных вариантов конструктивных схем многофункциональных БЛА при ограниченной стоимости и оценить влияние стоимостных ограничений на облик.Таблица 2Стоимость(долл. США)СхемаТип двигателяКритерийLmax=1,1*106 мR=34,5 мНормальнаяДВСRmin=32 мL=5,1*105 мLmax=5,6*104 мR=34,5 мНормальнаяЭлектрич.Rmin=32 мL=2,59*104 мC=21 000Lmax=1,53*106 мR=41 мЛетающее крылоДВСRmin=37,3 мL=7,2*105 мLmax=7,8*104 мR=41 мЛетающее крылоЭлектрич.Rmin=37,3 мL=3,65*104 м15Проектные параметрыm0=19 кгλ= 10V= 100 км/чm0=19 кгλ=10V=150 км/чm0=19 кгλ=10V=100 км/чm0=19 кгλ=10V=150 км/чm0=21,9 кгλ=10V=100 км/чm0=21,9 кгλ=10V=150 км/чm0=21,9 кгλ=10V=100 км/чm0=21,9 кгλ=10V=150Таблица 3Стоимость (долл.США)СхемаТип двигателяКритерийLmax=1,3*106 мR=37,4 мНормальнаяДВСRmin=34,5 мL=6,05*105мLmax=6,6*104 мR=37,4 мНормальнаяЭлектрич.Rmin=34,4 мL=3,07*104 мC=22 000Lmax=1,72*106 мR=44,4 мЛетающее крылоДВСRmin=39,6 мL=8,14*105 мLmax=8,7*104 мR=44,3 мЛетающее крылоЭлектрич.Rmin=39,6 мL=4,13*104 мПроектные параметрыm0=20,3 кгλ=10V=100 км/чm0=20,3 кгλ=10V=150 км/чm0=20,3 кгλ=10V=100 км/чm0=20,3 кгλ=10V=150 км/чm0=23 кгλ=10V=100 км/чm0=23 кгλ=10V=150 км/чm0=23 кгλ=10V=100 км/чm0=23 кгλ=10V=150 км/чТаблица 4Стоимость(долл.

США)СхемаТип двигателяКритерийLmax=1,39*106 мR=38,8 мНормальнаяДВСRmin=35,5 мL=6,48*105мLmax=7,05*104 мR=38,8 мНормальнаяЭлектрич.Rmin=35,5 мL=3,29*104 мC=22 500Lmax=1,8*106 мR=45,9 мЛетающее крылоДВСRmin=40,7 мL=8,57*105 мLmax=9,19*104 мR=45,9 мЛетающее крылоЭлектрич.Rmin=40,7 мL=4,34*104 м16Проектные параметрыm0=20,9 кгλ=10V=100 км/чm0=20,9 кгλ=10V=150 км/чm0=20,9 кгλ=10V=100 км/чm0=20,9 кгλ=10V=150 км/чm0=23,8 кгλ=10V=100 км/чm0=23,8 кгλ=10V=150 км/чm0=23,8 кгλ=10V=100 км/чm0=23,8 кгλ=10V=150 км/чВ результате проведенных исследований можно сделать следующие выводы: при равной цене максимальная дальность полета обеспечивается конструктивной схемой «летающее крыло», оснащенной ДВС. Среди известных образцов БЛА такому типу соответствует БЛА “Scaneagle”.

В то же время, еслиречь идет о повышении маневренности БЛА, т.е. минимизации радиуса разворота, то этому условию наилучшим образом удовлетворяет БЛА, выполненныйпо нормальной схеме и также оснащенный ДВС.17ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ1. Проведен анализ целевых задач, выполняемых разведывательнымиБЛА средней дальности в летной операции. Показано, что цель летнойоперации зависит от совокупности локальных целей (заданий) каждого этапаоперации, эффективность которых оценивается различными критериями, вчастности: дальностью полета БЛА и радиусом разворота БЛА.2. Сформулирована постановка задачи формирования облика БЛА наначальных этапах проектирования при заданных стоимостных ограничениях.При этом облик БЛА определяется следующим набором проектных параметров:взлетной массой БЛА, удлинением крыла, скоростью полета, аэродинамическойсхемой, типом двигателя.

Формально задача формирования облика заключаетсяв выборе технического решения из множества альтернатив, соответствующегооптимуму критерия выбора. В качестве такого критерия в работе предлагаетсяиспользовать целевую функцию в виде линейной свертки локальных критериевэффективности: дальности полета и радиуса разворота БЛА.3. Разработана методика формирования облика БЛА при заданныхстоимостных ограничениях, заключающаяся в формировании множестваальтернатив облика БЛА, определении области достижимости критериевэффективности при фиксированном значении критерия стоимости, определениицелевой функции на области достижимости, определении эффективныхальтернатив, соответствующих двум вариантам предпочтения при построениицелевой функции: максимуму дальности, либо минимуму радиуса разворотаБЛА.4.