Статья

Название статьи МЕДЛЕННО-ЛЕТЯЩИЙ БПЛА С ЭЛЛИПСОВИДНЫМ КРЫЛОМ. ОСОБЕННОСТИ УПРАВЛЕНИЯ
Автор С.А. Синютин, А.А. Горбунов, Е.Б. Горбунова
Рубрика РАЗДЕЛ I. БЕСПИЛОТНЫЕ АВИАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
Месяц, год 01, 2016
Индекс УДК 681.5
DOI
Аннотация Рассматриваются особенности управления беспилотными летательными аппаратами (БПЛА) с эллипсовидным крылом. Показано, что подобные БПЛА занимают промежуточную нишу между БПЛА традиционной самолетной схемы и БПЛА мультироторного типа. При этом достигается большая энергоэффективность по сравнению с БПЛА мультироторного типа и меньшие минимальные скорости полета по сравнению с БПЛА традиционной самолетной схемы. Однако особенности формирования управляющих и возмущающих моментов приводят к необходимости адаптивного изменения расходов рулей в зависимости от скорости полета и величины мгновенного угла атаки БПЛА. Аналитический метод исследования, а так же CFD-моделирование, сложны и не дают достаточно точных результатов для формирования математической модели и, как следствие, законов управления. В качестве возможного решения поставленной задачи применяется метод черного ящика. С целью сбора данных, необходимых для создания математической модели объекта управления методом черного ящика, был создан ряд натурных моделей БПЛА с эллипсовидным крылом; разработано две версии специального бортового регистрирующего устройства, содержащего микроконтроллер, датчики и SD-карту для записи и сохранения полетных данных. Для расшифровки полученной информации используется программа, созданная в среде Matlab. В работе приведены примеры данных, полученных от чувствительных элементов. Показаны результаты применения фильтра первого порядка для уменьшения шумовой составляющей данных от акселерометра, а так же необходимость учета накопления ошибки при интегрировании данных от датчика угловых скоростей (ДУС). На основе данных акселерометра и ДУСа в сочетании с применением комплиментарного фильтра продемонстрировано определение углового положение летательного аппарата в пространстве относительно управляющих воздействий. В статье приведены результаты летных испытаний масштабных моделей БПЛА с эллипсовидным крылом с различными двигательными установками. Проверка правильности интерпретации данных осуществлена при помощи временной синхронизации полученных графиков с видеозаписью полета БПЛА. Выделены характерные особенности управления.

Скачать в PDF

Ключевые слова Беспилотный летательный аппарат (БПЛА); эллипсовидное крыло; энергоэффективность; метод черного ящика; система управления; лётные испытания.
Библиографический список 1. Зинченко О.Н. Беспилотный летательный аппарат: Применение в целях аэрофотосъемки для картографирования. «Ракурс». – М., 2011.
2. Трупкин В.В., Соляник П.Н. Аэродинамическая компоновка перспективного летательного аппарата с крылом малого удлинения // Авиационно-космическая техника и технология. – 2004. – Вып. 3 (11). – С. 65-68.
3. Recktenwald B., Crouse Gilbert L., Anwar A. Experimental Investigation of a Circular-Planform Concept // Journal of Aircraft. – 2010. – Vol. 47, No. 3.
4. Jongerius S.R., Lentin D. Structural Analysis of a Dragonfly Wing // Experimental Mechanics. – November 2010. –Vol. 50, Issue 9. – P. 1323-1334.
5. Shkarayev, S., Silin, B., Abate, G., and Albertani, R., Aerodynamics of Cambered Membrane Flapping Wings, 47th AIAA Aerospace Sciences Meeting, AIAA Paper 2010-0058, Orlando, FL, 4–7 Jan. 2010.
6. Chattot J.J., Hafez M.M., Glider and Airplane Design // Chapter Theoretical and Applied Aerodynamics. – April 2015. – P. 373-397.
7. Dunn T. Designing a New Breed of Flying Disc. URL: http://www.tested.com/tech/robots/460940-designing-new-breed-flying-disc/ (дата обращения: 02.04.2014).
8. Гришанов В.В., Малинин А.В., Тарасенко М.М. Исследование аэродинамических характеристик винтокольцевых (вентиляторных) БПЛА ВВП с использованием численного моделирования в программном комплексе FLOWVISION. – URL: http://tesis.com.ru/infocenter/
downloads/flowvision/fv_es15_3.pdf. (дата обращения: 07.10.2015).
9. Калашников С.В., Кривощапов А.А, Митин А.Л., Николаев Н.В. Расчетные исследования аэродинамических характеристик тематической модели ЛА схемы «Летающее крыло» с помощью программного комплекса FLOWVISION. – URL: http://tesis.com.ru/infocenter/
downloads/flowvision/fv_es15_13.pdf. (дата обращения: 07.10.2015).
10. Горбунов А.А., Горбунова Е.Б. Разработка системы управления беспилотным летательным аппаратом с эллиптическим крылом // Сборник научных статей Всероссийской научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Системотехника-2015». – Таганрог: Изд-во ЮФУ, 2015. – C. 48-54.
11. Горбунов А.А., Горбунова Е.Б. Получение математической модели БПЛА с эллипсовидным крылом методом черного ящика // Материалы Международной научно-практической конференции молодых ученых стран БРИКС. – Ростов-на-Дону: Изд-во ЮФУ, 2015. – C. 60-64.
12. Горбунов А.А., Синютин С.А. Математическая модель беспилотного летательного аппарата с эллипсным крылом // Инженерный вестник Дона. – 2015. – № 1. – Ч. 2.
13. LIS302DL MEMS motion sensor 3-axis - ± 2g/± 8g smart digital output “piccolo” accelerometer. URL: http://www.st.com/st-web-ui/static/active/en/resource/technical/document/datasheet/
CD00135460.pdf (дата обращения: 20.04.2015).
14. L3G4200D MEMS motion sensor: three-axis digital output gyroscope. – URL: http://lib.chipdip.ru/093/DOC001093044.pdf (дата обращения: 15.05.2015).
15. Подключение SD карты к микроконтроллеру. – URL: http://microtechnics.ru/podklyuchenie-sd-karty-k-mikrokontrolleru (дата обращения: 20.07.2015).
16. SD-карта и файловая система FAT. – URL: http://microtechnics.ru/sd-karta-i-fajlovaya-sistema-fat (дата обращения: 28.07.2015).
17. STM32Cube. Настройка и использование FatFS. URL: http://microtechnics.ru/stm32cube-nastrojka-i-ispolzovanie-fatfs (дата обращения: 28.07.2015).
18. STM32F3 and STM32F4 Series Cortex-M4 programming manual. – URL: http://www.st.com/web/en/resource/technical/document/programming_ manual/DM00046982.pdf (дата обращения: 7.06.2015).
19. Gabriel Hugh Elkaim, Fidelis Adhika Pradipta Lie, Demoz Gebre-Egziabher. Principles of Guidance, Navigation and Control of UAVs. – URL: http://citeseer.ist.psu.edu/viewdoc/summary? doi=10.1.1.294.7295&rank=1 (дата обращения: 02.03.2015).
20. Pralio B, Lorefice L A Stochastic Approach to MiniUAVs Control Design // WSEAS Int. Conf. on DYNAMICAL SYSTEMS and CONTROL, Venice, Italy, November 2-4, 2005. – P. 338-344.

Comments are closed.