Определение конструктивных параметров беспилотного летательного аппарата с изменяемой в полете структурой с использованием математического моделирования

Александр Леонидович Карташев, Андрей Сергеевич Пантелеев

Аннотация


Проводится обзор существующих подходов для снижения дистанции пробега и горизонтальной скорости приземления беспилотного летательного аппарата. В настоящей работе исследуется динамика движения беспилотного летательного аппарата с постоянным
углом стреловидности крыла. Для совершения маневра приземления используется балансирный способ управления. Такой способ управления осуществляется путем смещения части аппарата, именуемой грузом, относительно платформы, основной части аппарата. Для математического описания выбранного принципа управления используются уравнения динамики движения системы твердых тел. Математические модели коэффициентов аэродинамических сил апроксимируются тригонометрическими функциями, для их использования в широком диапазоне углов атаки. Реализация математической модели движения осуществляется средствами библиотеки SimMechanics программного комплекса Matlab/Simulink. На фоне общей динамики движения дополнительно рассматривается использование гоширования (перекоса) крыла для увеличения силы сопротивления с целью сокращения горизонтальной скорости приземления. Рассматриваются конструктивные решения привода гоширования, выделяются конструктивные параметры, влияющие на динамику движения беспилотного летательного аппарата в целом.
Предлагается к рассмотрению следующая структура математической модели, состоящая из двух частей: общая динамика движения системы твердых тел и внутренняя динамика работы привода. Указанный подход позволяет оценить влияние на общую динамику движения беспилотного летательного аппарата с изменяемой в полете структурой внутренней динамики привода. В настоящей работе выполняется численное моделирование и обсуждаются получен-
ные результаты, характеризующие работу привода. Исследуется кинематические параметры привода: угол поворота, скорость вращения и угловое ускорение, а также исходный задаваемый закон управления. Полученные результаты позволяют сделать вывод о целесообразности предлагаемого подхода.

Ключевые слова


математическое моделирование; динамика движения; система твердых тел; изменяемая структура; гоширование; беспилотный летательный аппарат

Полный текст:

PDF

Литература


Vislenjov V.V., Kuz'menko D.V. Teoriya aviatsii [Aviation Theory]. Moscow, Gosudarstvennoe voennoe izdatel'stvo narkomata oborony Soyuza SSR Publ., 1939. 384 p.

Crowther W.J. Perched Landing and Takeoff for Fixed Wing UAVs. NATO AVT Symposium on Unmanned Vehicles for Aerial, Ground and Naval Military Operations 9-13 October 2000 in Ankara, Turkey.

Wickenheiser A.M. Dynamics and Trajectory Optimization of Morfing Aircraft in Perching Maneuvers. PhD Dissertation. Cornell University, 2008.

Cory R.E. Supermaneuverable Perching. PhD dissertation. Massachusetts Institute of Technology, 2010.

Sim Alex G. Flight Characteristics of a Modified Schweizer SGS 1-36 Sailplane at Low and Very High Angles of Attack. NASA TP-3022, H-1563, NAS 1.60:3022, July 1990, 91N10079.

Liliental' O. Polet ptits kak osnova iskusstva letat' [Flight of Birds as the Basis of the Art of Flying]. Moscow; Izhevsk. Institut komp'yuternykh issledovaniy Publ., 2002. 232 p.

Pantileev A.S. [Statement of the Problem of Optimum Landing Approach of the Pilotless Flying Machine with Structure Changed in Flight]. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Computer Technology, Management, Electronics, 2010, iss. 13, no. 22(198), pp. 43–46. (in Russ.)

Pantileev A.S. [Numerical and Experimental Study of the Motion of the UAV in Flight with Variable Structure]. 8th International Conference “Aviation and Cosmonautics – 2015”. 16–20 November. Moscow, 2015, pp. 24–25. (in Russ.)

Pantileev A.S. [The Implementation of a Mathematical Model of UAV Motion with Variable in-Flight Structure in MATLAB/SIMULINK/SIMMECHANICS]. Raketno-kosmicheskaya tekhnika: Nauchno-tekhnicheskiy sbornik. Ser. XIV. Raschet, eksperimental'nye issledovaniya i proektirovanie [Rocket and Space Technology: Scientific and Technical Collection. Ser. XIV. Calculation, Design and Experimental

Studies], 2009, iss. 1(56), pp. 231–237. (in Russ.)

Pantileev A.S. [Research Problems of the Dynamics of Motion of the UAV in Flight with a Variable Structure]. Dinamika mashin i rabochikh protsessov: sbornik dokladov Vserossiyskoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii [Dynamics of Machines and Work Processes: a Collection of the All-Russian Scientific and Technical Conference 8–10 December 2009, Chelyabinsk], 2009, pp. 138–140.

(in Russ.)

Pantileev A.S. [Tasks and Mathematical Models of the Motion of Unmanned Aircraft in Flight with a Variable Structure]. Dinamika mashin i rabochikh protsessov: sbornik dokladov Vserossiyskoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii [Dynamics of Machines and Work Processes: a Collection of the

All-Russian Scientific and Technical Conference 10-12 April 2012, Chelyabinsk], 2012, pp. 154–158. (in Russ.)

Menon P., Sweriduk G., Ohlmeyer E., Malyevac D. Integrated Guidance and Control of Moving Mass Actuated Kinetic Warheads. J. Guid. Control Dyn., 2004, 27(1), pp. 118–127.

Woolsey C. A., Leonard N. E. Moving Mass Control for Underwater Vehicles. Proceedings of the American Control Conference, 2002, pp. 2824–2829.

Haug E.J. Computer Aided Kinematics and Dynamics of Mechanical Systems. Vol. 1. Basic Methods. Allyn and Bacon, 1989.

Schiehlen W.O. Multibody System Handbook. Springer-Verlag, 1990.

Vittenburg Y. Dinamika sistem tverdykh tel [The Dynamics of Systems of Solids]. Moscow, Mir Publ., 1980. 292 p.

Wood G.D. Simulating Mechanical Systems in Simulink with SimMechanics. The MathWorks Inc., 2002.


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.