Способ коррекции формируемой конфигурации маршрута беспилотного планирующего летательного аппарата
METHOD FOR CORRECTING THE FORMED CONFIGURATION OF THE ROUTE OF AN UNMANNED GLIDING AIRCRAFT

Изобретение относится к области наведения беспилотных планирующих летательных аппаратов (БПЛА) и может быть использовано при эксплуатации таких летательных аппаратов.
Наиболее близким к данному изобретению является «Способ управления беспилотным планирующим летательным аппаратом» (RU 2654238, 2018), базирующийся на следующих основных положениях:
1. БПЛА обладает возможностью автономного управления величиной и направлением аэродинамической подъемной силы путем целенаправленного изменения угла аэродинамического крена ϕ и угла атаки α.
j
2. Движение БПЛА по маршруту, заданному совокупностью опорных точек M (j = 1, …, N), осуществляется последовательным наведением на эти точки.
j
j
0
0
j
Маршрут БПЛА выбирается на карте земной поверхности в местах, где по каким-либо причинам требуется изменение направления движения БПЛА, и задается опорными точками маршрута в виде совокупности геодезических координат B, L. В соответствии с общей протяженностью маршрута определяются начальные условия (начальные значения скорости V и высоты H), в функции удаленности от начальной точки вычисляются высоты промежуточных опорных точек H.
Перед полетом сформированный маршрут и соответствующая ему опорная траектория проверяются на возможность реализации, т.е. на удовлетворение всем техническим ограничениям, и прежде всего, по поперечным перегрузкам. Контроль реализуемости заданных опорных траекторий летательных аппаратов осуществляется методом компьютерного моделирования полета. Моделированием полета БПЛА с управлением по методу, описанному в аналоге, можно осуществить контроль реализуемости заданного маршрута, но только до той опорной точки, в которой обнаружится невыполнение ограничений. Наведение на следующую опорную точку срывается и требуется изменить заданный маршрут и проверить его снова на реализуемость. Как корректировать маршрут способ-аналог не определяет. Если на маршруте несколько проблемных опорных точек, процесс контроля реализуемости маршрута затягивается, поскольку его коррекцию приходится осуществлять «методом проб и ошибок».
Задачей предлагаемого изобретения является внесение в процесс контроля реализуемости маршрута БПЛА изменений, которые позволят провести коррекцию формируемого маршрута БПЛА при невыполнении технических ограничений в опорных точках.
Технический результат достигается тем, что маршрут БПЛА задают опорными точками в виде совокупности геодезических координат, при формировании маршрута БПЛА в опорных точках определяют величины углов поворота и, если при сравнении с допустимыми значениями заблаговременно установленных и заданных таблично в функции дальности полета углов обнаруживают различие, обуславливающее нарушение заданных технических ограничений на управляющие параметры БПЛА, то по правилам сферической тригонометрии итерационно смещают проблемную опорную точку на малые расстояния с уменьшением величины угла поворота маршрута до допустимого значения.
Коррекция формируемой конфигурации маршрута БПЛА включает в себя следующие операции:
1. Заблаговременно, на этапе баллистического проектирования БПЛА с помощью многократного моделирования типовых траекторий (с начальными условиями - заданными значениями высоты и скорости , ) при экстремальных значениях управляющих поперечных перегрузок определяется зависимость допустимых углов поворота траектории от удаленности БПЛА от начальной точки траектории. Составляются таблицы вида (таблица 1):
доп
Зависимость допустимого угла поворота траектории γ от удаленности БПЛА от начальной точки траектории при =30000 м и =4500 м/с
i
2. При формировании конкретного маршрута БПЛА на сфере среднего радиуса Земли (фиг. 1) по формулам сферической тригонометрии определяются углы γ между звеньями формируемого маршрута БПЛА. Используя зависимость (1), определяются проблемные опорные точки, в которых имеет место неравенство
j
j
j
j
и, следовательно, в полете в опорной точке S(B, L, H) не может выполняться ограничение по поперечным перегрузкам.
i
3. Осуществляется коррекция положения проблемных опорных точек маршрута по алгоритму, обеспечивающему уменьшение углов γ(D) до допустимых значений.
Суть предлагаемого способа коррекции первоначально заданной конфигурации маршрута БПЛА заключается в создании зависимости (1) и ее использовании для выявления проблемных опорных точек маршрута и в создании алгоритма изменения координат отдельных опорных точек до значений, обеспечивающих выполнение в полете ограничений по поперечным перегрузкам.
Алгоритм изменения координат проблемной опорной точки включает:
j-1
j
j
j+1
i
j
j
j
j-1
j
j+1
1. Решение по формулам сферической тригонометрии сферических треугольников PMM и PMM (фиг. 1) с определением угла γ как угла между сторонами треугольников с общей вершиной M. Все необходимые данные для определения сторон и углов указанных треугольников имеются - это координаты B, L точек M, M и M. Преобразования геодезических координат в сферические известны, но здесь не приводятся. Алгоритм решения данной задачи включает:
j-1
j
1
1
а) из треугольника PMM определяются углы α и β (фиг. 2);
1
1
б) определяется внешний к углу β угол λ = π - β;
j
j+1
2
в) из треугольника PMM определяется угол β;
j
2
г) определяется угол γ=β - λ.
j
j-1
j+1
i
2. Итерационную процедуру по смещению точки M вдоль нормали к линии M M на малые расстояния с целью изменения (уменьшения) величины угла γ до допустимого значения
определяемого по таблице 1.
j-1
j
j-1
j
Итерационная процедура при допущении, что звено маршрута MM'=MM=const, включает:
2
j
j-1
а) изменение угла α на малый угол , его увеличение в случае, если B > B, и уменьшение в обратном случае;
j
j-1
j
б) определение стороны PM' сферического треугольника PMM' по теореме косинусов сторон:
j
j-1
j
j
j+1
где Ф - угловая мера звена MM, величина которого определяется из треугольника PM'M по теореме синусов:
j
j
j-1
j-1
1
sinФ=sin(L-L)⋅cos B/sinβ;
j
j
j
j-1
j
j-1
j
в) определение угла ΔL'=L - L' из выражения для косинуса стороны MM' сферического треугольника PMM':
j
г) определение координат точки M':
из выражения (4) следует
д) далее все расчеты п.п. 1, 2 проводятся циклично до выполнения условия (3).
Алгоритм, представленный в п.п. 1, 2, помимо того, что он обеспечивает формирование маршрута БПЛА, может быть включен в бортовой алгоритм контроля реализуемости каждого очередного поворота траектории, устраняя воздействия возмущений движения БПЛА.