ИНФОРМАЦИОННЫЕ МОДЕЛИ УПРАВЛЕНИЯ ОБЪЕКТАМИ НА ПРИМЕРЕ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ (БПЛА)

I Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

ИНФОРМАЦИОННЫЕ МОДЕЛИ УПРАВЛЕНИЯ ОБЪЕКТАМИ НА ПРИМЕРЕ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ (БПЛА)

Маннапов Евгений Марсович 1
1
Наумова А.И. 1
1
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
введение 3

основная часть 3

Описательная часть: 3

беспилотные летательные аппараты (БПЛА).

Перспектива дальнейшего развития 3

  • Преимущества БПЛА 4

  • Миниатюрные БПЛА 5

  • Высокоэффективные БПЛА 5

Разработка БПЛА в России 5

  • Беспилотный летательный аппарат “Леер-3” 5

  • Многофункциональный беспилотный комплекс “Орлан-10” 6

  • Беспилотный летательный аппарат “Тахион” 8

  • Уникальный мини-БПЛА “МУХА” 9

проектная часть: 10

  • компьютерная модель проекта 10

  • компьютерный эксперимент 11

заключение 12

Приложения 13

Список использованных источников и литературы 16

введение

В процессе функционирования сложных технических систем, входящие в них объекты постоянно обмениваются информацией.

Так, в процессе управления полетом самолёта в режиме автопилотабортовой компьютер получает информацию от датчиков (скорости, высоты и т. д.), обрабатывает её и передаёт команды на исполнительные механизмы, изменяющие режим полёта (закрылки, клапаны, регулирующие работу двигателей, и т. д.).

В данной работе представлен материал о современных беспилотных летательных аппаратах и рассмотрен один из способов программного моделирования их полётов по конкретно заданной траектории.

основная часть

описательная часть

беспилотные летательные аппараты (БПЛА).

перспективы дальнейшего развития

 

Рис. № 1. Первый БПЛА

 

Первым человеком, предложившим идею использовать беспилотные летательные аппараты (БПЛА),управляемые либо по заранее подготовленной программе, либо непосредственно с земли был американский военный инженер Чарльз Кеттеринг (Charles Kettering). Созданный им прототип беспилотника (Kattering Bug), представляющего из себя торпеду с прикрепленными к ней крыльями и воздушным винтом положил начало развития этого вида вооружений, как оказалось весьма перспективного.

Преимущества БПЛА

Дальнейший успех развития БПЛА был обусловлен их очевидными преимуществами по сравнению с техникой, имеющего на борту человека-пилота для выполнения таких задач, как: тактическое фотографирование местности, наблюдение и регистрация радиационной обстановки, получение точных метеоданных, наведение ракет на цель.

Такие летательные аппараты получались намного легче, маневреннее, незаметнее для средств обнаружения, а также на порядок дешевле своих больших братьев с пилотами.

Миниатюрные БПЛА

С развитием компьютерной техники, нанотехнологийи миниатюризации средств вооружений в конце 1990-х годов обозначился новый этап в развитии беспилотных летательных аппаратов – развитие миниатюрных беспилотных летательных аппаратов, часто именуемых микроБПЛА.

Если рассматривать зарубежные страны, то наиболее перспективные разработки в области микроБПЛА на сегодняшний день принадлежат США. В перспективе американские учёные хотят создать миниатюрный персональный летательный аппарат, не больше мухи, и оснастить такими роботами каждого солдата.

Высокоэффективные микроБПЛА

В настоящее время ведутся разработки по созданию высокоэффективных микроБПЛА, таких как искусственные мухи, птицы, бабочки, способные выполнять полёты, связанные с выявлением хорошо охраняемых целей, уничтожение которых стандартными пилотируемыми истребителями и бомбардировщиками будет представлять опасность для экипажа.

Среди приоритетов в реализации боевых БПЛА являются: создание эффективного алгоритма автономного распознавания целей, разработка связи с летательным аппаратом мало подверженной помехам, разработка программного “Виртуального лётчика”, который будет способен принимать адекватные решения в нестандартных ситуациях.

Разработки БПЛА в России

ООО “Специальный технологический центр”

Беспилотный летательный аппарат Леер-3

Более 300 часов и свыше 2,5 тыс. км налетали беспилотные летательные аппараты (БЛА) мотострелкового соединения Южного военного округа (ЮВО), дислоцированного в Дагестане, в ходе полевых занятий на учебно-тренировочном комплексе Дальний.

 

Рис. № 2. БПЛА Леер-3

 

В течение месяца около 100 военнослужащих совершенствовали навыки подготовки, осуществления запусков БЛА с рук и с катапульты, управления и посадки летательных аппаратов в ночное и дневное время, своевременного и точного определения координат объектов условного противника.

Отметим, что отечественные комплексы с БЛА “Орлан”, “Застава”, “Гранат”, “Леер” и “Тахион”, стоящие на вооружении мотострелкового соединения ЮВО, оснащены современными инфракрасными фото- и видеомодулями, с помощью которых возможно обнаружение даже хорошо замаскированного противника, в том числе и в темное время суток.

Санкт-петербургское предприятие

Специальный технологический центр”

Беспилотный комплекс Орлан-10

“Орлан-10” — многофункциональный беспилотный комплекс, предназначенный для ведения наблюдения за протяженными и локальными объектами в труднодоступной местности, в том числе при проведении поисковых и ремонтных работ.

 

Рис. № 3. Взлёт БПЛА Орлан-10

 

В состав комплекса входят рабочие места операторов, оборудование радиоканалов управления и передачи данных, оборудование для технического обслуживания и обеспечения старта БПЛА, бензогенератор 1 кВт для обеспечения автономной работы.

Пункт управления БЛА “Орлан-10” имеет возможность осуществлять управление не более чем четырьмя беспилотными летательными аппаратами с одного пункта управления. При необходимости с помощью комплекса возможно организовать локальную сеть до 30 операторов для управления полезными нагрузками одновременно запускаемых БПЛА.

В качестве карты используется растровое изображение местности. Для маршрута указывается до 60 точек, в которых задаётся высота и признак её облета: проход по высоте или барражирование. Корректировка маршрута осуществляется по радиоканалу. Возможно указание точки “Дом” и точки посадки, а также алгоритмы поведения в нештатных ситуациях.

Возможности комплекса:

  • оперативная замена полезной нагрузки и состава оборудования на борту;

  • обеспечение видео- и фотосъемки в сочетании с регистрацией текущих параметров (координаты, высота, номер кадра);

  • использование в сложных метеоусловиях и с ограниченных площадок;

  • размещение контрольно-измерительной аппаратуры в консолях крыла;

  • наличие бортового генератора позволяет использовать активные нагрузки в течение всего полета;

  • использование одного БПЛА в качестве ретранслятора для остальных.

Технические характеристики представлены в приложении № 1.

Ижевский машиностроительный завод

Беспилотный летательный аппарат “Тахион”

Беспилотный летательный аппарат “Тахион” создан на предприятии “Ижмаш – Беспилотные системы”.

 

Рис. № 4. БПЛА Тахион (вид сверху)

 

На вооружение разведывательных подразделений Центрального военного округа (ЦВО), дислоцированных в Сибири, в начале 2015 года поступили новейшие беспилотные летательные аппараты (БЛА) “Тахион”. Они предназначены для ведения воздушной разведки на дальностях до 40 км днем и ночью, в том числе и в неблагоприятных погодных условиях. В частности, управляемость БЛА сохраняется при скорости ветра до 15 м/сек.

Кроме того, “Тахион” может использоваться в качестве ретранслятора связи. Устойчиво работает на высоте до 4 тыс. метров над уровнем моря. Рабочий диапазон температур от – 30 до + 40° С. Новые БЛА поступают в войска ЦВО в рамках Гособоронзаказа. Их применение позволит повысить боевые возможности разведывательных подразделений ЦВО.

Специалисты подразделений Северного флота по борьбе с подводными диверсионными силами и средствами (ПДСС) в апреле 2015 года провели практические испытания беспилотного летательного аппарата (БПЛА) “Тахион”, предназначенного для ведения воздушной разведки и обнаружения малых и слабозаметных объектов на берегу, на воде и под водой.

Аппарат был специально разработан для применения в условиях Крайнего Севера, оснащён тепловизором и видеокамерой. БПЛА имеет небольшие массогабаритныехарактеристики и может использоваться в широком диапазоне высот и температур, а также при значительной скорости ветра. Испытания проходили в бухтах на побережье Кольского полуострова.

В первую очередь оценивалась возможность “Тахиона” обнаруживать боевых пловцов и средства их доставки на различных глубинах, а также мобильные базы диверсионных групп, замаскированные засады и секреты, в том числе в тёмное время суток с применением систем ночного видения.

Технические характеристики представлены в приложении № 1.

Муха”: разработан уникальный мини-БПЛА,

интегрируемый в экипировку “Ратник”

Муха” - так называется уникальный мини-БПЛАмассой лишь 1,5 килограмма, разработанный компанией “Ижмаш - Беспилотные системы”. Новинку сможет запускать с руки любой солдат, а управлять “Мухой” военные будут посредством планшета.

 

Рис. № 5. Мини-БПЛА “Муха” самолётного типа индивидуального применения

 

проектная часть

Компьютерная модель проектаУправление с обратной связью”

на языке программирования Delphi.

  1. Создадим графический интерфейс проекта:

Поместить на форму:

  • графическое поле Image1, по которому будет перемещаться объект;

  • командную кнопку Button1 для вывода первоначального положения управляемого объекта;

  • четыре командных кнопки Button2, Button3, Button4, Button5 для управления движением объекта;

  • командную кнопку Button6 для вывода конечного положения управляемого объекта;

  • две надписи Label1 и Label2 для вывода текущих координат объекта.

 

Рис. № 6. Графический интерфейс проекта

 

  1. Под командными кнопками создадим событийные процедуры:

  • для Button1 – вывод первоначального положения управляемого объекта;

  • для Button2, Button3, Button4, Button5 – управление движением объекта;

  • для Button6 – вывод конечного результата положения управляемого объекта;

  1. Компьютерная модель

Событийные процедуры на языке Delphi представлены в приложении № 2.

  1. Компилировать проект в приложение

Для того, чтобы преобразовать проект в приложение, которое может выполняться непосредственно в среде OS, необходимо сохранить проект в исполняемом файле (типа exe).

  1. Компьютерный эксперимент

Щелкнуть по кнопке “Управляемый объект”. Переместить управляемый объект в заданном направлении щелчками по кнопкам со стрелками. Далее щелкнуть по кнопке “Результат”. В метках Label1 и Label2 высветятся соответствующие координаты

 

Рис. № 7. Выполнение проекта

 

заключение

Очевидно, что в будущем беспилотная авиация, как стандартные БПЛА, так и микроБПЛА, будет играть всё более заметную роль в разного рода локальных конфликтах. С современными темпами развития науки и техники, в том числе и компьютерной, в области вооружений можно сделать вывод, что не далёк тот день, когда военная техника, действующая автономно или управляемая дистанционно оператором будет преобладать над обычными видами вооружения.

приложение № 1

Технические характеристики БПЛА Орлан-10

Взлетная масса, кг

14

Масса полезной нагрузки, кг

до 5

Двигатель

ДВС (бензин А-95)

Способ старта

с разборной катапульты

Способ посадки

на парашюте

Воздушная скорость, км/ч

90-150

Макс. продолжительность полета, ч

16

Макс. дальность применения комплекса

до 120 км от наземной станции управления (до 600 км в автономном режиме)

Макс. высота полета над уровнем моря, м

5 000

Макс. допустимая скорость ветра на старте, м/с

10

Диапазон рабочих температур у поверхности земли, °C

от −30 до +40 °C

Тактико-технические показатели БПЛА “ТАХИОН”

Взлетный вес, кг

25

Длина, мм

610

Размах крыльев, м

2000

Вес полезной нагрузки, кг

5,0

Двигатель

электрический

Скорость полета, км/ч:

максимальная – 120; крейсерская – 65

Высота полета, м:

максимальная – 4000; минимальная – 50

Продолжительность полета, ч

2

Радиус действия, км

40

Время развертывания, мин

10

приложение № 2

var

X1:integer;

Y1:integer;

procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);

begin

Randomize;

X1:=Random(200);

Y1:=Random(200);

Form1.Image1.Canvas.Brush.Color:=clRed;

Form1.Image1.Canvas.Ellipse(X1-3,Y1-3,X1+3,Y1+3);

Form1.Image1.Canvas.Brush.Color:=clYellow;

Form1.Image1.Canvas.Ellipse(130,130,240,240);

end;

procedure TForm1.Button4Click(Sender: TObject);

begin

X1:=X1-5;

Form1.Image1.Canvas.Brush.Color:=clBlue;

Form1.Image1.Canvas.Ellipse(X1-3,Y1-3,X1+3,Y1+3);

//для замкнутой системы (с обратной связью)

Label1.Caption:=IntToStr(X1);

//для замкнутой системы (с обратной связью)

Label2.Caption:=IntToStr(Y1);

end;

procedure TForm1.Button5Click(Sender: TObject);

begin

X1:=X1+5;

Form1.Image1.Canvas.Brush.Color:=clBlue;

Form1.Image1.Canvas.Ellipse(X1-3,Y1-3,X1+3,Y1+3);

//для замкнутой системы (с обратной связью)

Label1.Caption:=IntToStr(X1);

//для замкнутой системы (с обратной связью)

Label2.Caption:=IntToStr(Y1);

end;

procedure TForm1.Button3Click(Sender: TObject);

begin

Y1:=Y1+5;

Form1.Image1.Canvas.Brush.Color:=clBlue;

Form1.Image1.Canvas.Ellipse(X1-3,Y1-3,X1+3,Y1+3);

//для замкнутой системы (с обратной связью)

Label1.Caption:=IntToStr(X1);

//для замкнутой системы (с обратной связью)

Label2.Caption:=IntToStr(Y1);

end;

procedure TForm1.Button2Click(Sender: TObject);

begin

Y1:=Y1-5;

Form1.Image1.Canvas.Brush.Color:=clBlue;

Form1.Image1.Canvas.Ellipse(X1-3,Y1-3,X1+3,Y1+3);

//для замкнутой системы (с обратной связью)

Label1.Caption:=IntToStr(X1);

//для замкнутой системы (с обратной связью)

Label2.Caption:=IntToStr(Y1);

end;

procedure TForm1.Button6Click(Sender: TObject);

begin

Form1.Image1.Canvas.Brush.Color:=clWhite;

Form1.Image1.Canvas.Ellipse(X1-3,Y1-3,X1+3,Y1+3);

//для замкнутой системы (с обратной связью)

Label1.Caption:=IntToStr(X1);

//для замкнутой системы (с обратной связью)

Label2.Caption:=IntToStr(Y1);

end;

end.

список использованных источников и литературы

  1. “Муха”: разработан уникальный мини-БПЛА -

http://politrussia.com/news/mukha-razrabotan-unikalnyy-294/

  1. Орлан-10, беспилотный комплекс - http://www.arms-expo.ru
  2. Перспективы развития беспилотных летательных аппаратов - http://modern.sawame.ru/eto-interesno/perspektivi-razvitiya-bespilotnich-letatelnich-apparatov-bpla

  3. Угринович Н. В. Элективный курс, Исследование информационных моделей, Учебное пособие для учащихся старших классов информационно-технологического, физико-математического и естественно-научного профилей, Москва, Лаборатория знаний, 2004г.

Просмотров работы: 1859