Способ автоматической посадки беспилотного летательного аппарата для мониторинга протяженных объектов

Изобретение относится к области применения беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) и может быть использовано для систематического дистанционного контроля состояния нефте- и газопроводов, хранилищ, высоковольтных ЛЭП и других протяженных объектов. Способ автоматической посадки БПЛА включает измерение высоты полета H, горизонтальной дальности до расчетной точки касания D, отклонения от вертикальной плоскости, проходящей через ось взлетно-посадочной полосы ΔZ, определении трех составляющих скорости и ускорения в расчетной точке касания, формирование опорной траектории снижения H0(D,D0) и Z0(D,D0) из точки начала снижения, находящейся на расстоянии D0 от расчетной точки касания, определение отклонения БПЛА от опорной траектории снижения Δh=H-H0(D,D0) и ΔZ=Z-Z0(D,D0), формирование управляющих сигналов по результатам измерений и подачу их на исполнительные механизмы рулей БПЛА. В каждой точке траектории задают контрольный створ траектории снижения БПЛА в виде круга, лежащего на плоскости, перпендикулярной линии опорной траектории, и с центром, лежащим на линии опорной траектории снижения. При выходе БПЛА за область контрольного створа формируют новую опорную траекторию снижения. Повышается надежность работы и безопасность полетов БПЛА. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области диагностической техники, а именно воздушного мониторинга с применением беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), и может быть использовано для систематического дистанционного контроля состояния локальных, региональных и магистральных нефте- и газопроводов, хранилищ, высоковольтных ЛЭП, особо важных объектов и других протяженных объектов.

Широко известны способы посадки БПЛА с помощью механических систем или парашюта. Недостатки этих способов следующие. В результате отсутствия автоматической посадки БПЛА увеличивается риск его падения из-за ошибки оператора. А способ посадки БПЛА на парашюте малоэффективен, поскольку парашют в свернутом положении занимает до 40% полезного объема летательного аппарата.

Наиболее близким для заявляемого способа является способ автоматической посадки беспилотного летательного аппарата (самолета), включающий измерение высоты полета H, горизонтальной дальности до расчетной точки касания D, отклонения от вертикальной плоскости, проходящей через ось взлетно-посадочной полосы (ВПП) ΔZ, определение трех составляющих скорости Vx, Vy, Vz и ускорения ax, ау, а;, задание трех составляющих скорости V, V, V и ускорения а, а, а в расчетной точке касания, формирование опорной траектории снижения H0(D,D0) и Z0(D,D0) из точки начала снижения, находящейся на расстоянии D0 от расчетной точки касания, определение отклонения самолета от опорной траектории снижения Δh=H-H0(D,D0) и ΔZ=Z-Z0(D,D0), формирование управляющих сигналов по результатам измерений и подачу их на исполнительные механизмы рулей самолета. Дополнительно задают предельные значения высоты полета Hmax(D) и Hmin(D) и бокового отклонения от вертикальной плоскости, проходящей через ось ВПП, Zmax(D), формируют текущую заданную траекторию снижения того же функционального вида, что и опорная траектория снижения, из текущего положения самолета, из этой траектории определяют текущую заданную вертикальную Vy0(D) и горизонтальную поперечную Vz0(D) скорости полета и отклонения составляющих скорости

ΔVy=Vy(D)-Vy0(D),

ΔVz=Vz(D)-Vz0(D),

а формирование управляющего сигнала осуществляют по формулам

Uy(D)=k1ΔVy+k2d(ΔVy)/dt,

Uz(D)=k3ΔVz+k4d(ΔVz)/dt,

где k1, k2, k3, k4 - динамические коэффициенты самолета. При выполнении одного из условий: H(D)>Hmax(D), H(D)<Hmin(D), Z(D)>Zmax(D) снижение прекращается и осуществляется уход самолета на второй круг (патент РФ №2061624, МПК B64C 19/00, опубл. 10.06.1996).

Однако известный способ не учитывает распределение координат, скоростей и ускорений летательного аппарата в определенном диапазоне значений. Система управления летательным аппаратом склонна к накоплению ошибок, которые приводят к отклонению действительной траектории от заданной, особенно при эксплуатации летательного аппарата в сложных погодных условиях.

Задачей изобретения является повышение эффективности мониторинга протяженных объектов за счет повышения надежности посадки БПЛА.

Задача решается способом автоматической посадки беспилотного летательного аппарата, включающим измерение высоты полета Н, горизонтальной дальности до расчетной точки касания D, отклонения от вертикальной плоскости, проходящей через ось взлетно-посадочной полосы (ВПП) ΔZ, определение трех составляющих скорости Vx, Vy, Vz и ускорения ax, ay, аz, задание трех составляющих скорости V, V, V и ускорения а, а, а в расчетной точке касания, формирование опорной траектории снижения H0(D,D0) и Z0(D,D0) из точки начала снижения, находящейся на расстоянии D0 от расчетной точки касания, определение отклонения беспилотного летательного аппарата от опорной траектории снижения Δh=H-H0(D,D0) и ΔZ=Z-Z0(D,D0), формирование управляющих сигналов по результатам измерений и подачу их на исполнительные механизмы рулей беспилотного летательного аппарата. В отличив от прототипа, в каждой точке траектории задают контрольный створ траекторий снижения беспилотного летательного аппарата в виде круга, лежащего на плоскости, перпендикулярной линии опорной траектории и с центром, лежащим на линии опорной траектории снижения, причем область контрольного створа определяют из уравнения и монотонно уменьшают пропорционально уменьшению расстояния до расчетной точки касания , где φ - минимально допустимая область створа, обеспечивающая безопасную посадку, а при выходе беспилотного летательного аппарата за область контрольного створа формируют новую опорную траекторию снижения при условии H0(D0)>Hmin, где Hmin - минимально допустимая высота безопасного полета, причем при невыполнении данного условия снижение прекращают и осуществляют уход на второй круг с набором высоты.

Согласно изобретению:

- формирование управляющих сигналов uh и uz осуществляют по следующим зависимостям:

для управления в вертикальной плоскости

;

для управления в горизонтальной плоскости

,

где k1, k2, k3, k4 - коэффициенты усиления составляющих управляющего воздействия;

- при достижении высоты начала выдерживания границы области створов HП формируют новую опорную траекторию, причем на этой высоте в зависимости от параметров окружающей среды и действующих ветровых возмущений формируют экспоненциальную траекторию снижения с монотонно возрастающим углом тангажа.

Технический результат от использования заявляемого способа достигается за счет того, что учитывается распределение скоростей, ускорений и координат БПЛА. Это ведет к более точному определению места посадки БПЛА и, следовательно, к повышению надежности его посадки.

Сущность изобретения поясняется рисунками, где изображено:

на фиг.1 - схема, иллюстрирующая работу БПЛА;

на фиг.2 - схема автоматической посадки БПЛА.

На фиг.1 обозначено: БПЛА 1, наземный пункт управления 2 БПЛА, включающий наземную аппаратуру и принимающую антенну, спутники 3, а также протяженный объект 4.

На схеме автоматической посадки БПЛА (фиг.2) обозначено:

5 - границы области контрольных створов;

6 - реальная траектория снижения БПЛА;

7 - сформированная опорная траектория снижения;

8 - точка формирования экспоненциальной траектории снижения;

9 - взлетно-посадочная полоса;

10 - область допустимых посадок;

11 - области контрольных створов для определенных моментов снижения.

Работа БПЛА в процессе мониторинга протяженного объекта осуществляется следующим образом.

Работа БПЛА 1 (см. фиг.1) состоит из запуска, облета маршрута по заданной траектории и посадки. В процесса полета с БПЛА 1 на наземный пункт управления 2 БПЛА по телеметрическому каналу передаются данные, полученные с датчиков бортовой системы диагностики состояния протяженного объекта 4, а также с датчиков, контролирующих полет БПЛА 1. С наземного пункта управления 2 БПЛА могут быть введены коррективы в траекторию полета по радиотелеметрическому каналу двунаправленной связи БПЛА 1 и наземного пункта управления 2. На наземном пункте происходит обработка информации, поступающей с БПЛА 1. Передача данных происходит в экономном режиме, чтобы не загружать двунаправленный канал связи. Более подробный анализ данных производят после посадки БПЛА.

В случае нахождения БПЛА 1 за пределами видимости наземного пункта управления 2 обмен информацией между ним и БПЛА 1 происходит по спутниковой связи: информация с БПЛА 1 по спутниковой связи с помощью спутников 3 передается на принимающую антенну наземного пункта управления 2, далее по проводным или беспроводным каналам связи на аппаратуру наземного пункта управления 2. При этом БПЛА 1 совершает облет местности по заданной траектории или возвращается в зону прямой видимости наземного пункта управления, в зависимости от программы полета.

Способ автоматической посадки беспилотного летательного аппарата включает: измерение высоты полета H, горизонтальной дальности до расчетной точки касания D, отклонения от вертикальной плоскости, проходящей через ось взлетно-посадочной полосы (ВПП) ΔZ, определение трех составляющих скорости Vx, Vy, Vz и ускорения ax, ay, аz, задание трех составляющих скорости V, V, V и ускорения a, a, a в расчетной точке касания, формирование опорной траектории снижения H0(D,D0) и Z0(D,D0) из точки начала снижения, находящейся на расстоянии D0 от расчетной точки касания, определение отклонения беспилотного летательного аппарата от опорной траектории снижения Δh=H-H0(D,D0) и ΔZ=Z-Z0(D,D0), формирование управляющих сигналов по результатам измерений и подачу их на исполнительные механизмы рулей беспилотного летательного аппарата.

В каждой точке траектории задают контрольный створ прохождения траекторий снижения беспилотного летательного аппарата в виде круга 11, лежащего на плоскости, перпендикулярной линии опорной траектории и с центром, лежащим на линии опорной траектории снижения 7, причем область контрольного створа 5 описывают уравнением и монотонно уменьшают пропорционально уменьшению расстояния до расчетной точки касания , где φ - минимально допустимая область створа, обеспечивающая безопасную посадку (область допустимых посадок - 10) на взлетно-посадочную полосу 9, а при выходе реальной траектории снижения 6 беспилотного летательного аппарата за область контрольного створа 5 формируют новую опорную траекторию снижения при условии H0(D0)>Hmin причем при невыполнении данного условия снижение прекращают и осуществляют уход на второй круг с набором высоты.

В частных случаях выполнения изобретения:

- формирование управляющих сигналов uh и uz осуществляют по следующим зависимостям:

для управления в вертикальной плоскости

;

для управления в горизонтальной плоскости

,

где k1, k2, k3, k4 - коэффициенты усиления составляющих управляющего воздействия;

- при достижении высоты начала выдерживания границ области створов HП формируют новую опорную траекторию, причем на этой высоте в зависимости от параметров окружающей среды и действующих ветровых возмущений формируют экспоненциальную траекторию снижения с монотонно возрастающим углом тангажа.

Таким образом, использование изобретения позволяет повысить эффективность мониторинга протяженных объектов за счет повышения надежности посадки БПЛА.

1. Способ автоматической посадки беспилотного летательного аппарата, включающий измерение высоты полета H, горизонтальной дальности до расчетной точки касания D, отклонения от вертикальной плоскости, проходящей через ось взлетно-посадочной полосы (ВПП) ΔZ, определение трех составляющих скорости Vx, Vy, Vz и ускорения ax, ay, az, задание трех составляющих скорости V, V, V и ускорения а, а, а в расчетной точке касания, формирование опорной траектории снижения H0(D,D0) и Z0(D,D0) из точки начала снижения, находящейся на расстоянии D0 от расчетной точки касания, определение отклонения беспилотного летательного аппарата от опорной траектории снижения Δh=H-H0(D,D0) и ΔZ=Z-Z0(D,D0), формирование управляющих сигналов по результатам измерений и подачу их на исполнительные механизмы рулей беспилотного летательного аппарата, отличающийся тем, что в каждой точке траектории задают контрольный створ траекторий снижения беспилотного летательного аппарата в виде круга, лежащего на плоскости, перпендикулярной линии опорной траектории, и с центром, лежащим на линии опорной траектории снижения, причем область контрольного створа определяют из уравнения
и монотонно уменьшают пропорционально уменьшению расстояния до расчетной точки касания ,
где φ - минимально допустимая область створа, обеспечивающая безопасную посадку, а при выходе беспилотного летательного аппарата за область контрольного створа формируют новую опорную траекторию снижения при условии H0(D0)>Hmin, где Hmin - минимально допустимая высота безопасного полета, причем при невыполнении данного условия снижение прекращают и осуществляют уход на второй круг с набором высоты.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что формирование управляющих сигналов uh и uz осуществляют по следующим зависимостям:
для управления в вертикальной плоскости

для управления в горизонтальной плоскости

где k1, k2, k3, k4 - коэффициенты усиления составляющих управляющего воздействия.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при достижении высоты начала выдерживания границ области створов Hп формируют новую опорную траекторию, причем на этой высоте в зависимости от параметров окружающей среды и действующих ветровых возмущений формируют экспоненциальную траекторию снижения с монотонно возрастающим углом тангажа.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области испытаний ракетно-космической техники, может быть использовано для контроля герметичности корпуса космического аппарата и поиска места течи из отсеков космического аппарата в условиях орбитального полета или в процессе вакуумных испытаний и направлено на упрощение диагностики негерметичности корпуса космического аппарата, повышение ее точности и сокращение времени поиска места течи, что обеспечивается за счет того, что создают давление воздуха внутри корпуса космического аппарата и вывод о наличии локальной негерметичности делают с использованием чувствительной среды, в качестве чувствительной среды применяют индикаторные дискретные частицы, запускаемые с заданным шагом вдоль поверхности его корпуса и меняющие свои траектории под воздействием газового потока из течи, производят измерение отклонения положения мест ударов этих частиц о чувствительный экран-мишень, устанавливаемый под заданным углом для отражения их в ловушку, и регулируют чувствительность измерений изменением начальных скоростей индикаторных дискретных частиц и расстояния между источником, запускающим индикаторные дискретные частицы, и экраном-мишенью.

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано в наземных испытаниях изделий на прочность и герметичность, а также в качестве контрольной операции подтверждения качества изготовления крупногабаритных криогенных емкостных конструкций, преимущественно топливных баков ракет-носителей, спроектированных с учетом криогенного упрочнения и нагруженных внутренним давлением в условиях криогенного захолаживания.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при испытаниях полостей устройств авиационной и ракетной техники, а также в других областях техники.

Изобретение относится к области испытательной техники и направлено на создание простого и безопасного для операторов, работающих в герметично изолированных от внешних сред обитаемых помещениях, оперативного способа определения местонахождения негерметичного участка гидравлической магистрали системы терморегулирования объекта после установления факта негерметичности, что обеспечивается за счет того, что при осуществлении способа определения местоположения негерметичного участка замкнутой гидравлической магистрали, снабженной побудителем расхода и гидропневматическим компенсатором температурного изменения объема рабочего тела, снижают давление среды в газовой полости гидропневматического компенсатора до уровня стабилизации этого давления в пределах погрешности измерения.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для дистанционного контроля состояния магистральных газопроводов и хранилищ с помощью диагностической аппаратуры, установленной на носитель - дистанционно-пилотируемый летательный аппарат (ДПЛА).

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано для определения значения негерметичности агрегатов при воздействии вибрации, в том числе при резонансах его подвижных элементов, и направлено на повышение точности определения значения негерметичности агрегатов, что обеспечивается за счет того, что определяют негерметичность с использованием показаний датчика перепада давления, при этом согласно изобретению момент начала работы датчика перепада давления и момент начала работы программы вибростенда по вибровоздействию на агрегат синхронизируют по времени, выбирают показания перепада давления в условиях изменения перегрузок от начала и до конца повышения давления и судят о негерметичности агрегата по величине расхода газа, используя для определения расхода газа среднее значение его в диапазоне виброперегрузок за выбранный промежуток времени.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано, например, для контроля течей теплообменников натрий-вода атомных электростанций с реакторами на быстрых нейтронах.

Изобретение относится к области контроля за эксплуатацией технологического или иного оборудования, установленных в помещениях с притоком воздуха, например на АЭС, и направлено на повышение надежности и информативности измерений, что обеспечивается за счет того, что устройство для детектирования течей пароводяной смеси из трубопровода, установленного в помещении, снабженного притоком воздуха, включает датчик, регистрирующий значение относительной влажности в контролируемом помещении, соединенный с устройством обработки информации, при этом устройство дополнительно содержит лазерный датчик аэрозолей субмикронного размера, регистрирующий счетную концентрацию и размеры частиц аэрозолей, снабженный пробоотборной трубкой, входной конец которой установлен в точке выхода воздуха из контролируемого помещения, выход лазерного датчика аэрозолей соединен со входом устройства обработки информации, причем устройство обработки информации дополнительно содержит блок сравнения величины текущего сигнала лазерного датчика аэрозолей с базой данных и блок вычисления корреляций между значениями относительной влажности, счетной концентрации и размерами частиц аэрозолей в воздухе контролируемого помещения, также соединенный с блоком сигнализации.

Изобретение относится к области испытательной техники и предназначено для испытаний изделий космической техники на герметичность, кроме того, может найти применение в таких областях техники, как газовое и атомное машиностроение, авиационная промышленность.

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических системах автоматического управления (САУ) турбовинтовыми силовыми установками (СУ) самолетов.

Изобретение относится к системам дистанционного управления самолетами. .

Изобретение относится к легкомоторной авиации. .

Изобретение относится к бортовым системам автоматического управления беспилотными летательными аппаратами. .

Изобретение относится к способам автоматического управления полетом высокоманевренного летательного аппарата, в частности к способам управления продольным движением.

Изобретение относится к области систем автоматического управления минимально-фазовыми объектами, в частности систем управления самолетом по углу тангажа. .

Изобретение относится к области архитектуры авионики. .

Изобретение относится к способам подавления боковых колебаний с большими амплитудами и может быть использовано в системах управления маневренных самолетов с дифференциальным стабилизатором.

Изобретение относится к измерительным комплексам летательных аппаратов (ЛА) - самолетов и вертолетов. .

Изобретение относится к области гиперзвуковых летательных аппаратов (ГЛА). Способ управления аэродинамическими характеристиками гиперзвукового летательного аппарата включает установку плоских МГД-генераторов попарно симметрично относительно плоскости симметрии элементов оперения ГЛА, а между ними располагают магнитоэкранирующие пластины, выполненные из ферромагнитного материала с точкой Кюри, превышающей рабочую температуру элементов ГЛА, обеспечивающих устойчивость, управляемость и балансировку. Управляющие команды от бортовой системы управления подают на соленоиды плоских МГД-генераторов, расположенных под той обтекаемой поверхностью элементов оперения ГЛА, на которую производят управляющее усилие. Магнитоэкранирующую пластину изготавливают из кобальта. Изобретение направлено на расширение функциональных возможностей управления ГЛА по каналам тангажа, рыскания и крена. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области применения беспилотных летательных аппаратов и может быть использовано для систематического дистанционного контроля состояния нефте- и газопроводов, хранилищ, высоковольтных ЛЭП и других протяженных объектов. Способ автоматической посадки БПЛА включает измерение высоты полета H, горизонтальной дальности до расчетной точки касания D, отклонения от вертикальной плоскости, проходящей через ось взлетно-посадочной полосы ΔZ, определении трех составляющих скорости и ускорения в расчетной точке касания, формирование опорной траектории снижения H0 и Z0 из точки начала снижения, находящейся на расстоянии D0 от расчетной точки касания, определение отклонения БПЛА от опорной траектории снижения ΔhH-H0 и ΔZZ-Z0, формирование управляющих сигналов по результатам измерений и подачу их на исполнительные механизмы рулей БПЛА. В каждой точке траектории задают контрольный створ траектории снижения БПЛА в виде круга, лежащего на плоскости, перпендикулярной линии опорной траектории, и с центром, лежащим на линии опорной траектории снижения. При выходе БПЛА за область контрольного створа формируют новую опорную траекторию снижения. Повышается надежность работы и безопасность полетов БПЛА. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх