RU2725640C1 - Способ захода на посадку беспилотного летательного аппарата в аварийных условиях - Google Patents
Способ захода на посадку беспилотного летательного аппарата в аварийных условиях Download PDFInfo
- Publication number
- RU2725640C1 RU2725640C1 RU2019128296A RU2019128296A RU2725640C1 RU 2725640 C1 RU2725640 C1 RU 2725640C1 RU 2019128296 A RU2019128296 A RU 2019128296A RU 2019128296 A RU2019128296 A RU 2019128296A RU 2725640 C1 RU2725640 C1 RU 2725640C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- uav
- emergency
- landing
- controlled
- site
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C39/00—Aircraft not otherwise provided for
- B64C39/02—Aircraft not otherwise provided for characterised by special use
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Traffic Control Systems (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области систем управления беспилотными летательными аппаратами самолетного типа (БЛА) и может быть использовано при решении задачи сохранения БЛА в аварийных (нештатных) ситуациях, при которых полет продолжать невозможно и необходима экстренная посадка. Способ захода на посадку БЛА в аварийных условиях заключается в том, что вывод БЛА в точку начала снижения для осуществления аварийной посадки на неподготовленную площадку в горизонтальной плоскости производится по траектории. При этом траектория управляемого БЛА корректируется при приближении его к площадке приземления, для чего вычисление требуемого приращенияугла курса (параметра рассогласования) управляемого БЛА производится по правилу:(1)где, (2)здесь- текущий угол курса БЛА;и- требуемые элементы вектора скорости БЛА;- константа, определяющая требуемую траекторию полета БЛА, которая находится из решения системы уравнений:(3)где- координаты управляемого БЛА в неподвижной системе координат OXY, связанной с площадкой для аварийного приземления, которая описывается прямоугольником шириной, при этом корректировка угла курса БЛА начинается в момент получения команды на аварийную посадку, а прекращается в момент нахождения в точке начала снижения.
Description
Изобретение относится к области систем управления беспилотными летательными аппаратами самолетного типа (БЛА) и может быть использовано при решении задачи сохранения БЛА в аварийных (нештатных) ситуациях, при которых полет продолжать невозможно и необходима экстренная посадка.
Беспилотные летательные аппараты широко применяются при выполнении различного рода задач, связанных с мониторингом земной поверхности, природных зон или зон населенных пунктов и др. Полет в указанном режиме осуществляется, как правило, на постоянной высоте и на значительных расстояниях от точки взлета. Маршрут полета может задаваться заранее и заноситься в память бортовой вычислительной системы, либо корректироваться с пункта управления командами оператора по радиоканалу. При возникновении аварийной (нештатной) ситуации, в условиях нахождения БЛА от взлетно-посадочной полосы (ВПП) - места взлета - на значительных расстояниях, оператору в целях сохранения техники и функционального оборудования приходится принимать решение о посадке БЛА на неподготовленные площадки – лесные просеки, участки дорог, поляны и др. Для осуществления указанной посадки оператору необходимо передать на борт БЛА место посадки (координаты, размеры, ориентацию площадки и др.), а также информацию, каким образом до нее долететь до указанной площадки (команды управления курсом, высотой, либо требуемую траекторию полета и др.), при условии знания оператором местонахождения (координат) БЛА. Переданная информация на борт БЛА позволит не только сохранить сам аппарат и его бортовые системы, но и предотвратить угрозу для безопасности людей и населенных пунктов, вблизи которых он применяется.
Полет БЛА можно разделить на взлет, полет по маршруту и посадку. Посадка состоит из этапов: предпосадочное маневрирование, заход на посадку и непосредственно приземление. При этом целью захода на посадку является вывод БЛА в заданную точку воздушного пространства, которая расположена на линии, совпадающей с продолжением оси взлетно-посадочной полосы (ВПП). Такую точку называют точкой начала снижения (ТНС), которая расположена на установленной высоте относительно торца ВПП [1]. Успешное завершение посадки во многом зависит от точности выхода БЛА как на линию, направленную вдоль продольной оси ВПП, так и в ТНС.
Стоит отметить, что применительно к рассматриваемым способам применения БЛА, а также учитывая небольшие высоты и скорости его полета, ТНС может быть расположена на торце площадки ВПП и смещена относительно её оси.
Известен способ управления летательным аппаратом (ЛА), реализующие вывод ЛА на линию, направленную вдоль продольной оси взлетно-посадочной полосы, при заходе на посадку [3]. Данный способ характеризуется тем, что самолет, заходящий на посадку, оборудован бортовым радиолокатором, который измеряет расстояние до уголкового отражателя или радиоответчика и курсовой угол на него. Зная собственное положение, курс ВПП и расстояние до отражателя (радиомаяка), на борту самолета формируются сигналы управления для выхода самолета на заданную линию. Недостатком описанного способа является то, что для его реализации требуется наличие дополнительного как бортового оборудования - радиолокатор, что усложняет конструкцию самолета, так и наземного оборудования - уголковый отражатель или радиомаяк, что отсутствует на неподготовленных посадочных площадках.
Известны способы захода на посадку (RU 2 559 196, RU 2 341 774, RU 2 273 590, RU 2 156 720, RU 2 242 800), для реализации которых так же требуется дополнительное радиотехническое оборудование как бортовое, так и наземное. Указанные способы не могут быть применимы к БЛА по причине невозможности размещения указанного дополнительного бортового оборудования на БЛА из-за его значительных массогабаритных характеристик, и полным отсутствием дополнительного наземного оборудования на неподготовленных площадках, выбранных оператором для посадки БЛА. При отсутствии дополнительного оборудования указанные способы не могут быть реализованы.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому способу является изобретение RU 2 509 684, в котором описывается способ захода самолета на посадку в аварийных условиях (варианты), обеспечивающий возможность выполнения посадки самолетами при отказах их бортовых средств радиосвязи и автоматических радиокомпасов или выходе из строя штатного радиотехнического оборудования аэродромов (РЛС, ДПРМ) за счет использования для вывода в ТНС штатной станции предупреждения о радиолокационном облучении (СПО) самолета и двух непрерывно работающих на разнесенных частотах, перекрываемых частотным диапазоном СПО, источников радиоизлучения (ИРИ), размещаемых на позициях приводных радиомаяков (дальнего и ближнего) и предназначенных для определения на борту самолета; оснащенного СПО, направления продольной оси ВПП, а также специальных правил выполнения экипажем самолета маневров захода на посадку по информации, отображаемой на индикаторе СПО.
Недостатком такого способа так же является необходимость использования наземного оборудования – источников радиоизлучения, которые излучают сигналы для ориентирования самолета. Для приема указанных сигналов на каждом БЛА необходимо наличие дополнительного оборудования, что усложняет конструкцию управляемого объекта.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение возможности выполнения посадки беспилотными летательными аппаратами самолетного типа на неподготовленные площадки в аварийных (нештатных) ситуациях, при которых полет продолжать невозможно, за счет автоматизации процесса вывода БЛА в ТНС.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что при возникновении аварийной ситуации при выполнении полета БЛА оператор, находящийся на пункте управления, выбирает место для посадки БЛА, представляющее собой прямоугольный горизонтальный участок местности (участок шоссе, просеки, поляны и др.), который пригоден для посадки БЛА по самолетному, и передает на борт БЛА его параметры - координаты середины торца площадки, ближайшего к БЛА, ширину и длину площадки, ориентацию площадки. Далее в бортовой вычислительной системе БЛА указанные данные обрабатываются, строится требуемая траектория вывода БЛА в ТНС, которая записывается в систему автоматического управления (САУ). Затем осуществляется непосредственно управление БЛА путем сравнения текущей траектории полета (определяется штатными бортовыми средствами) с требуемой траекторией, записанной в САУ, и при их расхождении выработкой управляющего сигнала коррекции курса.
Возможность достижения технического результата обусловлена следующими причинами:
- отсутствие необходимости использования дополнительного бортового оборудования БЛА;
- инвариантностью к методу наведения, что позволяет не изменять систему управления и алгоритмы применяемых методов управления [3];
- универсальным (однотипным) способом описания всех площадок, пригодных для приземления, что дает возможность применять традиционные методы управления летательными аппаратами [4];
- существенным снижением нагрузки на оператора из-за отсутствия необходимости вручную строить требуемые траектории вывода БЛА в ТНС.
Для таких условий одним из возможных способов управления БЛА, обеспечивающий выход его в ТНС, является новый способ, полученный на основе математического аппарата метода обратных задач динамики [5], в котором траектория управляемого БЛА корректируется для выхода его в ТНС путем совмещения его вектора скорости с касательной, построенной к требуемой траектории. Вычисление требуемого приращения угла курса (параметра рассогласования) управляемого БЛА производится по правилу:
где - требуемый угол курса БЛА, - текущий угол курса БЛА, переменные и - требуемые элементы вектора скорости БЛА, которые равны:
Элементы вектора скорости БЛА вычисляются путем дифференцирования параметрических уравнений эквипотенциальных кривых, описывающих электростатическое поле конденсатора, у которого расстояние между пластинами равно [6]:
Вычисления производятся в построенной прямоугольной системе координат OXY: система координат правая, центр координат находится в середине торца площадки, ближайшего к БЛА, ось ОХ направлена по оси площадки приземления. Все курсовые углы БЛА отсчитываются от положительного направления оси OY по часовой стрелке.
Требуемая траектория полета БЛА строится путем решения системы нелинейных уравнений (3) относительно значений и при подстановке в систему (3) координат положения БЛА. Один из способов решения системы нелинейных уравнений описан в [7].
Корректировка угла курса БЛА начинается тогда, когда поступает команда оператора об осуществлении аварийной посадки.
Таким образом, для коррекции угла курса при заходе на посадку в горизонтальной плоскости описанным способом (1) - (3) на борту управляемого БЛА необходимо учитывать:
2) параметры места (площадки) для посадки – координаты середины торца площадки, ближайшего к БЛА, ширину и длину площадки, ориентацию площадки.
Величины, необходимые для реализации (1) - (3) и составляющие первую группу параметров, измеряются штатными средствами на борту каждого управляемого БЛА, а величины, составляющие вторую группу, определяются на пункте управления оператором и передаются на борт БЛА.
Коррекция угла курса управляемого БЛА прекращается, когда БЛА пролетит всю траекторию и выйдет в точку начала снижения, совпадающую с торцом площадки для приземления.
Спецификой описанного способа является то, что в качестве требуемых траекторий полета БЛА использованы линии эквипотенциальных кривых, которые описывают электростатическое поле конденсатора. Указанные линии, во-первых являются гладкими кривыми, что позволяет использовать их в качестве траекторий полета БЛА, во-вторых исходя из физических свойств конденсатора, все указанные линии проходят между его параллельными поверхностями, что позволяет БЛА, двигающимся по таким траекториям, оказываться на выбранной оператором площадке приземления вне зависимости от начального положения БЛА.
Заявленный технический результат обеспечивается предлагаемым способом (1) - (4) управления БЛА, а также использованием универсального (однотипного) способа описания площадок местности для совершения посадки, что дает возможность существенно уменьшить время построения траекторий полета БЛА оператором, тем самым снизив нагрузку на него.
Таким образом, указанный технический результат достигается тем, что на основе измеренных значений координат и БЛА, а также заданных оператором параметров прямоугольной площадки для приземления - координаты середины торца площадки, ближайшего к БЛА, ширину и длину площадки, ориентацию площадки, с использованием (3), вычисляются параметры нужной траектории полета (эквипотенциальной линии), затем с помощью (2) определяются значения переменных и , на основании которых и измеренного значения текущего угла курса с помощью (1) формируется сигнал требуемого приращения угла курса для БЛА, позволяющий двигаться БЛА по требуемой траектории для осуществления посадки.
Важно отметить, что указанный способ траекторного управления беспилотным летательным аппаратом не зависит от размеров БЛА, его функционального предназначения и может быть использован для БЛА любой ведомственной принадлежности.
Литература
[1] Справочник летчика и штурмана. Под ред. засл. воен. штурмана СССР генерал-лейтенанта авиации М.В. Лавского. - М.: Воениздат, 1974 г, с. 390.
[2] Батенко А.П. Управление конечным состоянием движущихся объектов. М.: Советское радио, 1977 г., 256 с.
[3] Авиационные системы радиоуправления. Т. 3. Системы командного радиоуправления. Автономные и комбинированные системы наведения / В.И. Меркулов, А.И. Канащенков [и др.]. М.: Радиотехника, 2004. 317 с.
[4] Верба В.С. Авиационные комплексы радиолокационного дозора и наведения. Состояние и тенденции развития. М.: Радиотехника. 2008. 432 с.
[5] Крутько П.Д. Обратные задачи динамики в теории автоматического управления. М.: Машиностроение, 2004.
[6] Говорков В.А. Электрические и магнитные поля. М.: Энергия, 1968.
[7] Бахвалов Н.С., Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008.
Claims (7)
- Способ захода на посадку беспилотного летательного аппарата (БЛА) в аварийных условиях, заключающийся в том, что вывод БЛА в точку начала снижения для осуществления аварийной посадки на неподготовленную площадку в горизонтальной плоскости производится по траектории, отличающийся тем, что траектория управляемого БЛА корректируется при приближении его к площадке приземления, для чего вычисление требуемого приращения
- где
- где
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019128296A RU2725640C1 (ru) | 2019-09-09 | 2019-09-09 | Способ захода на посадку беспилотного летательного аппарата в аварийных условиях |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019128296A RU2725640C1 (ru) | 2019-09-09 | 2019-09-09 | Способ захода на посадку беспилотного летательного аппарата в аварийных условиях |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2725640C1 true RU2725640C1 (ru) | 2020-07-03 |
Family
ID=71510382
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019128296A RU2725640C1 (ru) | 2019-09-09 | 2019-09-09 | Способ захода на посадку беспилотного летательного аппарата в аварийных условиях |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2725640C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111982100A (zh) * | 2020-07-07 | 2020-11-24 | 广东工业大学 | 一种无人机的航向角解算算法 |
CN113777932A (zh) * | 2021-11-15 | 2021-12-10 | 南京信息工程大学 | 一种基于Delta算子的四旋翼自适应滑模容错控制方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050033489A1 (en) * | 2003-08-08 | 2005-02-10 | Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha | Landing-control device and landing-control method for aircraft |
WO2010043812A1 (fr) * | 2008-10-13 | 2010-04-22 | Dcns | Procédé et système de contrôle de l'appontage/décollage automatique d'un drone sur ou d'une grille circulaire d'appontage d'une plate-forme notamment navale |
WO2014102437A1 (es) * | 2012-12-31 | 2014-07-03 | Universidad Pablo De Olavide | Sistema de control de aeronaves no tripuladas de ala rotatoria para aterrizaje vertical en superficies móviles mediante pre-alimentacion de fuerzas en el sistema de control |
RU2562890C2 (ru) * | 2013-06-14 | 2015-09-10 | Открытое акционерное общество "Московский ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский радиотехнический институт" (ОАО "МНИРТИ") | Способ управления беспилотным летательным аппаратом |
-
2019
- 2019-09-09 RU RU2019128296A patent/RU2725640C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050033489A1 (en) * | 2003-08-08 | 2005-02-10 | Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha | Landing-control device and landing-control method for aircraft |
WO2010043812A1 (fr) * | 2008-10-13 | 2010-04-22 | Dcns | Procédé et système de contrôle de l'appontage/décollage automatique d'un drone sur ou d'une grille circulaire d'appontage d'une plate-forme notamment navale |
WO2014102437A1 (es) * | 2012-12-31 | 2014-07-03 | Universidad Pablo De Olavide | Sistema de control de aeronaves no tripuladas de ala rotatoria para aterrizaje vertical en superficies móviles mediante pre-alimentacion de fuerzas en el sistema de control |
RU2562890C2 (ru) * | 2013-06-14 | 2015-09-10 | Открытое акционерное общество "Московский ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский радиотехнический институт" (ОАО "МНИРТИ") | Способ управления беспилотным летательным аппаратом |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111982100A (zh) * | 2020-07-07 | 2020-11-24 | 广东工业大学 | 一种无人机的航向角解算算法 |
CN111982100B (zh) * | 2020-07-07 | 2022-05-06 | 广东工业大学 | 一种无人机的航向角解算算法 |
CN113777932A (zh) * | 2021-11-15 | 2021-12-10 | 南京信息工程大学 | 一种基于Delta算子的四旋翼自适应滑模容错控制方法 |
CN113777932B (zh) * | 2021-11-15 | 2022-02-22 | 南京信息工程大学 | 一种基于Delta算子的四旋翼自适应滑模容错控制方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7412324B1 (en) | Flight management system with precision merging | |
US8380425B2 (en) | Autonomous collision avoidance system for unmanned aerial vehicles | |
RU2550887C2 (ru) | Бортовая интегрированная система информационной поддержки экипажа и когнитивный формат представления полетной информации на этапе "взлет" многодвигательного воздушного судна | |
US11900823B2 (en) | Systems and methods for computing flight controls for vehicle landing | |
US8527118B2 (en) | Automated safe flight vehicle | |
US11928976B2 (en) | Cross-checking localization during aircraft terminal operations | |
JPH06224697A (ja) | 航空機統合誘導システム | |
US10502584B1 (en) | Mission monitor and controller for autonomous unmanned vehicles | |
RU2725640C1 (ru) | Способ захода на посадку беспилотного летательного аппарата в аварийных условиях | |
US8633835B1 (en) | Display of climb capability for an aircraft based on potential states for the aircraft | |
US10562642B2 (en) | Prediction of vehicle maneuvers based on signal characteristics | |
US11535394B2 (en) | Aircraft landing assistance method and memory storage device including instructions for performing an aircraft landing assistance method | |
US5522567A (en) | Energy management system for a gliding vehicle | |
WO2017021955A1 (en) | Constraints driven autonomous aircraft navigation | |
CN113739799A (zh) | 全球定位拒止的导航 | |
US20220309931A1 (en) | Systems and methods for guiding vehicles to charging points | |
US20220309934A1 (en) | Systems and methods for detect and avoid system for beyond visual line of sight operations of urban air mobility in airspace | |
Williams | Self-separation in terminal areas using CDTI | |
RU49297U1 (ru) | Информационно-управляющий комплекс летательных аппаратов | |
US11822352B2 (en) | Engine out go around vertical clearance system and method | |
RU2644048C2 (ru) | Система управления в продольном канале пилотируемых и беспилотных летательных аппаратов в режиме увода с опасной высоты при работе по наземным объектам | |
Finke et al. | Application of visual and instrument flight rules to remotely piloted aircraft systems: A conceptual approach | |
RU2611453C1 (ru) | Способ формирования полетной траектории летательного аппарата | |
Glowacki et al. | Methods of flight-path planning for UAV photogrammetry missions with consideration of aircraft dynamic properties | |
EP4006879A1 (en) | Autonomous taxiing method and apparatus |