Расчет основных эксплуатационных характеристик привязной высотной системы корабельного базирования

Цели. Беспилотные летательные аппараты (БПЛА) активно применяются во многих военных и гражданских областях: мониторинг критических объектов, телекоммуникации, радиолокация, фото- и видеосъемка, картографирование и др. Основным недостатком автономных БПЛА является ограниченное время функционирования. Длительное функционирование БПЛА на кораблях могут обеспечить привязные высотные системы (ПВС), в которых электропитание двигателей и аппаратуры полезной нагрузки осуществляется от бортового источника энергии по тонкому кабель-тросу. Цель работы – выбор и обоснование облика ПВС, расчет необходимых эксплуатационных характеристик.
Методы. В работе используются методы системного и функционального анализа параметров привязной системы, методы и модели теории отношений и измерения.
Результаты. Рассмотрены вопросы проектирования и реализации нового поколения ПВС корабельного базирования. На основе существующих привязных платформ определен рациональный тип аэродинамической схемы БПЛА. Определена и обоснована оптимальная архитектура привязной системы, представлен ее облик и решение по размещению на корабле, а также описана ее работа. Выбраны и рассчитаны основные исходные параметры для проектирования высотных систем, такие как взлетная масса, оптимальная высота подъема, максимальная необходимая мощность для функционирования, структура системы передачи энергии, время развертывания и подъема на расчетную высоту.
Выводы. Представленная в статье методология расчета необходимых характеристик позволяет использовать ее для разработки и оценки ПВС. Данные системы способны выполнять различный спектр задач, при этом не требуя отдельного места хранения и запуска, что особенно актуально в корабельных условиях. Представленная система имеет значительные преимущества перед известными аналогами. 

1. Khofiyah N.A., Maret S., Sutopo W., Nugroho B.D.A. Goldsmith’s Commercialization Model for Feasibility Study of Technology Lithium Battery Pack Drone. In: 2018 5th International Conference on Electric Vehicular Technology (ICEVT). IEEE; 2018. P. 147–151. https://doi.org/10.1109/ICEVT.2018.8628439

2. Zikou L., Papachristos C., Tzes A. The Power-over-Tether system for powering small UAVs: Tethering-line tension control synthesis. In: Proceedings of the 2015 23rd Mediterranean Conference on Control and Automation (MED). IEEE; 2015. Р. 681–687. https://doi.org/10.1109/MED.2015.7158825

3. Соловьева В.В., Шаров С.Н. Судовые взлетные и посадочные устройства беспилотных летательных аппаратов. Морской вестник. 2015;1(53):65–69. URL: https://www.elibrary.ru/tjxpif

4. Вишневский В.М. Методы и алгоритмы проектирования и реализации привязных высотных беспилотных телекоммуникационных платформ. В сб.: XIII Всероссийское совещание по проблемам управления: Сборник трудов. (ВСПУ – 2019). М.: Институт проблем управления; 2019. С. 40–42. URL: https://vspu2019.ipu.ru/proceedings/0040.pdf

5. Ботов М.И., Вяхирев В.А. Основы теории радиолокационных систем и комплексов. Красноярск: Сиб. федер. ун-т; 2013. 530 с. URL: https://vii.sfu-kras.ru/images/libs/Osnovi_teorii.pdf

6. Вишневский В.М., Ширванян А.М., Бряшко Н.Н. Расчет необходимой мощности для функционирования привязной беспилотной платформы в условиях турбулентной атмосферы. Информационные технологии и вычислительные системы. 2020;3:71–84. https://doi.org/10.14357/20718632200307

7. Лопухов А.А., Осипов Ю.Н., Ершов В.И., Симанов С.Е. Особенности формирования полезной нагрузки и технического облика беспилотной авиационной системы ретрансляции сигналов управления для наземных робототехнических комплексов. Актуальные вопросы пожарной безопасности. 2022;2(12):33–40. https://doi.org/10.37657/vniipo.avpb.2022.40.70.004

8. Wang G., Samarathunga W., Wang S. Uninterruptible Power Supply Design for Heavy Payload Tethered Hexaroters. Int. J. Emerging Eng. Res. Technol. 2016;4(2):16–21.

9. Вишневский В.М., Ширванян А.М., Тумченок Д.А. Математическая модель динамики функционирования привязной высотной телекоммуникационной платформы в условиях турбулентной атмосферы. В сб.: Распределительные компьютерные и телекоммуникационные сети: управление, вычисление, связь. Материалы 21 Международной научной конференции DCCN-2018. М.: РУДН; 2018. С. 402–414.

10. Меркин Д.Р. Введение в механику гибкой нити. М.: Наука; 1980. 240 с.

11. Tognon M., Franchi A. Theory and Applications for Control of Aerial Robots in Physical Interaction Through Tethers. Part of the book series: Springer Tracts in Advanced Robotics. (STAR, vol. 140). Cham, Switzerland: Springer; 2021. 156 p.

12. Вишневский В.М., Тумченок Д.А., Ширванян А.М. Оптимальная структура высоковольтного кабеля для передачи энергии с земли на борт привязной высотной беспилотной телекоммуникационной платформы. В сб.: Распределительные компьютерные и телекоммуникационные сети: управление, вычисление, связь. Материалы 20 Международной научной конференции DCCN-2017. М.: Техносфера; 2017. С. 197–205.

13. Герасимов В.А., Комлев А.В., Найденко Н.А., Филоженко А.Ю. Исследование и разработка системы энергообеспечения привязного подводного робота с модернизированным источником электропитания. Подводные исследования и робототехника. 2021;3(37):82–89. https://doi.org/10.37102/1992-4429_2021_37_03_08

14. Масюков М.В., Лукашов П.П. Привязная мониторинговая платформа с системой питания: пат. № 2724509 РФ. Заявка № 2019106709; заявл. 11.03.2019: опубл. 23.06.2020.

15. Ахобадзе Г.Н. Система электроснабжения привязного летательного аппарата: пат. № 2782805 РФ. Заявка № 2022116012: заявл. 14.06.2022: опубл. 02.11.2022.

16. Вишневский В.М., Терещенко Б.Н., Тумченок Д.А., Ширванян А.М. Сравнительный анализ вариантов построения проводной системы передачи энергии земля–борт для привязных высотных телекоммуникационных платформ. В сб.: Распределительные компьютерные и телекоммуникационные сети: управление, вычисление, связь. Материалы 21 Международной научной конференции DCCN-2018. М.: РУДН; 2018. С. 387–401.

17. Нгуен Т.Л., Кузин Н.А., Юрков Н.К. К проблеме формирования облика перспективных беспилотных летательных аппаратов. Надежность и качество сложных систем. 2022;1(37):55–66. https://doi.org/10.21685/2307-4205-2022-1-7