CC BY
29
УДК 62-599
Полянин К. С. студент 4 курса
факультет «Информационные и управляющие системы»
Нартов М.В. студент 4 курса
факультет «Информационные и управляющие системы »
Балтийский Государственный Технический Университет «ВОЕНМЕХ» имени Д.Ф. Устинова (БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф.
Устинова) Россия, г. Санкт-Петербург ПРОБЛЕМЫ ПОСАДКИ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ
АППАРАТОВ НА СУДА И СПОСОБЫ ИХ РЕШЕНИЯ В статье рассматриваются основные проблемы, возникающие при посадке беспилотных летательных аппаратов на морские суда. Уделяется особенное внимание проблемам посадки при сильной морской качке. Приводятся способы решения существующих проблем, и производится их анализ. Делается вывод о важности развития беспилотных технологий, применяемых военно-морским и гражданским флотом. Ключевые слова
Беспилотный аппарат, посадка, судно, посадочная полоса, тормозное устройство, кран-балка, качка, море, стабилизации, захват.
UDC 62-599
Polyanin K.S.
Student
4-year, faculty of information and control systems Baltic State Technical University "Voenmeh" named after D. Ustionov
(BSTU «VOENMEH» named after D.F. Ustinov)
Russia, St.Petersburg Nartov M. V.
Student
4-year, faculty of information and control systems Baltic State Technical University "Voenmeh " named after D. Ustionov
(BSTU «VOENMEH» named after D.F. Ustinov)
Russia, St.Petersburg THE PROBLEMS OF LANDING THE UNNAMED AERIAL VEHICLES TO THE SHIPS AND WAYS OF THEIR SOLUTION The article is deal with the main problems arising from the landing the unnamed aerial vehicles to the ships. It is spoken in detail about the problems from the dusting. It is given the ways of solution of this problems and their analysis is carried out. Conclusions are drawn about the importance of developing the unnamed aerial technologies used by the Navy and civil Fleet.
Key words
Unnamed aerial vehicle, landing, ship, landing strip, braking device, cathead, sea, stabilization, trapping.
Стремительное развитие беспилотной техники привело к тому, что беспилотные аппараты стали применяться для решения задач не только на суше, но и в море. К сожалению, применение таких аппаратов в морских условиях весьма затруднено. Во многом это связано именно с проблемами посадки БПЛА25 на палубу корабля. Важно учесть, что успешному проведению такой операции препятствует множество факторов, а именно: размер палубы, уровень морской качки, скорость ветра и многие другие. Отметим, что огромное количество ученых в России и в мире занимается поиском решения указанных выше проблем, поскольку спектр задач, стоящих перед БПЛА, используемыми в море, очень широк: от ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций до проведения разведки.
Весьма распространенной задачей, стоящей перед инженерами при посадке БПЛА на палубу, является проблема определения точных координат беспилотного аппарата в условиях морской качки. Во время сильного волнения моря определение положения БПЛА затрудняет сигнал рассогласования, поступающий в каналы РЛС26, что, в свою очередь, требует применения дополнительных устройств стабилизации, позволяющих получать более точную картину.
Наряду с проблемой определения точных координат летательного аппарата, особое место занимает вопрос поиска проектных решений, обеспечивающих возможность размещения на судне требуемых средств посадки. К примеру, установка взлетно-посадочной полосы, на которую осуществляется приземление летательного аппарата с последующим торможением. Однако, важно учесть тот факт, что подобные решения зачастую требуют изменения архитектуры судна, то есть изменения положения надстроек, навигационного оборудования, средств погрузки и других, с целью освобождения необходимой для установки конструкции площади. В большинстве случаев это не всегда является приемлемым, особенно для военных кораблей, изменение архитектуры которых может привести к изменению их технических и эксплуатационных характеристик в худшую сторону.
Стоит отметить, что даже в случае решения проблемы установки посадочного устройства, возникает много других сложностей, затрудняющих использование БПЛА в условиях моря. Одной из таких сложностей является стабилизация захватного устройства. Дело в том, что при качке судна происходит колебательное смещение механизма захвата, что весьма пагубно влияет на посадку БПЛА на судно в целом.
25 БПЛА - беспилотный летательный аппарат. С. Фадеев. Словарь сокращений современного русского языка. — С.-Пб.: Политехника, 1997. — 527 с.
26 РЛС - радиолокационная станция. С.Ф. Ахромеев. Военный энциклопедический словарь. - М.: Воениздат, 1986. - 863с.
Так же не менее важной задачей является торможение летательного аппарата после сцепления с захватным устройством. Особенно остро данная проблема стоит в случае, когда речь идет о маломерных судах, на которых зачастую невозможно поместить специальную взлетно-посадочную полосу для обеспечения полного торможения, например, беспилотных аппаратов самолетного типа, которые имеют значительную массу и посадочную скорость.
Единственным решением проблемы определения координат беспилотного аппарата во время качки является, как уже говорилось выше, установка дополнительных устройств стабилизации, которые позволяют получать более точную картину.
Во время поиска способов решения проблемы, связанной с установкой посадочного устройства на палубе корабля, ученые пришли к нескольким вариантам. Первый из них - это спуск посадочной платформы на воду. Безусловно, этот способ позволяет избежать изменений архитектуры корабля, которые могут пагубно сказаться на его эксплуатационных характеристиках, но, в то же время, этот метод требует установки дополнительного оборудования, с помощью которого будет осуществляться спуск посадочной платформы на воду и её подъем на судно. Помимо этого возникает вопрос стабилизации платформы во время морской качки и, самое важное, во время подъема. Второй метод борьбы с данной проблемой - это посадка аппарата на воду с помощью специального парашюта или воздушного шара. Такой способ выглядит наиболее простым и наименее затратным, но главный его недостаток заключается в том, что зачастую необходим восстановительный ремонт аппарата из-за возникающей в соленой воде коррозии. Третий способ решения поставленной перед нами задачи - это установка специальной сети, с помощью которого возможно «поймать» беспилотный аппарат. Такой метод имеет ряд преимуществ перед предыдущим. Дополнительного оборудования почти не требуется, кроме установленного за сетью на специальном подвесе электрооптического датчика, который и обеспечивает снижения БПЛА в сторону сети. Единственный недостаток этого метода - возможные повреждения нижней части фюзеляжа при соприкосновении с сетью. Один из вариантов решения - это установка специального амортизирующего устройства, которое способно смягчить удар при посадке. Последним из предложенных способов решения проблемы, связанной с невозможностью установки посадочной платформы, было предложение использовать специальные устройства на основе кран-балки, расположенной на борту судна. Такие устройства позволяют осуществлять торможение беспилотных аппаратов при помощи специальных, автоматически выбрасывающихся тросов, которые с помощью карабина зацепляются за специальный замок, расположенный на корпусе БПЛА. После зацепления с замком происходит торможение аппарата и его транспортировка на судно. Безусловно, подобные системы имеют ряд проблем, связанных со стабилизацией кран-балки на борту судна во время
сильной качки или стабилизации летательного аппарата в процессе торможения во время сильного ветра, но, не смотря на это, такой способ фактически исключает возможность повреждения летательного аппарата, а стоимость подобных конструкций не является высокой.
Проблема пространственной стабилизации посадочного устройства при качке решается путем поворота выносных балок устройства относительно его стойки, а так же путем поворота стойки относительно палубы судна. Данные манипуляции выполняются с помощью двух специальных следящих приводов, постоянно определяющих смещения захватного устройства, обрабатывающих их, и, в итоге, осуществляющих стабилизацию, компенсируя смещения. Так же данные приводы осуществляют стабилизацию точки прицеливания в линейных координатах У и Ъ„ что значительно увеличивает вероятность успешной посадки БПЛА на судно.
Говоря о проблеме торможения БПЛА после сцепления с устройством захвата, инженеры пришли к тому, что решение кроется в грамотно разработанном, а так же правильно выбранном для каждого конкретного случая тормозном устройстве. В случае, когда мы рассматриваем, к примеру, маломерное судно, где посадка летательного аппарата производится на специальную кран-балку, особое значение имеет длина тормозного пути. Исходя из данной ситуации, немаловажным фактором при выборе тормозного устройства являются его габариты, которые должны подходить для размещения на маломерном судне. Не стоит забывать, что главная задача устройства торможения - погашение скорости летательного аппарата до нуля. Говоря подробнее - от устройства требуется перевести кинематическую энергию беспилотного аппарата в работу, расходуемую на трение и упругую деформацию. При выборе устройства торможения следует учитывать основное требование - обеспечение минимального тормозного пути. Так же важным ограничением для тормозного устройства является допустимое ускорение торможения, или же просто перегрузка. Исходя из этих параметров, рассматривают два основных метода торможения: торможение трением и торможение пружинами. Помимо этого, рассматривают совместное действие силы трения и силы упругости пружины. Оба метода имеют свои достоинства и недостатки. Например, говоря о торможении трением, особо важно учитывать чрезмерные тепловые перегрузки, которые приводят к нестабильности торможения, и избегать их путем использования специальных демпфирующих устройств. Однако, как показала практика, устройства торможения, основанные на трении, обеспечивают минимальный тормозной путь, что весьма важно в условиях посадки БПЛА на маломерное судно. В случае же торможения пружинами, речь идет о преобразовании работы торможения в потенциальную энергию сжатой (растянутой) пружины. Выделение тепловой энергии в данном случае минимально, за счет трения подвижных частей устройства торможения. Минусами метода являются больший, по сравнению
с торможением демпфером, тормозной путь, а так же необходимость фиксирования пружины в определенный момент ее сжатия (растяжения) для исключения возвратного действия. В современных реалиях чаще всего приходится использовать комбинационный метод торможения. Именно грамотный расчет и совместное использование демпфера и пружины приводят к созданию устройства торможения, близкого по своим параметрам к идеальному.
Анализ существующих проблем посадки беспилотных летательных аппаратов на суда и способов их решения позволил сделать вывод о том, что существующие методы посадки беспилотных аппаратов позволяют успешно решать поставленные задачи. Важно заметить, что современные устройства и приспособления, служащие для торможения и посадки беспилотных летательных аппаратов, не смотря на качество выполнения ими поставленных задач, имеют и ряд недостатков, которые не устранены до сих пор. Не смотря на это, стремительное развитие инженерных технологий открывает новые горизонты в совершенствовании беспилотной техники.
Использованные источники:
1. С. Фадеев. Словарь сокращений современного русского языка. — С.-Пб.: Политехника, 1997.
2. С.Ф. Ахромеев. Военный энциклопедический словарь. - М.: Воениздат, 1986. - 863с.
3. Соловьева В.В. Обзор способов посадки беспилотных летательных аппаратов на маломерные суда // Проблемы посадки беспилотных летательных аппаратов на движущееся судно и технические пути их решения: СПб: БГТУ, 2010. - С.14-20.
4. Подоплекин Ю.Ф., Шаров С.Н. Проблемы посадки беспилотных летательных аппаратов на движущееся судно и технические пути их решения // Труды ХХХХ Российского семинара «Механика и процессы управления». - М.: РАН, Министерство обороны РФ, Министерство образования и науки РФ, 2010. - С.55-64.
5. Петухова Е.С. Особенности траектории возвращения беспилотного летательного аппарата на движущийся носитель // Известия Российской академии ракетных и артиллерийских наук. - 2010. - Вып.4 (66). - С. 40-48.
6. Андриевский Б.Р., Шаров С.Н. Определение положения посадочного устройства БПЛА в условиях качки. - Морской вестник. - 2012. - №2 942). -С.75-77.
7. Посадка беспилотных летательных аппаратов на суда: проблемы и решения/ Под общей редакцией доктора технических наук, профессора С.Н. Шарова. - СПб : Судостроение, 2014. - 192 с.
8. Ривкин С.С. Стабилизация измерительных устройств на качающемся основании. - М. : Наука, 1978. - 320 с.
9. Макова Ю.Л. Качка судов: учебное пособие. - Калининград : КГТУ, 2007. - 321 с.
