CC BY
28ВООРУЖЕНИЕ И ВОЕННАЯ ТЕХНИКА, КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ ВОЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ ^ ц
_ ¿.i,-
УДК 629.7.05 ГРНТИ 78.25.13
СПОСОБ НАВЕДЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА В ТОЧКУ НАЧАЛА АТАКИ
М.А. ЗАМЫСЛОВ, кандидат технических наук
ВУНЦ ВВС «ВВА имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж)
A.М. МАЛЬЦЕВ, кандидат технических наук
ВУНЦ ВВС «ВВА имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж) С.Б. МИХАЙЛЕНКО, кандидат технических наук
ВУНЦ ВВС «ВВА имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж)
B.А. УФАЕВ, доктор технических наук
ВУНЦ ВВС «ВВА имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж)
Статья относится к области управления летательными аппаратами и выводы из неё могут быть использованы для автоматического наведения самолёта или беспилотного летательного аппарата из точки, в общем случае, с произвольным местоположением и направлением полёта в точку с заданными координатами и курсом для последующей атаки наземной цели.
Ключевые слова: летательный аппарат; наземная цель; способ наведения; маршрут; разворот; атака.
M.A. ZAMYSLOV, Candidate of Technical Sciences
MESC AF «N.E. Zhukovsky and Y.A. Gagarin Air Force Academy» (Voronezh)
A.M. MALTSEV, Candidate of Technical Sciences
MESC AF «N.E. Zhukovsky and Y.A. Gagarin Air Force Academy» (Voronezh)
S.B. MIHAJLENKO, Candidate of Technical Sciences
MESC AF «N.E. Zhukovsky and Y.A. Gagarin Air Force Academy» (Voronezh)
V.A. UFAEV, Doctor of Technical Sciences
MESC AF «N.E. Zhukovsky and Y.A. Gagarin Air Force Academy» (Voronezh)
WAY OF GUIDANCE OF A FLYING MACHINE IN A POINT OF THE BEGINNING OF ATTACK
Article concerns area of management of flying machines and can be used for automatic prompting of the plane or a pilotless flying machine from a point, generally, with any site and a flight direction in a point with the set co-ordinates and a course for the subsequent attack of the ground target.
Keywords: flying machine; ground target; a way of guidance; a route; a turn; attack.
Как известно [1], весь процесс управления летательным аппаратом (ЛА) при атаке наземной цели разделяется на четыре основных этапа: дальнее наведение, ближнее наведение, атака цели и выход из атаки. Задачей дальнего наведения является вывод летательного аппарата в заданную область пространства, обеспечивающего надежное обнаружение и захват цели бортовой РЛС. Ближнее наведение или самонаведение начинается с момента захвата цели бортовой РЛС. На данном этапе решаются задачи вывода ЛА в исходное положение для атаки, в процессе которого выбирается наиболее эффективный боевой маневр для преодоления ПВО и поражения цели.
В случае, когда координаты цели и прикрывающих её систем ПВО известны, наиболее целесообразен непосредственный вывод ЛА в такую точку начала атаки с курсом
ВООРУЖЕНИЕ И ВОЕННАЯ ТЕХНИКА, КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ ВОЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
на цель, с которой применение средств поражения будет наиболее эффективной. При этом практически одновременно выполняются этапы дальнего и ближнего наведения.
Целью работы является разработка способа вывода летательного аппарата с произвольным начальным курсом в точку начала атаки наземной цели с заданного направления.
Для решения поставленной задачи рассмотрим известный способ вывода самолёта в точку начала посадки, включающий измерение текущих координат самолёта, предварительное построение участка маршрута в виде прямой линии заданного пути (ЛЗП), являющейся касательной к дуге предпосадочного разворота самолёта для выхода на ось взлётно-посадочной полосы в точке начала посадки с курсом в направлении её центра, и непосредственно дуги предпосадочного разворота заданного радиуса, полёт по маршруту с учётом измеренных текущих координат самолёта [1,2]. Все эти этапы вывода самолета в точку начала посадки могут быть применены касательно к предлагаемому способу наведения на наземную цель. При этом будем подразумевать, что центр взлётно-посадочной полосы является местом расположения цели, точка начала посадки -точкой начала атаки, предпосадочный разворот - боевой разворот перед атакой.
Необходимо дополнительно доопределить маршрут из точки первоначального местоположения ЛА дугой предварительного разворота заданного радиуса для выхода по касательной к ней прямой линии заданного пути и с учётом начального курса, комбинаций вариантов право- и левостороннего направления предварительного и боевого разворота, построить четыре возможных маршрута. На рисунке 1 показаны возможные маршруты вывода ЛА в точку начала атаки по предложенному способу.
На рисунке 1 принята местная прямоугольная система координат, с началом в точке О местоположения цели, ординатой У в направлении первоначального местонахождения летательного аппарата N, перпендикулярной ей абсциссой X и отсчётом положительных углов от неё против часовой стрелки. Кроме того, введены следующие обозначения: Р — точка начала атаки, Оц, О21, О12, О22 — центры окружностей возможных вариантов разворота ЛА; С11, С21, М1Ь М21 — точки возможного выхода из предварительного разворота; С12, С22, М12, М22 — точки возможного начала боевого разворота, ЛЗПг- — линии заданного пути для различных направлений разворота, г =1.. .4, Ц — начальный курс ЛА, как угол вектора скорости V, Г — радиус разворота, % — курсовой
угол атаки цели, Я — удаление точки начала атаки от цели, d — дальность до цели от первоначального местоположения ЛА.
Выбор маршрута может быть осуществлен исходя из следующих соображений: облет препятствий при маловысотном полете или зон ПВО, минимизация времени вывода ЛА в точку начала атаки и др.
Рассмотрим вариант реализации предложенного способа на основе применения пилотажно-навигационного комплекса и принципа самонаведения в заданную точку по отклонению курса на неё, исходя из её и измеренных текущих координат ЛА с выбором минимального по длине маршрута.
В исходном состоянии (программно на земле или по радиокоманде с пункта управления) в память пилотажно-навигационного комплекса заносят информацию о заданных параметрах цели и точки начала атаки, в соответствии с которыми рассчитываются удаление точки начала атаки Я от цели и курсовой угол атаки %.
В процессе полёта измеряют текущие координаты ЛА, которые представляют в местной прямоугольной системе координат (рисунок 1).
Рисунок 1 - Возможные варианты маршрута наведения ЛА на цель
По команде или в момент прибытия в заданную точку в пилотажно-навигационном комплексе по указанной информации определяют маршрут, для которого путь до точки начала атаки минимален.
Особенности выполнения данной операции поясним с привлечением рисунка 1. Первоначально по измерениям в различные, например, с промежутком 1 с, моменты
времени Z0, Z1 определяют начальный курс ЛА Ц = aIg(z¿1 — Z0), где а^(-)- аргумент комплексного числа (фаза), заключенного в скобки, а по текущим координатам ЛА - дальность до цели d = 1т(^0).
Здесь и далее принято комплексное представление координат Z0 = Re(Z0)+ i ■ 1т ^0), где Re(Z0) = X0 - реальная часть, абсцисса, 1т ^0) = Y0 -мнимая часть, ордината, i - мнимая единица.
Поскольку имеются две точки разворота, предварительного и боевого, в каждой из которых возможно движение по и против часовой стрелки, то, исходя из общего числа сочетаний, выход в точку начала атаки возможен по следующим четырём вариантам маршрута (рисунок 1).
1) По «восьмёрке» с первым правым разворотом по дуге С11), полётом по ЛЗП1 и вторым левым разворотом по дуге (С12, Р).
2) По «восьмёрке» с первым левым разворотом по дуге С21), полётом по ЛЗП2 и вторым правым разворотом по дуге (С22, Р).
3) По «кругу» с первым правым разворотом по дуге М11), полётом по ЛЗП3 и вторым правым разворотом по дуге (М12, Р).
4) По «кругу» с первым левым разворотом по дуге М21), полётом по ЛЗП4 и вторым левым разворотом по дуге (М22, Р).
Методика построения маршрутов полёта основывается на решении соответствующих геометрических задач и состоит в следующем.
1) Определяют две окружности с центрами Оп, О21, по которым может осуществляться разворот ЛА в направлении на цель. Поскольку вектор скорости ЛА является касательной к данным окружностям, а их центры расположены на перпендикуляре к начальному курсу ЛА, то координаты центров рассчитывают по формулам:
оп = г — г • в"¥}; О21 = г • ^ + г • )
(1)
где Г — радиус разворота, который может задаваться непосредственно или рассчитываться по формуле: г = V / ш , где V — скорость ЛА, а — допустимая угловая скоростью разворота [3].
2) Определяют окружности с центрами О12, О22, по которым может осуществляться боевой разворот ЛА для выхода в точку начала атаки, при этом линия «точка начала атаки - цель» является касательной к этим окружностям, а центры расположены на перпендикуляре к ней. Координаты этих центров определяют по формулам:
Ои = (Я + г • Г )• О 22 =(Я - г • г )• е
н
(2)
3) Определяют возможные четыре линии заданного пути, как касательные к первым двум окружностям разворота с центрами О11, О21 и к двум другим окружностям с центрами О12, О22. При этом координаты точек касания, соответственно точек выхода из первого разворота, по дуге предварительного разворота и начала второго разворота, по дуге боевого разворота, для разных вариантов маршрута рассчитывают по формулам:
для первого варианта: Сп = Оп + Аг1С; С12 = О22 — Аг.
'1С '
(3)
где Аг1С = г
1 —
'2Г^2 1ш(Оп — О22) 2Г Re(O11 — О22)
V а1 у
а
а
а,
— г • Г
2г ¡ш(р„ — о 22)
+
а,
а,
1
1 —
а2г^2 Re(oll — ¿22)
V а1 у
а
; ах
а — а
для второго варианта: С21 = О21 + Аг2С; С22 = О12 — Аг2С,
(4)
где = -г
г2г I2 Цр21 - дхг ) , 2г Re(д21 - д)
а
V а2 У
I ■ г
\
2г 1т(д 21 - дд|2)
+ ■
*2
а„
а„
1
'2г )2 Re(д21 - д>,2)
V а2 у
а
; а2
дд 21 - д
для третьего варианта: Мп = дп + Аг1М; М12 = д12 + Аг.
"1М
(5)
где Л21Ы = г
Цд„ - д) . Ке(д„ - д).
а,
а,
, аз
д„ - д
для четвертого варианта:
: М21 = д21 -А^,; М„ = д„ -А/
2М 5 ^ 22
22
"2М '
где Л12
1т(д21 -дд22) ,Кед^д)!. а =
а„
а„
, а4 =
О - О
21 22
(6)
5) Определяют длину пути ЛА от первоначальной точки N до точки начала атаки Р каждого из маршрутов:
вариант 1: Ь1 = г
а^
■ d - ди л С - д
V 11 ^11 у
+ а^
^ ■ е*- д 22' С - д
12 22 У
+
с - с
11 12
(7)
вариант 2: = г
а^
ГС - д л
^ 21 21
' ■ d - д
+ arg
г С - д л
22 12
21
Л ■ е1< - (9,
12
+
с - с
21 22
(8)
вариант 3: £3 = г
а^
■ d - (011 л лл 11 - д у
+ arg
^ Лл 12 - д12 л
Л ■ е'1- д
12
+
М - М
11 12
(9)
вариант 4: Ь4 = г
а^
М 21 - д21 ' ■ d - д
+ arg
21
Л ■ е'4- д
22
М 22 - д 22 У
+
М 21 - М 22
(10)
6) В завершение осуществляют выбор маршрута, длина пути которого из вариантов, рассчитанных по формулам (7)-(10), является минимальной.
На рисунке 2 жирной линией показан результат построения по приведенной методике маршрута вывода ЛА в точку начала атаки для следующих исходных данных: радиус разворота 1719 м, первоначальное удаление ЛА от цели 7200 м, удаление цели от точки начала атаки 2000 м, начальный курс ЛА (-37,5°), требуемый курс наведения на цель (-50о). В соответствии с изложенным выше алгоритмом, обеспечивается построение маршрута с минимальной длиной пути.
1
г
ВООРУЖЕНИЕ И ВОЕННАЯ ТЕХНИКА, КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ ВОЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ ^ ^
-1-Ю4 -8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 8000 МО4
Рисунок 2 — Вариант вывода ЛА в точку начала атаки
Построение выполнено с помощью программного продукта Mathcad. На рисунке 2 исходное положение ЛА отмечено ромбиком, точка начала атаки — кружком, а пунктиром — исходное направление полёта ЛА и направление при атаке цели (в центре координат).
После завершения расчётов по командам управления пилотажно-навигационного комплекса осуществляют полёт ЛА по выбранному маршруту. Для чего оценивают отклонение направления полёта от направления на заданную точку по координатам её и ЛА. При этом первоначально выполняют полет на точку выхода из первого разворота с движением, в силу ограниченного заданного радиуса разворота, по дуге предварительного разворота. После этого выполняют полет на точку начала второго разворота с полётом по прямой линии заданного пути. По достижении этой точки выполняют боевой разворот с движением по дуге в точку начала атаки. На заключительном этапе наведения осуществляют перенацеливание ЛА на цель.
Таким образом, предложен способ вывода ЛА в точку начала атаки наземной цели с заданного направления и дальности при его первоначальном полёте с произвольным курсом.
ВООРУЖЕНИЕ И ВОЕННАЯ ТЕХНИКА, КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ ВОЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ ^ ^
- ^
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Системы управления и бортовые цифровые вычислительные комплексы летательных аппаратов / Под ред. Н.М. Лысенко. М.: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 1990. 368 с.
2. Заявка ФИПС РФ на изобретение № 2016122578. Способ вывода самолета в точку начала посадки; заявл. 07.06.2016.
3. Справочник лётчика и штурмана / Под ред. В.М. Лавского. М: Воениздат, 1974.
504 с.
BIBLIOGRAPHY
1. Control systems and onboard digital computer complexes of flying machines / Under the editorship of N.M. Lysenko. М: AFIAN.E. Zhukovsky, 1990. 368 p.
2. Demand the Russian Federation on the invention № 2016122578. Way of a conclusion of the plane in a point of the beginning of planting; from 07.06.2016.
3. The directory of the pilot and the navigator / Under the editorship of V.M. Lavsky. M: Voenizdat, 1974. 504 p.
© Замыслов М.А., Мальцев А.М., Михайленко С.Б., Уфаев В.А., 2017
Замыслов Михаил Александрович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, старший научный сотрудник научно-исследовательского центра (проблем применения, обеспечения и управления авиацией Военно-воздушных сил), Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж), Россия, 394064, г. Воронеж, ул. Старых Большевиков, 54А, vaiu@mil.ru
Мальцев Александр Михайлович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, ведущий научный сотрудник научно-исследовательского центра (проблем применения, обеспечения и управления авиацией Военно-воздушных сил), Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж), Россия, 394064, г. Воронеж, ул. Старых Большевиков, 54А, vaiu@mil.ru
Михайленко Сергей Борисович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, ведущий научный сотрудник научно-исследовательского центра (проблем применения, обеспечения и управления авиацией Военно-воздушных сил), Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж), Россия, 394064, г. Воронеж, ул. Старых Большевиков, 54А, vaiu@mil.ru
Уфаев Владимир Анатольевич, доктор технических наук, старший научный сотрудник, ведущий научный сотрудник научно-исследовательского центра (проблем применения, обеспечения и управления авиацией Военно-воздушных сил), Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж), Россия, 394064, г. Воронеж, ул. Старых Большевиков, 54А, vaiu@mil.ru
