Дерево функций авиационного комплекса с бортовым оптическим прибором

Материалы настоящего курса иллюстрируются примерами проведения отдельных операций системного проектирования авиационного комплекса с бортовым оптическим прибором (АК БОП), реализующего слежение за перемещением подвижных объектов (наземных и воздушных) с помощью оптических приборов в активном и пассивном режимах, размещенных на борту легких (с весом от 1 кг до 20 кг) беспилотных летательных аппаратов (БЛА) вертолетного типа – мультикоптеров.

Использование легких мультикоптеров объясняется часто встречаемыми в практических приложениях требованиями управлять пространственным положением осей чувствительности оптических приборов с высокими быстродействием и точностью для решения информационных задач слежения за подвижными объектами при обеспечении закрытости функционирования авиационного комплекса (низкий уровень шума, малая заметность, компактность собственных внешних излучений). Кроме того, с эксплуатационной точки зрения АК БОП должен обеспечивать легкость и оперативность перемещения в места применения без использования специальных транспортных средств, простоту развертывания и подготовки к работе, взлет и посадку АК БОП в условиях необорудованных площадок.

В рамках настоящего курса будет рассматриваться только один класс беспилотных мультикоптеров ‒ квадрокоптеры (КК) – дистанционно или автоматически управляемые БЛА вертолётного типа с четырьмя электродвигателями, размещенными на концах крестообразно расположенных конструктивных балок и снабженными тяговыми воздушными винтами, с креплением через редуктор или напрямую, например, имеющий конструктивную схему вида, показанного на рис. 16.1.

Рис. 16.1

 

Основная функциональная часть КК - центральный блок (ЦБ) служит для размещения оборудования, полезной нагрузки (целевого оборудования – ЦО) и аккумуляторов. Радиально от ЦБ на несущих балках ( = 1, 2, 3, 4), расположенных попарно коаксиально ( с и с ) и ортогонально между этими коаксиальными осями, устанавливаются электродвигатели ( = 1, 2, 3, 4), образуя тем самым симметричную крестообразную компоновку всего КК. На роторах электродвигателей напрямую или через повышающий редуктор крепятся воздушные винты ( = 1, 2, 3, 4), создающие тяговые усилия.

На рис. 16.3 показана схема функционирования гипотетического АК БОП, предназначенных для организации слежения за подвижными объектами, при оперативной смене места функционирования комплекса и при изменении числа и взаимной конфигурации в пространстве локальных АК БОП (их может быть более одного).

Основными конструктивными составными частями подобных авиационных комплексов являются:

‒ легкий БЛА вертолетного типа (КК) с четырьмя тяговыми электродвигателями (КК);

‒ автопилот управления пространственными положением и ориентацией КК;

‒ целевой БОП;

‒ механизм карданного типа (опорно-поворотное устройство ‒ ОПУ) изменения пространственной ориентации оси чувствительности БОП;

‒ многоконтурная система управления (СУ) изменением пространственной ориентацией оси чувствительности БОП.

Главной задачей АК БОП является обеспечение высокоточного сопровождения ограниченной области на подвижном объекте, что и определяет набор необходимых функций, выполняемых АК БОП. Для решения этой задачи АК БОП должен выполнять следующие функции:

‒ автоматические старт и посадка в местах, где отсутствуют специально оборудованные площадки;

‒ информационное и управляющее обеспечение навигации КК при его полете в точку ожидания;

‒ обнаружение и распознавание подвижного объекта;

‒ пеленгация (измерение координат подвижного объекта относительно КК) и сопровождение этого объекта полем зрения БОП (функции формирования поля зрения, измерения координат вектора дальности, управления пространственной ориентацией поля зрения).

Материалы настоящего курса посвящены рассмотрению особенностей реализации последней из перечисленных функций (режим автоматического сопровождения), которая направлена на решение главной задачи.

Для решения сформулированной выше задачи автоматического сопровождения должны быть реализованы следующие частные функции:

‒ функция определения параметров состояния электромеханической подсистемы (исполнительного органа СУ БОП);

‒ функция определения дальности до подвижного объекта;

‒ функция определения относительных угловых координат подвижного объекта;

‒ функция управления пространственной ориентацией поля зрения или пространственного луча излучения;

 

 

Рис. 16.3

‒ функция определения параметров пространственной ориентации КК;

‒ функция определения навигационных параметров КК;

‒ функция управления пространственным положением КК:

‒ функция управления пространственной ориентацией КК.