Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Южно-Уральский государственный университет»

Факультет Аэрокосмический

Кафедра Летательные аппараты и управление

по истории аэрокосмической техники

Описание систем управления беспилотными летательными аппаратами

Челябинск 2009

Введение

Сам по себе БЛА - лишь часть сложного многофункционального комплекса. Как правило, основная задача, возлагаемая на комплексы БЛА, – проведение разведки труднодоступных районов, в которых получение информации обычными средствами, включая авиаразведку, затруднено или же подвергает опасности здоровье и даже жизнь людей. Помимо военного использования применение комплексов БЛА открывает возможность оперативного и недорогого способа обследования труднодоступных участков местности, периодического наблюдения заданных районов, цифрового фотографирования для использования в геодезических работах и в случаях чрезвычайных ситуаций. Полученная бортовыми средствами мониторинга информация должна в режиме реального времени передаваться на пункт управления для обработки и принятия адекватных решений. В настоящее время наибольшее распространение получили тактические комплексы микро и мини-БЛА. В связи с большей взлетной массой мини-БЛА их полезная нагрузка по своему функциональному составу наиболее полно представляет состав бортового оборудования, отвечающего современным требованиям к многофункциональному разведывательному БЛА. Поэтому далее рассмотрим состав полезной нагрузки мини-БЛА.

История

В 1898 г. Никола Тесла разработал и продемонстрировал миниатюрное радиоуправляемое судно. В 1910 г., вдохновлённый успехами братьев Райт, молодой американский военный инженер из Огайо Чарльз Кеттеринг предложил использовать летательные аппараты без человека. По его замыслу управляемое часовым механизмом устройство в заданном месте должно было сбрасывать крылья и падать как бомба на врага. Получив финансирование армии США, он построил, и с переменным успехом испытал несколько устройств, получивших названия The Kattering Aerial Torpedo, Kettering Bug (или просто Bug), но в боевых действиях они так и не применялись. В 1933 г. в Великобритании разработан первый БПЛА многократного использования Queen Bee. Были использованы три отреставрированных биплана Fairy Queen, дистанционно управляемые с судна по радио. Два из них потерпели аварию, а третий совершил успешный полёт, сделав Великобританию первой страной, извлёкшей пользу из БПЛА. Эта радиоуправляемая беспилотная мишень под названием DH82A Tiger Moth использовалась на королевском Военно-морском флоте с 1934 по 1943 г. Армия и ВМФ США с 1940 года использовали ДПЛА Radioplane OQ-2 в качестве самолёта-мишени. На несколько десятков лет опередили своё время исследования немецких учёных, давших миру на протяжении 40-х годов реактивный двигатель и крылатую ракету. Практически до конца восьмидесятых, каждая удачная конструкция БПЛА «от крылатой ракеты» представляла собой разработку на базе «Фау-1», а «от самолёта» - «Фокке-Вульф» Fw 189. Ракета Фау-1 была первым применявшимся в реальных боевых действиях беспилотным летательным аппаратом. В течение второй мировой войны немецкие учёные вели разработки нескольких радиоуправляемых типов оружия, включая управляемые бомбы Henschel Hs 293 и Fritz X, ракету Enzian и радиоуправляемый самолёт, заполненный взрывчатым веществом. Несмотря на незавершённость проектов, Fritz X и Hs 293 использовались на Средиземном море против бронированных военных кораблей. Менее сложным и созданным скорее с политическими, чем с военными целями самолёт V1 Buzz Bomb с реактивным пульсирующим двигателем, который мог запускаться как с земли, так и с воздуха. В СССР в 1930-1940 гг. авиаконструктором Никитиным разрабатывался торпедоносец-планер специального назначения (ПСН-1 и ПСН-2) типа «летающее крыло» в двух вариантах: пилотируемый тренировочно-пристрелочный и беспилотный с полной автоматикой. К началу 1940 г. был представлен проект беспилотной летающей торпеды с дальностью полёта от 100 км и выше (при скорости полёта 700 км/ч). Однако этим разработкам не было суждено воплотится в реальные конструкции. В 1941 году были удачные применения тяжёлых бомбардировщиков ТБ-3 в качестве БПЛА для уничтожения мостов. Во время второй мировой войны ВМС США для нанесения ударов по базам германских подводных лодок пытались использовать дистанционно пилотируемые системы палубного базирования на базе самолёта B-17. После второй мировой войны в США продолжились разработки некоторых видов БПЛА. Во время войны в Корее для уничтожения мостов успешно применялась радиоуправляемая бомба Tarzon. 23 сентября 1957 г. КБ Туполева получил госзаказ на разработку мобильной ядерной сверхзвуковой крылатой ракеты среднего радиуса действия. Первый взлёт модели Ту-121 был осуществлён 25 августа 1960 г., но программа была закрыта в пользу Баллистических ракет КБ Королёва. Созданная же конструкция нашла применение в качестве мишени, а также при создании беспилотных самолётов разведчиков Ту-123 «Ястреб», Ту-143 «Рейс» и Ту-141 «Стриж», стоявших на вооружении ВВС СССР с 1964 по 1979 г. Ту-143 «Рейс» на протяжении 70-х годов поставлялся в африканские и ближневосточные страны, в том числе и в Ирак. Ту-141 «Стриж» состоит на вооружении ВВС Украины и поныне. Комплексы «Рейс» с БРЛА Ту-143 эксплуатируются до настоящего времени, поставлялись в Чехословакию (1984 г.), Румынию, Ирак и Сирию (1982 г.), использовались в боевых действиях во время Ливанской войны. В Чехословакии в 1984 г. были сформированы две эскадрильи, одна из которых в настоящее время находиться в Чехии, другая - в Словакии. В начале 1960-х годов дистанционно-пилотируемые летательные аппараты использовались США для слежения за ракетными разработками в Советском Союзе и на Кубе. После того, как были сбиты RB-47 и два U-2, для выполнения разведывательных работ была начата разработка высотного беспилотного разведчика Red Wadon (модель 136). БПЛА имел высоко расположенные крылья и малую радиолокационную и инфракрасную заметность. Во время войны во Вьетнаме с ростом потерь американской авиации от ракет вьетнамских ЗРК возросло использование БПЛА. В основном они использовались для ведения фоторазведки, иногда для целей РЭБ. В частности, для ведения радиотехнической разведки применялись БПЛА 147E. Несмотря на то что, в конечном счёте, он был сбит, беспилотник передавал на наземный пункт характеристики вьетнамского ЗРК C75 в течение всего своего полёта. Ценность этой информации была соизмерима с полной стоимостью программы разработки беспилотного летательного аппарата. Она также позволила сохранить жизнь многим американским лётчикам, а также самолёты в течение последующих 15 лет, вплоть до 1973 г. В ходе войны американские БПЛА совершили почти 3500 полётов, причём потери составили около четырёх процентов. Аппараты применялись для ведения фоторазведки, ретрансляции сигнала, разведки радиоэлектронных средств, РЭБ и в качестве ложных целей для усложнения воздушной обстановки. Но полная программа БПЛА была окутана тайной настолько, что её успех, который должен был стимулировать развитие БПЛА после конца военных действий, в значительной степени остался незамеченным. Беспилотные летательные аппараты применялись Израилем во время арабо-израильского конфликта в 1973 г. Они использовались для наблюдений и разведки, а также в качестве ложных целей. В 1982 г. БПЛА использовались во время боевых действий в долине Бекаа в Ливане. Израильский БПЛА AI Scout и малоразмерные дистанционно-пилотируемые летательные аппараты Mastiff провели разведку и наблюдение сирийских аэродромов, позиций ЗРК и передвижений войск. По информации, получаемой с помощью БПЛА, отвлекающая группа израильской авиации перед ударом главных сил вызвала включение радиолокационных станций сирийских ЗРК, по которым был нанесён удар с помощью самонаводящихся противорадиолокационных ракет, а те средства, которые не были уничтожены, были подавлены помехами. Успех израильской авиации был впечатляющим - Сирия потеряла 18 батарей ЗРК. СССР ещё в 70-е-80-е годы был лидером по производству БПЛА, только Ту-143 было выпущено около 950 штук. Дистанционно-пилотируемые летательные аппараты и автономные БПЛА использовались обеими сторонами в течение войны в Персидском заливе 1991 г., прежде всего как платформы наблюдения и разведки. США, Англия, и Франция развернули и эффективно использовали системы типа Pioneer, Pointer, Exdrone, Midge, Alpilles Mart, CL-89. Ирак использовал Al Yamamah, Makareb-1000, Sahreb-1 и Sahreb-2. Во время операции «Буря в пустыне» БПЛА тактической разведки коалиции совершили более 530 вылетов, налёт составил около 1700 часов. При этом 28 аппаратов были повреждены, включая 12, которые были сбиты. Из 40 БПЛА Pioneer, используемых США, 60 процентов были повреждены, но 75 процентов оказались ремонтопригодными. Из всех потерянных БПЛА только 2 относились к боевым потерям. Низкий коэффициент потерь обусловлен вероятнее всего небольшими размерами БПЛА, в силу чего иракская армия сочла что они не представляют большой угрозы. БПЛА также использовались и в операциях по поддержанию мира силами ООН в бывшей Югославии. В 1992 г. Организация Объединённых Наций санкционировала использование военно-воздушных сил НАТО, чтобы обеспечить прикрытие Боснии с воздуха, поддерживать наземные войска, размещённые по всей стране. Для выполнения этой задачи требовалось ведение круглосуточной разведки.

В августе 2008 года ВВС США завершили перевооружение беспилотными летательными аппаратами MQ-9 Reaper первой боевой авиачасти - 174-го истребительного авиакрыла Национальной гвардии.Перевооружение происходило в течение трёх лет. Ударные БПЛА показали высокую эффективность в Афганистане и Ираке. Основные преимущества перед заменёнными F-16: меньшая стоимость закупки и эксплуатации, большая продолжительность полёта, безопасность операторов.

Состав бортового оборудования современных БЛА

Для обеспечения задач наблюдения подстилающей поверхности в реальном масштабе времени в процессе полета и цифрового фотографирования выбранных участков местности, включая труднодоступные участки, а также определения координат исследуемых участков местности полезная нагрузка БЛАдолжна содержать в своем составе:

Устройства получения видовой информации:

Спутниковую навигационную систему (ГЛОНАСС/GPS);

Устройства радиолинии видовой и телеметрической информации;

Устройства командно-навигационной радиолинии с антенно-фидерным устройством;

Устройство обмена командной информацией;

Устройство информационного обмена;

Бортовая цифровая вычислительная машина (БЦВМ);

Устройство хранения видовой информации.

Современные телевизионные (ТВ) камеры обеспечивают представление оператору в реальном времени картины наблюдаемой местности в формате наиболее близком к характеристикам зрительного аппарата человека, что позволяет ему свободно ориентироваться на местности и при необходимости выполнять пилотирование БЛА. Возможности по обнаружению, и распознаванию объектов определяются характеристиками фотоприемника и оптической системы телевизионные камеры. Основным недостатком современных телевизионных камер является их ограниченная чувствительность, не обеспечивающая всесуточности применения. Применение тепловизионных (ТПВ) камер позволяет обеспечить всесуточность применения БЛА. Наиболее перспективным представляется применение комбинированных теле-тепловизионных систем. При этом оператору представляется синтезированное изображение, содержащее наиболее информативные части, присущие видимому и инфракрасному диапазонам длин волн, что позволяет существенно повысить тактико-технические характеристики системы наблюдения. Однако подобные системы сложны технически и достаточно дороги. Применение РЛС позволяет получать информацию круглосуточно и при неблагоприятных метеоусловиях, когда ТВ и ТПВ каналы не обеспечивают получение информации. Применение сменных модулей, позволяет снизить стоимость и реконфигурировать состав бортового оборудования для решения поставленной задачи в конкретных условиях применения. Рассмотрим состав бортового оборудования мини-БЛА.

▪ Обзорное курсовое устройство закрепляется неподвижно под некоторым углом к строевой оси летательного аппарата, обеспечивающим необходимую зону захвата на местности. В состав обзорного курсового устройства может входить телевизионная камера (ТК) с широкопольным объективом (ШПЗ). В зависимости от решаемых задач может быть оперативно заменена или дополнена тепловизионной камерой (ТПВ), цифровым фотоаппаратом (ЦФА) или РЛС.

▪ Устройство детального обзора с поворотным устройством состоит из ТК детального обзора с узкопольным объективом (УПЗ) и трехкоординатного поворотного устройства, обеспечивающего разворот камеры по курсу, крену и тангажу по командам оператора для детального анализа конкретного участка местности. Для обеспечения работы в условиях пониженной освещенности ТК может быть дополнена тепловизионной камерой (ТПВ) на микроболометрической матрице с узкопольным объективом. Возможна также замена ТК на ЦФА. Подобное решение позволит использовать БЛА для проведения аэрофотосъемки при развороте оптической оси ЦФА в надир.

▪ Устройства радиолинии видовой и телеметрической информации (передатчик и антенно-фидерное устройство) должны обеспечивать передачу видовой и телеметрической информации в реальном или близком к реальному масштабе времени на ПУ в пределах радиовидимости.

▪ Устройства командно-навигационной радиолинии (приемник и антенно-фидерное устройство) должны обеспечивать прием в пределах радиовидимости команд пилотирования БЛА и управления его оборудованием.

▪ Устройство обмена командной информацией обеспечивает распределение командно и навигационной информации по потребителям на борту БЛА.

▪ Устройство информационного обмена обеспечивает распределение видовой информации между бортовыми источниками видовой информации, передатчиком радиолинии видовой информации и бортовым устройством хранения видовой информации. Это устройство также обеспечивает информационный обмен между всеми функциональными устройствами, входящими в состав целевой нагрузки БЛА по выбранному интерфейсу (например, RS-232). Через внешний порт этого устройства перед взлетом БЛА проводится ввод полетного задания и осуществляется предстартовый автоматизированный встроенный контроль на функционирования основных узлов и систем БЛА.

▪ Спутниковая навигационная система обеспечивает привязку координат (топопривязку) БЛА и наблюдаемых объектов по сигналам глобальной спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС (GPS). Спутниковая навигационная система состоит из одного или двух приемников (ГЛОНАСС/GPS) с антенными системами. Применение двух приемников, антенны которых разнесены по строительной оси БЛА, позволяет определять помимо координат БЛА значение его курсового угла.

▪ Бортовая цифровая вычислительная машина (БЦВМ) обеспечивает управление бортовым комплексом БЛА.

▪ Устройство хранения видовой информации обеспечивает накопление выбранной оператором (или в соответствии с полетным заданием) видовой информации до момента посадки БЛА. Это устройство может быть съемным или стационарным. В последнем случае должен быть предусмотрен канал съема накопленной информации во внешние устройства после посадки БЛА. Информация, считанная с устройства хранения видовой информации, позволяет проводить более детальный анализ при дешифрировании полученной в полете БЛА видовой информации.

▪ Встроенный блок питания обеспечивает согласование по напряжению и токам потребления бортового источника питания и устройств, входящих в состав полезной нагрузки, а также оперативную защиту от коротких замыканий и перегрузок в электросети. В зависимости от класса БЛА полезная нагрузка может дополняться различными видами РЛС, датчиками экологического, радиационного и химического мониторинга. Комплекс управления БЛА представляет собой сложную, многоуровневую структуру, основная задача которой – обеспечить вывод БЛА в заданный район и выполнение операций в соответствии с полетным заданием, а также обеспечить доставку информации, полученной бортовыми средствами БЛА, на пункт управления.

Бортовой комплекс навигации и управления БЛА

Бортовой комплекс "Аист" является полнофункциональным средством навигации и управления беспилотного летательного аппарата (БЛА) самолетной схемы. Комплекс обеспечивает: определение навигационных параметров, углов ориентации и параметров движения БЛА (угловых скоростей и ускорений); навигацию и управление БЛА при полете по заданной траектории; стабилизацию углов ориентации БЛА в полете; выдачу в канал передачи телеметрической информации о навигационных параметрах, углах ориентации БЛА. Центральным элементом БК "Аист" является малогабаритная инерциальная навигационная система (ИНС), интегрированная с приемником спутниковой системы навигации. Построенная на базе микроэлектромеханических датчиков (МЕМS гироскопов и акселерометров) по принципу бесплатформенной ИНС, система является уникальным высокотехнологичным изделием, гарантирует высокую точность навигации, стабилизации и управления ЛА любого класса. Встроенный датчик статического давления обеспечивает динамичное определение высоты и вертикальной скорости. Состав бортового комплекса: блок инерциальной навигационной системы; приемник СНС; блок автопилота; накопитель Летных Данных; датчик воздушной скорости В базовой конфигурации управление осуществляется по каналам: элероны; руль высоты; руль направления; контроллер двигателя. Комплекс совместим с радиоканалом РСМ (импульсно-кодовая модуляция) и позволяет управлять БЛА как в ручном режиме со стандартного пульта дистанционного управления, так и в автоматическом, по командам автопилота. Управляющие команды автопилота генерируются в форме стандартных широтно-импульсно-модулированных (ШИМ) сигналов, подходящих к большинству типов исполнительных механизмов. Физические характеристики:

размеры, мм: блок автопилота - 80 х 47 х 10; ИНС – 98 х 70 х 21; приемник СНС - 30 х 30 х 10; вес, кг: блок автопилота - 0,120; ИНС - 0,160; приемник СНС - 0,03. Электрические характеристики: напряжение питания, В - 10...27; потребляемая мощность (макс.), Вт - 5. Окружающая среда: температура, град С - от –40 до +70; вибрация/удар, g - 20.

Управление: порты RS-232 (2) - прием/передача данных; порты RS-422 (5) – связь с внешними устройствами; каналы ШИМ (12) - управляющие устройства; программируемые ППМ (255) - поворотные пункты маршрута. Рабочие диапазоны: крен - ±180°; тангаж - ±90°; курс (путевой угол) - 0...360; ускорение - ±10 g; угловая скорость - ±150°/сек

Система управления пространственным положением остронаправленных антенных систем в комплексах БЛА

Сам по себе беспилотный летательный аппарат (БЛА) – лишь часть сложного комплекса, одна из основных задач которого – оперативное доведение полученных сведений до оперативного персонала пункта управления (ПУ). Возможность обеспечения устойчивой связи является одной из важнейших характеристик, определяющих эксплуатационные возможности комплекса управления БЛА и обеспечивает доведение сведений, полученных БЛА, в режиме «реального времени» до оперативного персонала ПУ. Для обеспечения связи на значительные расстояния и повышения помехозащищенности за счет пространственной селекции в комплексах управления БЛА широко используются остронаправленные антенные системы (АС) как на ПУ, так и на БЛА. Функциональная схема системы управления пространственным положением остронаправленной АС, обеспечивающая оптимизацию процесса вхождения в связь в комплексах управления БЛА, приведена на рис. 1.

Система управления остронаправленной АС (см. рис. 1) включает в себя:

Собственно остронаправленную АС, радиотехнические параметры которой выбираются, исходя из требований обеспечения необходимой дальности связи по радиолинии.

Сервопривод АС, обеспечивающий пространственную ориентацию ДН АС в направлении ожидаемого появления излучения объекта связи.

Систему автоматического сопровождения по направлению (АСН), обеспечивающую устойчивое автосопровождение объекта связи в зоне уверенного захвата пеленгационной характеристики системы АСН.

Радиоприемного устройства, обеспечивающего формирование сигнала «Связь», свидетельствующего о приеме информации с заданным качеством.

Процессор управления антенной системой, обеспечивающий анализ текущего состояния системы управления АС, формирование сигналов управления сервоприводом для обеспечения пространственной ориентации АС в соответствии с полетным заданием и алгоритмом пространственного сканирования, анализ наличия связи, анализ возможности перевода сервопривода АС из режима «Внешнее управление» в режим «Автосопровождение», формирование сигнала перевода сервопривода АС в режим «Внешнее управление».

Рис. 1. Функциональная схема системы управления пространственным положением остронаправленной АС в комплексах управления БЛА

Основная задача, выполняемая системой управления пространственным положением остронаправленной АС, – обеспечить устойчивое вхождение в связь с объектом, заданным полетным заданием.

Эта задача распадается на ряд подзадач:

Обеспечение пространственной ориентации ДН АС в направлении ожидаемого появления излучения объекта связи и ее пространственной стабилизации для случая расположения АС на борту летательного аппарата.

Расширение зоны устойчивого захвата излучения объекта связи за счет применения дискретного алгоритма пространственного сканирования с детерминированной пространственно-временной структурой.

Переход в режим устойчивого автосопровождения объекта связи системой АСН при обнаружении объекта связи.

Обеспечение возможности повторного вхождения в связь в случае ее срыва. Для дискретного алгоритма пространственного сканирования с детерминированной пространственно-временной структурой можно выделить следующие особенности:

Сканирование ДН АС осуществляется дискретно во времени и в пространстве. Пространственные перемещения ДН АС при сканировании осуществляются таким образом, чтобы не оставалось пространственных зон, которые не перекрываются зоной уверенного захвата система АСН за весь цикл сканирования (см. рис.2).

Рис.2. Пример организации дискретного пространственного сканирования в азимутальной и угломестной плоскостях

Для каждого конкретного пространственного положения, определяемого алгоритмом сканирования, можно выделить две фазы: «Автосопровождение» и «Внешнее управление».

В фазе «Автосопровождение» система АСН осуществляет оценку возможности приема излучения объекта связи для выбранного пространственного положения РСН.

В случае положительного результата оценки: Пространственное сканирование прекращается. Система АСН продолжает осуществлять автосопровождение излучения объекта связи по своему внутреннему алгоритму. На вход сервопривода АС поступают сигналы пространственной ориентации АС по данным текущего пеленга объекта связи от системы АСН X АСН (t). В случае отрицательного результата оценки: Осуществляется пространственное перемещение РСН АС в следующее пространственное положение, определяемое алгоритмом сканирования.

В фазе «Внешнее управление» на выходе процессора управления антенной системой формируются сигналы управления сервоприводом АС. Компоненты сигнала управления сервоприводом обеспечивают:

X 0 – первоначальную пространственную ориентацию ДН АС в направлении на объект связи; ∆X ЛА (t)–парирование пространственных эволюций летательного аппарата; X АЛГ (t) – расширение зоны устойчивого захвата излучения объекта связи системы АСН в соответствии с дискретным алгоритмом пространственного сканирования с детерминированной пространственно-временной структурой.

В случае срыва связи, начиная с момента времени Т СВ=0 (пропадание сигнала «СВЯЗЬ»), сигнал X АСН (Т СВ=0) запоминается в устройстве «Вычисления и хранения», и используется в дальнейшем процессором управления АС в качестве значения ожидаемого пеленга объекта связи. Процесс вхождения в связь повторяется как описано выше. В режиме «Внешнее управление» сигнал управления сервоприводом остронаправленной АС по каналам «курс», «тангаж» и «крен» может быть записан

(1)

В режиме «Автосопровождение» сигнал управления сервоприводом остронаправленной АС может быть записан

(2)

Конкретный вид сигналов управления определяется конструктивными особенностями сервопривода антенной системы.

Инерциальная система БЛА

Ключевым моментом в упомянутой цепочке является «измерение состояния системы».То есть координат местоположения, скорости, высоты, вертикальной скорости, углов ориентации, а также угловых скоростей и ускорений. В бортовом комплексе навигации и управления, разработанном и производимым ООО «ТеКнол», функцию измерения состояния системы выполняет малогабаритная инерциальная интегрированная система (МИНС). Имея в своем составе триады инерциальных датчиков микромеханических гироскопов и акселерометоров), а также барометрический высотомер и трехосный магнитометр, и комплексируя данные этих датчиков с данными приемника GPS, система вырабатывает полное навигационное решение по координатам и углам ориентации. МИНС разработки ТеКнола – это полная Инерциальная система, в которой реализован алгоритм бесплатформенной ИНС, интегрированной с приемником системы спутниковой навигации. Именно в этой системе содержится «секрет» работы всего комплекса управления БЛА. По сути, одновременно работают три навигационных системы в одном вычислителе по одним и тем же данным. Мы их называем «платформами». Каждая из платформ реализует свои принципы управления, имея свои «правильные» частоты (низкие или высокие). Мастер-фильтр выбирает оптимальное решение с любой из трех платформ в зависимости от характера движения. Этим обеспечивается устойчивость системы не только в прямолинейном движении, но и при виражах, некоординированных разворотах, боковом порывистом ветре. Система никогда не теряет горизонт, чем обеспечиваются правильные реакции автопилота на внешние возмущения и адекватное распределение воздействий между органами управления БЛА.

Бортовой комплекс управления БЛА

В состав Бортового Комплекса Навигации и Управления БЛА входят три составных элемента (Рисунок 1).

1. Интегрированная Навигационная Система;

2. Приемник Спутниковой Навигационной системы

3. Модуль автопилота.__

Модуль автопилота осуществляет выработку управляющих команд в виде ШИМ (широтно-импульсно-модулированных) сигналов, сообразно законам управления, заложенным в его вычислитель. Помимо управления БЛА, автопилот программируется на управление бортовой аппаратурой:

Стабилизация видеокамеры,

Синхронизированное по времени и координатам срабатывание затвора

фотоаппарата,

Выпуск парашюта,

Сброс груза или отбор проб в заданной точке

и другие функции. В память автопилота может быть занесено до 255 поворотных пунктов маршрута. Каждая точка характеризуется координатами, высотой прохождения и скоростью полета.

В полете автопилот также обеспечивает выдачу в канал передачи телеметрической информации для слежения за полетом БЛА (Рисунок 2).

А что же тогда представляет собой «квазиавтопилот»? Многие фирмы сейчас декларируют, что обеспечивают своим системам автоматический полет с помощью «самого маленького в мире автопилота».

Наиболее показательный пример такого решения - продукция канадской фирмы “Micropilot”. Для формирования сигналов управления здесь используют «сырые» данные – сигналы от гироскопов и акселерометров. Такое решение по определению не является робастным (устойчивым к внешним воздействиям и чувствительным к условиям полета) и в той или иной степени работоспособно только при полете в стабильной атмосфере.

Любое существенное внешнее возмущение (порыв ветра, восходящий поток или воздушная яма) чревато потерей ориентации летательного аппарата и аварией. Поэтому все, кто когда-либо сталкивался с подобной продукцией, рано или поздно понимали ограниченность таких автопилотов, которые никак не могут быть использованы в коммерческих серийных системах БЛА.

Более ответственные разработчики понимая, что необходимо настоящее навигационное решение, пытаются реализовать навигационный алгоритм с применением известных подходов Калмановской фильтрации.

К сожалению, и здесь не все так просто. Калмановская фильтрация - это всего лишь вспомогательный математический аппарат, а не решение задачи. Поэтому невозможно создать робастную устойчивую систему, просто перенося на MEMS интегрированные системы стандартный математический аппарат. Требуется тонкая и точная настройка на конкретное приложение. В данном случае – для маневренного объекта крылатой схемы. В нашей системе реализован более чем 15-ти летний опыт разработки инерциальных систем и алгоритмов комплексирования ИНС и GPS. К слову сказать, в мире только несколько стран обладают ноу-хау инерциальных систем. Это

Россия, США, Германия, Франция и Великобритания. За этим ноу-хау стоят научные, конструкторские и технологические школы, и по меньшей мере

наивно думать, что такую систему можно разработать и изготовить «на коленке» в институтской лаборатории или в ангаре аэродрома. Дилетантский подход здесь, как и во всех прочих случаях, чреват в конечном счете финансовыми потерями и потерей времени. Почему столь важен автоматический полет применительно к задачам, решаемым предприятиями топливно-энергетического комплекса? Понятно, что сам воздушный мониторинг не имеет альтернативы. Контроль за состоянием трубопроводов и других объектов, задачи охраны, мониторинга и видеонаблюдения лучше всего решаются с применением летательных аппаратов. А вот снижение издержек, обеспечение регулярности полетов, автоматизация сбора и обработки информации - здесь, совершенно справедливо уделяется внимание беспилотной технике, что и доказывает высокий интерес специалистов к проходящей выставке и форуму. Однако, как мы видели на выставке, беспилотные системы также могут представлять собой сложные и дорогие комплексы, требующие поддержки, обслуживания, создания наземной инфраструктуры и служб эксплуатации. В наибольшей степени это относится к комплексам, изначально созданным для решения военных задач, а теперь спешно адаптируемым к хозяйственным применениям. Отдельно остановимся на вопросах эксплуатации. Управление БЛА - задача для хорошо подготовленного профессионала. В армии США операторами БЛА становятся действующие пилоты ВВС после годовой подготовки и тренинга. Во многих аспектах это сложнее, чем пилотирование самолета, и, как известно, большинство аварий беспилотных ЛА вызваны ошибками пилота-оператора. Автоматические системы БЛА, оснащенные полноценной системой автоматического управления требуют минимальной подготовки наземного персонала, при этом решают задачи на большом удалении от места базирования, вне контакта с наземной станцией, в любых погодных условиях. Они просты в эксплуатации, мобильны, быстро развертываются и не требуют наземной инфраструктуры. Можно утверждать, что высокие характеристики систем БЛА, оснащенных полноценной САУ, снижают эксплуатационные издержки и требования к персоналу.

Системы автоматических БЛА

Каковы же практические результаты применения бортового комплекса с настоящей инерциальной системой? Компания «ТеКнол» разработала и предлагает заказчикам системы автоматических БЛА быстрого развертывания для решения задач мониторинга и воздушного наблюдения. Эти системы представлены на нашем стенде на выставке.

Автопилот в составе бортового комплекса навигации и управления обеспечивает

Автоматический полет по заданному маршруту;

Автоматический взлет и заход на посадку;

Поддержание заданной высоты и скорости полета;

Стабилизацию углов ориентации;

Программное управление бортовыми системами.

Оперативный БЛА.

Система многоцелевого БЛА разрабатывается компанией «Транзас» и оснащается комплексом навигации и управления «ТеКнола».

Поскольку управление БЛА малого размера представляет наиболее трудную задачу, приведем примеры работы бортового комплекса навигации и управления для оперативного мини-БЛА взлетным весом 3,5 кг.

При проведении аэросъемки местности БЛА совершает полет по линиям с интервалом 50-70 метров. Автопилот обеспечивает следование по маршруту с отклонением, не превышающим 10-15 метров при скорости ветра 7 м/с (Рисунок 5).

Понятно, что самый опытный пилот-оператор не в состоянии обеспечить такую точность управления.

Рис. 5: Маршрут и траектория полета мини БЛА при съемке местности

Поддержание заданной высоты полета также обеспечивается МИНС, которая вырабатывает комплексное решение по данным GPS, барометрического высотомера и инерциальных датчиков. При автоматическом полете по маршруту бортовой комплекс обеспечивает точность поддержания высоты в пределах 5 метров (Рисунок 6), что позволяет уверенно летать на малых высотах и с огибанием рельефа.

Рисунок 7 показывает, как САУ выводит БЛА из критического крена в 65º, в результате воздействия порыва бокового ветра при совершении маневра. Только настоящая ИНС в составе бортового комплекса управления в состоянии обеспечить динамичное измерение углов ориентации БЛА, не «потерять горизонт». Поэтому в процессе испытаний и эксплуатации наших БЛА ни один самолет не был потерян при полете под управлением автопилота.

Еще одной важной функцией БЛА является управление видеокамерой. В полете стабилизация камеры переднего обзора обеспечивается отработкой колебаний БЛА по крену по сигналам автопилота и данным МИНС. Таким образом картинка видео изображения оказывается стабильной, несмотря на колебания ЛА по крену. В задачах аэрофотосъемки (например, при составлении аэрофотоплана предполагаемого района проведения работ) точная информация об углах ориентации, координатах и высоте БЛА совершенно необходима для коррекции аэрофотоснимков, автоматизации сшивки кадров.

Беспилотный комплекс аэрофотосъемки также разрабатывается ООО «ТеКнол». Для этого производится доработка цифрового фотоаппарата и его включение в контур управления автопилотом. Первые полеты намечено провести весной 2007 года. Помимо упомянутых систем БЛА быстрого развертывания Бортовой Комплекс Навигации и Управления БЛА эксплуатируется СКБ «Топаз» (БЛА «Ворон»), устанавливается на новом БЛА разработанном компанией «Транзас» (многоцелевой комплекс БЛА «Дозор»), проходит испытания на мини БЛА компании Global Teknik (Турция). Ведутся переговоры с другими российскими и зарубежными клиентами. Изложенная выше информация и, главное, результаты летных испытаний, со всей очевидностью свидетельствуют, что без полноценного бортового комплекса управления, оснащенного настоящей инерциальной системой, невозможно построение современных коммерческих систем БЛА, которые могут решать задачи безопасно, оперативно, в любых погодных условиях, с минимальными издержками со стороны эксплуатирующих служб. Такие комплексы серийно выпускаются компанией «ТеКнол».

Выводы

Рассмотренный состав бортового оборудования БЛА позволяет обеспечить решение широкого круга задач по мониторингу местности и труднодоступных для человека районов в интересах народного хозяйства. Применение в состав бортового оборудования телевизионных камер позволяет в условиях хорошей метеовидимости и освещенности обеспечить высокое разрешение и детальный мониторинг подстилающей поверхности в режиме реального времени. Применение ЦФА позволяет использовать БЛА для проведения аэрофотосъемки в заданном районе с последующей детальной дешифровкой. Использование ТПВ аппаратуры позволяет обеспечить круглосуточность применения БЛА, хотя и с меньшим разрешением, чем при использовании телевизионных камер. Наиболее целесообразно применение комплексных систем, например ТВ-ТПВ, с формированием синтезированного изображения. Однако такие системы пока еще достаточно дороги. Наличие на борту РЛС позволяет получать информацию с меньшим разрешением, чем ТВ и ТПВ, но круглосуточно и при неблагоприятных метеоусловиях. Применение сменных модулей устройств получения видовой информации, позволяет снизить стоимость и реконфигурировать состав бортового оборудования для решения поставленной задачи в конкретных условиях применения. Возможность обеспечения устойчивой связи является одной из важнейших характеристик, определяющих эксплуатационные возможности комплекса управления БЛА. Предложенная система управления пространственным положением остронаправленной АС в комплексах управления БЛА обеспечивает оптимизацию процесса вхождения в связь и возможность восстановления связи в случае ее потери. Система применима для использования на БЛА, а также на пунктах управления наземного и воздушного базирования.

Используемая литература

1. http://www.airwar.ru/bpla.html

2. http://ru.wikipedia.org/wiki/UAV

3. http://www.ispl.ru/Sistemy_upravleniya-BLA.html

4. http://teknol.ru/products/aviation/uav/

5. Орлов Б.В., Мазинг Г.Ю., Рейдель А.Л., Степанов М.Н., Топчеев Ю.И. - Основы проектирования ракетно-прямоточных двигателей для беспилотных летательных аппаратов.

По завершении очередной выставки «Беспилотные многоцелевые комплексы» - UVS-TECH 2009 всем заинтересованным читателям предлагается обзор российских беспилотных авиационных систем самолетного типа. Он, пожалуй, является наиболее полным перечнем проектов БЛА, как реализованных ранее, так и тех, работа по которым в настоящее время продолжается. БЛА систематизированы по массе и дальности действия.

В России в области создания комплексов с БЛА работает полтора десятка крупных и небольших фирм. Все разработчики идут, как правило, в направлении создания широкой номенклатуры многофункциональных комплексов, способных выполнять разнообразные задачи. В итоге, потенциальным заказчикам предлагается множество, по сути, однотипных образцов БЛА, решающих схожие задачи.

К сожалению, в России не существует принятой классификации БЛА. Классифицировать имеющиеся на данный момент на отечественном рынке образцы и проекты БЛА, используя категории ассоциации беспилотных систем UVS International, не вполне возможно. Кроме того, возникают проблемы с трактовкой российскими разработчиками некоторых характеристик, к примеру, дальности действия БЛА. Для систематизации имеющихся в настоящее время в России систем БЛА предлагается следующая классификация, основанная на взлетной массе и/или дальности действия.

Микро и мини БЛА ближнего радиуса действия

Класс миниатюрных сверхлегких и легких аппаратов и комплексов на их основе с взлетной массой до 5 кг начал появляться в России относительно недавно, но уже довольно широко представлен. БЛА предназначены для индивидуального оперативного использования на малых дальностях на удалении до 25…40 км. Они просты в эксплуатации и транспортировке, выполняются складными и позиционируются как «носимые», запуск осуществляется, как правило, с руки.

В области создания БЛА такого типа активно работает ижевская компания «Беспилотные системы». К ним можно отнести сверхлегкий БЛА мониторинга ZALA 421-11, первый полет которого был выполнен в 2007 году. Весь комплекс помещается в кейс стандартного размера. По набору целевой нагрузки аппарат идентичен другой модели - . В состав этого переносного малогабаритного комплекса входит два БЛА, станция управления и контейнер-рюкзак для перевозки. При этом общая масса комплекса составляет всего 8 кг. Для мониторинга используется сменный блок (ТВ-, ИК-камеры, фотоаппарат). Летом 2008 года были выполнены испытательные полеты корабельной модификации с борта ледокола для проведения разведки и поиска объектов на воде. В соответствии с требованиями Пограничной службы компанией недавно был разработан легкий БЛА ZALA 421-12 с увеличенной продолжительностью полета. Аппарат позволяет вести наблюдение при помощи полноценной гиростабилизированной камеры двух осях с возможностью обзора нижней полусферы и с оптическим увеличением в 26 раз. БЛА способен вести мониторинг днем и ночью. Навигация осуществляется по сигналам GPS/ГЛОНАСС.

Казанская фирма «ЭНИКС» представляет в этом классе целое семейство аппаратов и комплексов, базовым для которых стал . Это БЛА для дистанционного наблюдения за объектами и мониторинга наземной обстановки. Аппарат выполнен по схеме «летающее крыло» со складными консолями, в хвостовой части расположен электрический двигатель с толкающим винтом. БЛА может оснащаться широким набором средств наблюдения, включая стабилизированную ТВ-систему, фотокамеру и т.д.). Весь комплекс может транспортироваться в заплечных контейнерах или автотранспортом. Разработка базового варианта была завершена в 2003 году, с 2004 года начато его производство. В 2008 году проводилась опытная эксплуатация комплекса на полярной станции СП-35 совместно с ГНЦ РФ ААНИИ. Гражданский вариант «Элерона» имеет наименование Т25. Полезная нагрузка – стабилизированная ТВ-система (в модификации Т25Д), ИК-камера (Т25Н) или фотоаппарат. Развитием Т23 является семейство БЛА типа «Элерон-3» и «Гамаюн-3». Об их создании было объявлено в 2008 году. БЛА «Элерон-3» планируется создать минимум в семи модификациях, отличающихся, в основном, целевой нагрузкой, в состав которой могут входить ТВ-, ИК-камера, фотоаппарат, ретранслятор, станция РТР и постановки помех. При имитации воздушных целей могут устанавливаться линзы Люнеберга и ИК-излучатели. Навигация осуществляется по сигналам GPS/ГЛОНАСС. Станция управления унифицирована с комплексом «Элерон-10» (Т10). На основе аппарата типа «Элерон» в ОАО «Иркут» создан авиационный комплекс дистанционного зондирования « ». В 2007 г. БЛА был принят на снабжение МЧС РФ.

СКБ «Топаз» предлагает свой портативный комплекс дистанционного наблюдения. В его состав входит малогабаритный БЛА «Локон». Полезная нагрузка включает ТВ-, ИК-камеры и фотоаппарат. К наземной составляющей комплекса относятся пункт управления, приема и обработки информации и контейнеры для переноски БЛА. Производство ведется на «Истринском экспериментально-механическом заводе» (ИЭМЗ).

К микро- и мини-БЛА относится и ряд собственных разработок ИЭМЗ. В частности, специалистами завода разработан для аэрофоторазведки базовый БЛА «Истра-010» массой 4 кг. Предприятие изготовило пять комплектов таких БЛА для опытной войсковой эксплуатации и передало их в МО РФ. В комплекс входит наземная станция и два летательных аппарата. В 2008 году предприятием велось создание фоторазведчика массой 2,5…3 кг, который является облегченной версией ранее построенного БЛА массой 4 кг.

Давно известен своими разработками в области беспилотных систем Научно-производственный и конструкторский центр «Новик-XXI век». Одна из разработанных компанией систем – комплекс с БЛА «БРАТ». В его состав входит малоразмерный беспилотный аппарат массой 3 кг. Штатной целевой нагрузкой являются две ТВ-камеры или один цифровой фотоаппарат.

К настоящему моменту в линейке беспилотных систем российской инновационной компании «Аэрокон» – три аппарата серии «Инспектор». Два из них относятся к классу мини-БЛА, а самый «младший» приближается к классу «микро». Комплексы предназначены для решения разнообразных задач наблюдения, в том числе в сложных и стесненных условиях, в городской среде.

Одной из «свежих» разработок в области систем мини-класса является комплекс с БЛА Т-3, созданный компанией «Рисса». БЛА Т-3 разработан для применения в задачах видеонаблюдения в дневное и ночное время, проведения аэрофотосъемки, для использования в качестве носителя ретранслятора радиосигналов. В настоящее время комплекс проходит стадию тестирования предсерийных образцов и доводку наземного оборудования

Легкие БЛА малого радиуса действия

К классу легких БЛА малого радиуса действия относятся несколько более крупные аппараты - в массовом диапазоне от 5 до 50 кг. Дальность их действия - в пределах 10 – 70 км.

Компания «Новик-XXI век» в данном классе предлагает беспилотный комплекс «ГрАНТ». В его состав входят базовая автоматизированная рабочая станция на шасси УАЗ-3741, транспортно-пусковая установка на шасси УАЗ-3303 и два БЛА «ГрАНТ».Беспилотные аппараты имеют массу 20 кг.

БЛА ZALA 421-04 предлагают «Беспилотные системы». Аппарат выполнен по схеме «летающее крыло» с толкающим винтом. БЛА оснащен системой автоматического управления, позволяющей задавать маршрут, контролировать и корректировать полет в режиме реального времени. Полезная нагрузка – цветная видеокамера на гиростабилизированной платформе. С 2006 г. комплекс состоит на снабжении МВД РФ.

На выставке UVS-TECH 2008 ЗАО «ЭНИКС» впервые объявило о создании на базе беспилотника Т10 двух комплексов мониторинга, адаптированных под конкретные задачи, – «Элерон-10» и «Гамаюн-10». В комплексе «Элерон-10» возможно применение БЛА в нескольких вариантах целевой нагрузки, в том числе с ТВ-, ИК-камерой, фотоаппаратом, ретранслятором, станцией РТР и постановки помех. В 2007-2008 гг. комплекс «Элерон-10» прошел цикл летных испытаний. Похожий аппарат есть и в линейке беспилотников компании «Иркут». Комплекс «Иркут-10» состоит из двух БЛА, наземных средств управления и обслуживания, снабжен линией связи с двумя цифровыми защищенными каналами управления и передачи данных. Готовится серийное производство.

Другое «детище» ЗАО «ЭНИКС» - БЛА Т92 «Лотос». Он предназначен для доставки целевой нагрузки в заданный район или выполнения мониторинга. В качестве полезных нагрузок возможно применение ТВ- и/или ИК-камер. БЛА принимал участие в исследовательских учениях Сухопутных войск на Алабинском полигоне Московского военного округа и в учениях МЧС Республики Татарстан в 1998 г. В настоящее время комплекс находится в эксплуатации. Этому БЛА аэродинамически подобен малогабаритный БЛА Т90 (Т90-11), предназначенный для ведения наблюдения за местностью, оперативного поиска, обнаружения наземных объектов. Его уникальность в том, что он используется в составе РСЗО «Смерч». Проводимая аппаратом корректировка огня РСЗО на дальности до 70 км уменьшает ошибки стрельбы и сокращает расход снарядов. Полезная нагрузка - ТВ камера. В сложенном состоянии БЛА размещается в спецконтейнере и выстреливается при помощи штатного 300-мм реактивного снаряда. По имеющимся данным, комплекс в настоящее время проходит испытания в интересах МО РФ.

Кроме того, в данном классе «ЭНИКС» разрабатывает комплекс дистанционного обзора с легким БЛА Т21. Полезная нагрузка – ТВ-камера. Конструкция БЛА позволяет транспортировать его в небольшом контейнере. Существует проект БЛА Т24, предназначенный для дистанционного мониторинга местности и передачи фото- и видеоизображения на наземный КП. Его компоновка аналогична БЛА «Элерон». Полезная нагрузка стандартная – ТВ/ИК система.

Рыбинским КБ «Луч» создано несколько БЛА для комплекса воздушной разведки «Типчак». Самый «продвинутый» из них - БЛА-05. Его Госиспытания завершились в 2007 году, в 2008-м - началось его серийное производство. БЛА способен вести поиск объектов и передачу данных в реальном масштабе времени на наземный КП в любое время суток. Полезная нагрузка – совмещенная двухспектральная ТВ/ИК-камера, с возможностью замены на фотоаппаратуру. В дополнение к БЛА-05 предприятие некоторое время назад анонсировало еще два аппарата, предназначенных для применения в комплексе. Один из них БЛА-07 - малогабаритный тактический БЛА. В качестве целевой нагрузки несет совмещенную двухспектральную ТВ/ИК-камеру или фотоаппарат. Его проектирование начато в 2005 г. Следующий аппарат - БЛА-08. Это малоскоростной БЛА с большой продолжительностью полета. Он предназначен для применения в разведывательных системах в интересах различных видов вооруженных сил и родов войск.

Легкие БЛА среднего радиуса действия

Ряд отечественных образцов можно отнести к классу легких БЛА среднего радиуса действия. Их масса находится в пределах 50 - 100 кг.

К ним, в частности, относится многоцелевой БЛА Т92М «Чибис», созданный ОАО «ЭНИКС». Аппарат аэродинамически почти полностью унифицирован с выпускаемыми серийно воздушными мишенями Е95М и Е2Т. В качестве полезных нагрузок возможно применение ТВ- и ИК-камер. Двигательная установка – поршневой двигатель вместо ПуВРД M135. Комплекс находится в стадии подготовки к эксплуатации.

Недавно компанией «Беспилотные системы» создан новый БЛА ZALA 421-09, который предназначен для мониторинга земной поверхности и обладает большой продолжительностью полета - 10,5 часов. Он снабжается лыжным или колесным шасси. Целевая нагрузка – ТВ-, ИК-камера, фотоаппарат на гиростабилизированной платформе.

Весьма интересны разработки компании «Транзас» - БЛА «Дозор-2» и «Дозор-4». Оба аппарата имеют сходную компоновку. БЛА «Дозор-2» служит для мониторинга объектов народнохозяйственного и военного назначения, доставки необходимого груза, патрулирования границ, цифровой картографии. Его полезная нагрузка – автоматическая цифровая фотокамера, видеокамеры переднего и бокового обзора высокого разрешения, ИК-система ближнего и дальнего диапазонов. Весь комплекс размещен на базе автомобиля повышенной проходимости. Создание комплекса было начато в 2005 г. В текущем году он прошел испытания в интересах Пограничной службы, несколько комплектов заказала одна из российских нефтедобывающих компаний для наблюдения за трубопроводами. «Дозор-4» - модификация БЛА «Дозор-2». Уже запущена в производство партия этих БЛА в количестве 12 аппаратов для проведения войсковых испытаний в интересах Пограничной службы ФСБ РФ.

К рассматриваемому классу относится и достаточно старый комплекс «Строй-П» разработки московского НИИ «Кулон» с БЛА «Пчела-1Т». В настоящее время комплекс модернизирован («Строй-ПД») в части круглосуточного применения. Кроме того, в перспективе в его состав предполагается введение других БЛА.

Средние БЛА

Взлетная масса средних БЛА лежит в диапазоне от 100 до 300 кг. Они предназначены для применения на дальностях 150 – 1000 км.

В ЗАО «ЭНИКС» в этом классе создан многоцелевой БЛА М850 «Астра». Основное его назначение – применение в качестве многоразовой воздушной мишени для тренировки расчетов ПВО. Однако он может использоваться и для выполнения работ, связанных с оперативным мониторингом земной поверхности. Для этого возможна установка дополнительного целевого оборудования. Аппарат интересен тем, что имеет воздушный старт, который может осуществляться с внешней подвески самолета или вертолета. Компоновочно аналогичен многоразовой воздушной мишени Е22/ Е22М «Берта» новый беспилотник Т04 большой дальности действия. Разработка аппарата, предназначенного для ведения многоспектрального мониторинга, была начата в 2006 году.

Впервые на выставке UVS-TECH-2007 был продемонстрирован новый БЛА «Беркут» оперативного мониторинга территорий и объектов. Разработчик – ОАО «Туполев». Аппарат обладает большой продолжительностью полета. Целевая нагрузка – ТВ- и ИК- камеры, датчики наблюдения, радиолиния передачи данных и телеметрическая аппаратура. В 2007 году было разработано техпредложение на этот БЛА.

Также к системам рассматриваемого диапазона относится комплекс дистанционного зондирования «Иркут-200». В состав комплекса входят два БЛА, наземная станция управления и средства технического обслуживания. Полезная нагрузка – ТВ-камера, тепловизионная камера, радиолокационная станция и цифровой фотоаппарат. В настоящее время комплекс находится в стадии разработки и испытаний.

Недавно НПО им. С.А. Лавочкина представило один из своих проектов БЛА для дистанционного зондирования - Ла-225 «Комар». Во время продолжительного полета на большом удалении он способен осуществлять передачу видеоинформации в режиме реального времени на наземный пункт. Старт, посадка и управление производится с мобильного наземного комплекса. БЛА находится в стадии разработки и подготовки испытаний. Макетный образец впервые продемонстрирован на МАКС-2007.

Фирмой «Истра-Аэро» разработаны, по меньшей мере, два варианта БЛА с массой 120-130 кг. Это многофункциональный БЛА и БЛА РЭБ («Бином»). Последний из них, согласно заявлению фирмы, в составе комплекса радиоэлектронной борьбы проходит летные испытания. Он предназначен для создания помех радарам ПРО-ПВО или системам спутниковой навигации. Станции помех поставляет фирма «Авиаконверсия». Навигация осуществляется без использования спутниковых систем GPS/ ГЛОНАСС. Проект развивается, его создание рассчитано на длительный срок.

Средне-тяжелые БЛА

Средне-тяжелые БЛА имеют схожую с БЛА предыдущего класса дальность применения, но обладают несколько большей взлетной массой – от 300 до 500 кг.

К этому классу следует отнести «потомков» воздушной мишени «Дань», созданные казанским ОКБ «Сокол». Это комплекс экологического мониторинга «Данэм», предназначенный для решения задач обзора, контроля и охраны объектов большой площади и протяженности над земной и водной поверхностью. В его состав входят БЛА (один или несколько), мобильный наземный пункт управления, а также средства наземного обслуживания. Система управления – комбинированная (программная и радиокомандная). Целевое оборудование – оптико-электронная система с ТВ- и тепловизионным каналами. В настоящее время проект находится в стадии отработки систем. Та же фирма предлагает комплекс беспилотных летательных аппаратов «Дань-Барук», предназначенный для ведения воздушной разведки. Он интересен тем, что обладает возможностью нанесения ударов по отдельным целям. БЛА имеет большую продолжительность полета и высотность. В состав комплекса также входят один или несколько беспилотных аппаратов, мобильный наземный пункт управления, а также средства наземного обслуживания. Полезная нагрузка – обзорно-прицельная система, бортовые средства поражения (два контейнера с самоприцеливающимися и кумулятивно-осколочными боевыми элементами). Реализация проекта находится в стадии ОКР.

Авиационная система дистанционного контроля и инспекции с разведывательным БЛА «Колибри» разработана фирмой М.А.К. Она предназначена для ведения разведки в интересах различных видов войск в тактической и оперативно-тактической глубине. В состав комплекса входят БЛА-О (обзорный) и БЛА-Р (ретранслятор), наземный пункт дистанционного управления, приема и обработки целевой информации, станция привода и посадки БЛА на ВПП. БЛА предполагается оснастить различной аппаратурой разведки – телекамерой или тепловизионным оборудованием, размещенным на стабилизированной платформе. Передача информации осуществляется в реальном масштабе времени. Заявляется, что в конструкции БЛА использованы радиопоглощающие покрытия. Первый полет выполнен в 2005 году.

Новой разработкой НИИ «Кулон» является комплекс воздушного наблюдения с БЛА «Аист». Аппарат, в отличие от других БЛА, имеет в составе силовой установки два поршневых двигателя с тянущими винтами на крыле. Наземный пункт комплекса может не только обрабатывать информацию, поступающую от БЛА, но и обеспечивать информационный обмен с внешними потребителями. Полезная нагрузка – широкозахватная двухспектральная (ТВ/ИК) строчная аппаратура, бортовая РЛС с синтезированной апертурой, бортовой регистратор информации, радиолиния. Для детального наблюдения может использоваться гиростабилизированная оптико-электронная система в составе совмещенных ТВ и ИК камер и лазерного дальномера. Военный вариант имеет обозначение «Юлия». БЛА может быть интегрирован в другие комплексы вместе с БЛА иного типа.

Недавно «Транзас» и «Р.Е.Т. Кронштадт» анонсировали свою перспективную разработку - комплекс с тяжелым средневысотным БЛА большой продолжительности полета «Дозор-3». Он предназначен для сбора информации о протяженных и площадных объектах, находящихся на значительном удалении от аэродрома, в простых и сложных метеоусловиях, днем и ночью. Полезная нагрузка БЛА может включать различные наборы оборудования, в том числе видеокамеры переднего и бокового обзора, тепловизор, РЛС переднего и бокового обзора с синтезированной апертурой, автоматическую цифровую фотокамеру высокого разрешения. Передача высококачественной информации будет происходить в режиме реального времени. Комплекс будет оснащен комбинированной системой управления с режимами автономного управления и дистанционного пилотирования.

Тяжелые БЛА среднего радиуса действия

Данный класс включает БЛА полетной массой от 500 кг и более, предназначенные для применения на средних дальностях 70 – 300 км.

В классе «тяжелых» ОАО «Иркут» разрабатывает авиационный комплекс дистанционного зондирования «Иркут-850». Он предназначен как для мониторинга, так и для доставки грузов. Его неординарность в возможности выполнять как беспилотный, так и пилотируемый полет, так как он создается на базе мотопланера Stemme S10VT. Полезная нагрузка БЛА – ТВ-камера, тепловизионная камера, РЛС и цифровой фотоаппарат. Переход от пилотируемого к дистанционно управляемому варианту не требует проведения специальных работ. Отличительные особенности – многозадачность, применение различной полезной нагрузки, низкая стоимость эксплуатации и жизненного цикла, автономность. Испытания завершены, подготовлен серийный выпуск.

Другим представителем данного класса является многофункциональный авиационный комплекс мониторинга «Нарт» (А-03). Разработчик - ООО «Научно-производственный центр «Антиград-Авиа». Его также отличает способность доставлять грузы. Варианты исполнения - стационарный или мобильный. Набор аппаратуры наблюдения может быть различным. Комплекс ориентирован на применение в интересах Росгидромета, МЧС, Министерства природных ресурсов, силовых ведомств и т.д.

К этому же классу может быть отнесен БЛА Ту-243, входящий в состав комплекса фото- и ТВ- разведки «Рейс-Д». Он является модернизированным вариантом БЛА Ту-143 «Рейс» и отличается от него полностью обновленным составом разведывательного оборудования, новым пилотажно-навигационным комплексом, увеличенным запасом топлива и некоторыми другими особенностями. Комплекс состоит на вооружении ВВС России. В настоящее время предлагается дальнейшая модернизация БЛА в вариантах разведчика «Рейс-Д-Р» и ударного БЛА «Рейс-Д-У». В ударном варианте он может оснащаться обзорно-прицельной системой и СУО. Вооружение может состоять из двух блоков КМГУ внутри грузоотсека. В 2007 г. было объявлено о намерении «реанимировать» проект многоцелевого оперативно-тактического беспилотного комплекса с БЛА Ту-300 «Коршун», предназначенного для решения широкого круга задач разведки, поражения наземных целей и ретрансляции сигналов. Полезная нагрузка –аппаратура радиотехнической разведки, РЛС бокового обзора, фотоаппараты, ИК-камеры или авиационные средства поражения на внешней подвеске и во внутреннем отсеке. Доработка должна, коснуться повышения характеристик и использования нового оборудования. Планируется расширить номенклатуру применяемого вооружения и включить обычные и корректируемые авиабомбы, глубинные бомбы и управляемые ракеты класса «воздух–поверхность».

Тяжелые БЛА большой продолжительности полета

Достаточно востребованная за рубежом категория беспилотных аппаратов большой продолжительности полета, к которой относятся американские БЛА Predator, Reaper, Global Hawk, израильские БЛА Heron, Heron TP, в нашей стране совершенно пустует. ОАО «ОКБ Сухого» периодически сообщает о продолжении работ по ряду комплексов большой дальности серии «Зонд». Их планировалось использовать для мониторинга в радиолокационном и оптико-электронном диапазонах, а также для решения задач УВД и ретрансляции каналов связи. Впрочем, по-видимому, данные проекты ведутся в вялотекущем режиме и перспективы их реализации достаточно туманны.

Беспилотные боевые самолеты (ББС)

В настоящее время в мире активно ведутся работы по созданию перспективных БЛА, имеющих возможность нести на борту оружие и предназначенных для ударов по наземным и надводным стационарным и подвижным целям в условиях сильного противодействия сил ПВО противника. Они характеризуются дальностью действия около 1500 км и массой от 1500 кг. На сегодняшний день в России в классе ББС представлено два проекта.

Так, ОАО «ОКБ им. А.С. Яковлева» работает над унифицированным семейством тяжелых БЛА «Прорыв». В нем широко используются агрегаты и системы учебно-боевого самолета Як-130. В составе разрабатываемого семейства планируется создать ударный БЛА «Прорыв-У». Аппарат планируется выполнить по малозаметной схеме «летающее крыло» с внутренним размещением боевой нагрузки.

Еще один проект в этой категории - ББС «Скат» Российской самолетостроительной корпорации «МиГ». В 2007 был продемонстрирован полноразмерный макет этого ББС. Этот перспективный тяжелый боевой БЛА также выполнен по малозаметной схеме «летающее крыло» без хвостового оперения с верхнерасположенным воздухозаборником. Оружие размещается во внутренних отсеках аппарата.

Заключение

Приблизительно половина имеющихся и проектируемых систем БЛА в России относится к первым категориям, то есть к самым легким. Это объясняется тем, что для разработки этих аппаратов требуются наименьшие финансовые вложения.

Наполнение последних двух категорий достаточно условно. Как было отмечено выше, ниша тяжелых БЛА большой продолжительности полета практически пустует. Возможно, это обстоятельство подвигло наших военных обратить внимание на разработки зарубежных компаний. Что касается боевых БЛА, то их создание – дело еще более отдаленного будущего.

Область деятельности(техники), к которой относится описываемое изобретение

Группа изобретений относится к беспилотным летательным аппаратам (БЛА).

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Беспилотные (БЛА) могут быть применены для решения множества задач, выполнение которых пилотируемыми летательными аппаратами в силу различных причин нецелесообразно. В число таких задач входят мониторинг воздушного пространства, земной и водной поверхностей, экологический контроль, управление воздушным движением, контроль морского судоходства, развитие систем связи и др.

При мониторинге воздушного пространства, земной и водной поверхностей в зависимости от конкретных решаемых задач может осуществляться аэрофотосъемка, контроль гидро-, метеообстановки, исследование атмосферы, радиометрический контроль зон бедствия, сейсмический контроль, инспекция соблюдения договорных обязательств, контроль состояния газо- и нефтепроводов, линий электропередач, геологические наблюдения, подповерхностное зондирование земли, исследование ледовой обстановки, волнения моря.

Интерес к БЛА вызван их экономичностью при эксплуатации, устранением риска для жизни экипажа, ограничений по эксплуатационным нагрузкам, определяемых физиологическими возможностями человека, возможностью вести наблюдение из множества точек в течение короткого периода времени.

Особенностью применения БЛА является возможность непрерывного наблюдения поверхности и воздушного пространства при большом удалении объекта наблюдения с помощью различных датчиков.

БЛА могут быть применены не только для указанных выше целей, но и для других, например, контроля государственной границы.

Rnrnrn rnrnrn rnrnrn

Все перечисленное характеризует широкий круг задач, которые весьма эффективно и экономично могут быть решены в случае применения БЛА.

Из уровня техники известен беспилотный (см. патент РФ 2065379, кл. В 64 С 39/02, опубл. 20.08.1996). Указанный летательный аппарат содержит фюзеляж, две несущие поверхности, соединенные концами вместе, вертикальное и горизонтальное оперение, двигатели. Одна несущая поверхность установлена в передней части фюзеляжа, а другая несущая поверхность расположена в хвостовой части летательного аппарата на вертикальном оперении - киле. Обе несущие поверхности установлены наклонно к горизонтальной плоскости фюзеляжа и соединены друг с другом таким образом, что образуют форму правильного многоугольника, например ромба, из условия обеспечения одинакового разрешения во всех направлениях диаграммы направленности. В местах соединения несущих поверхностей расположены дополнительные консоли. Горизонтальное оперение состоит из переднего и хвостового. Переднее горизонтальное оперение размещено параллельно несущей поверхности, установленной в носовой части фюзеляжа, а хвостовое горизонтальное оперение выполнено сочлененным из несущих поверхностей, образующих форму замкнутого многоугольника. Двигатели расположены в средней части фюзеляжа на пилонах с возможностью поворота в вертикальной плоскости. На летательном аппарате установлены радиолокационная аппаратура, блок управления и обработки информации, передающие и приемные блоки. Антенны размещены внутри крыла и горизонтального оперения и выполнены двух видов - пассивными, т.е. работающими в режиме приема сигнала, и активными. Недостатком данной схемы является низкая несущая способность крыла, что не позволяет обеспечить требуемое аэродинамическое качество и соответственно требуемую продолжительность полета.

Известен также беспилотный летательный аппарат, разрабатываемый фирмой "Нортроп Грумман" (см. AVIATION WEEK & SPACE TECHNOLOGY, ноябрь 20, 2000 г., стр. 52). Данный самолет имеет крыло, состоящее из двух несущих поверхностей - передней, закрепленной в носовой части фюзеляжа, и задней, установленной в хвостовой части фюзеляжа самолета. Таким образом, крыло выполнено в виде ромба, по большей диагонали которого располагается фюзеляж с силовой установкой. В местах сочленения несущих поверхностей между собой закреплены консоли крыла. Летательный аппарат имеет V-образное вертикальное оперение. Данный беспилотный самолет оснащен комплексом аппаратуры для наблюдения за воздушным пространством, сбора и накопления данных, связи и передачи данных на землю. Недостатком данной схемы является большая стреловидность передней и задней несущих поверхностей, что снижает аэродинамическое качество крыла. Кроме того, силовая установка, состоящая из одного двигателя, снижает надежность самолета.

Также известен летательный аппарат, содержащий два фюзеляжа, соединенных друг с другом тремя несущими поверхностями. Носовые части летательного аппарата соединены передним горизонтальным оперением. В средней части фюзеляжи связаны центропланом крыла. Перед центропланом расположена дополнительная несущая поверхность. Причем переднее горизонтальное оперение, дополнительная несущая поверхность и крыло разнесены по высоте относительно строительной горизонтали летательного аппарата. Вертикальное оперение выполнено из двух килей, установленных на хвостовых балках фюзеляжей. Силовая установка состоит из двух двигателей, расположенных на центроплане крыла. Указанный летательный аппарат описан в патенте РФ 2104226, кл. В 64 С 39/04, опубл. 10.02.1998. Недостатками этого летательного аппарата является установка килей на вынесенных хвостовых балках, что увеличивает вес конструкции, а кроме того, ухудшает флаттерные характеристики летательного аппарата.

Наиболее близким к предлагаемым летательным аппаратам является летательный аппарат, разработанный фирмой Боинг (см. Техническую информацию ЦАГИ 24 за 1990 г.). Указанный беспилотный летательный аппарат выполнен из двух фюзеляжей, соединенных между собой в носовой части одной несущей поверхностью, а второй несущей поверхностью - в хвостовой части. Силовая установка выполнена из двух двигателей, установленных в хвостовых частях фюзеляжей за второй несущей поверхностью. На концах второй несущей поверхности установлены концевые аэродинамические поверхности. Описанный самолет имеет радиолокационную станцию с фазированной решеткой. Выполнение самолета двухфюзеляжным и расположение силовой установки с толкающими винтами в хвостовой части фюзеляжей улучшает работу РЛС и обеспечивает обзор на 240 o . Недостатком данной схемы является то, что она не обеспечивает кругового обзора для РЛС, вследствие чего РЛС не может работать достаточно эффективно, взлетно-посадочные характеристики ухудшены, поскольку углы атаки ограничены малыми величинами вследствие выноса хвостовых частей фюзеляжей с двигателями за заднюю кромку второй несущей поверхности.

Предлагаемая группа изобретений направлена на создание БЛА, имеющих высокие летно-технические характеристики, удовлетворяющие требованиям по высоте и продолжительности полета. Кроме того, летательные аппараты должны пилотироваться дистанционно и выполнять полет по заданной программе, нести на борту комплекс целевого оборудования (блок воспринимающих и передающих приборов), предназначенный для выполнения поставленной задачи, например мониторинга воздушного пространства при любой погоде.

Также варианты предлагаемого изобретения (беспилотного летательного аппарата) направлены на создание БЛА, обеспечивающих круговой обзор по азимуту для эффективной работы целевого оборудования.

По первому варианту выполнения указанный технический результат достигается тем, что беспилотный летательный аппарат содержит два фюзеляжа, соединенных между собой в хвостовой части крылом, а в носовой части передним горизонтальным оперением, вертикальное оперение, силовую установку и шасси. Фюзеляжи в хвостовой части связаны между собой центропланом крыла и при этом не выходят за заднюю кромку крыла. Переднее горизонтальное оперение выполнено с малым удлинением.

Вертикальное оперение выполнено из двух килей, установленных под углом к плоскости симметрии летательного аппарата на центроплане крыла. Кили установлены на центроплане крыла при виде спереди наклонно друг к другу.

Беспилотный летательный аппарат может иметь обтекатель, соединенный с килями. Отношение наибольшего поперечного размера обтекателя к его длине находится в диапазоне от 0,18 до 0,35.

Rnrnrn rnrnrn rnrnrn

В одной из модификаций силовая установка расположена на центроплане крыла между килями.

Крыло выполнено трапециевидным с большим удлинением, а консоли крыла установлены с положительным углом поперечного V. Крыло имеет механизацию задней кромки. Переднее горизонтальное оперение также имеет механизацию.

Контур поперечного сечения фюзеляжей выполнен в форме выпуклого многоугольника. Шасси летательного аппарата выполнено четырехопорным. На каждом фюзеляже установлены по две опоры шасси. Передние опоры выполнены колесными, а задние - лыжными.

Согласно второму варианту исполнения технический результат достигается тем, что беспилотный летательный аппарат содержит два фюзеляжа, соединенных между собой в хвостовой части крылом, а в носовой части передним горизонтальным оперением, вертикальное оперение, состоящее из двух килей, силовую установку и шасси. Фюзеляжи связаны между собой в хвостовой части центропланом крыла. Вертикальное оперение установлено на центроплане крыла и выполнено из двух наклоненных друг к другу килей, соединенных с обтекателем. Один киль или оба киля установлены на центроплане крыла шарнирно с возможностью поворота относительно оси, параллельной оси симметрии летательного аппарата. Один из килей соединен с обтекателем с возможностью разъема. Переднее горизонтальное оперение имеет малое удлинение. Силовая установка расположена на центроплане крыла между килями.

Крыло установлено относительно фюзеляжей таким образом, что хвостовая часть фюзеляжей не выходит за заднюю кромку крыла. Крыло выполнено трапециевидным с большим удлинением, а консоли крыла установлены с положительным углом поперечного V. Крыло имеет механизацию, расположенную на задней кромке крыла. Также и переднее горизонтальное оперение снабжено механизацией.

Отношение наибольшего поперечного размера обтекателя к его длине находится в диапазоне от 0,18 до 0,35.

Фюзеляжи в поперечном сечении выполнены в виде выпуклого многоугольника.

Шасси летательного аппарата выполнено четырехопорным. На каждом фюзеляже установлены по две опоры шасси. Передние опоры шасси выполнены колесными, а задние - лыжными.

Отличительные особенности предлагаемой группы изобретений более подробно излагаются в нижеприведенном описании в сочетании с сопутствующими чертежами.

На чертежах изображено:

на фиг.1 - вид сверху на беспилотный летательный аппарат (1-й вариант);

на фиг. 2 - вид спереди на предлагаемый летательный аппарат (1-й вариант);

на фиг.3 - вид сбоку на летательный аппарат (1-й вариант);

на фиг.4 - вид сверху на одну из возможных модификаций летательного аппарата;

на фиг.5 - вид сверху на беспилотный летательный аппарат (2-й вариант);

на фиг.6 - вид спереди на летательный аппарат (2-й вариант);

на фиг.7 - вид сбоку на летательный аппарат (2-й вариант);

на фиг.8 - вид сзади на летательный аппарат (2-й вариант).

Описываемые варианты самолета предназначены для длительного барражирования на больших высотах. Самолеты используются в комплексе с наземным центром управления, связи и обработки информации.

Беспилотный летательный аппарат по первому варианту исполнения (см. фиг. 1, 2) имеет два фюзеляжа 1. Фюзеляжи 1 соединены между собой двумя несущими поверхностями 2 и 3 таким образом, что при виде сверху образуется рамная конструкция в виде прямоугольника.

Одна из несущих поверхностей 2 расположена в хвостовой части летательного аппарата, по своей функции она является крылом.

Другая несущая поверхность 3 расположена в передней части летательного аппарата и соединяет носовые части фюзеляжей 1. По своей функции передняя несущая поверхность 3 является передним горизонтальным оперением.

Rnrnrn rnrnrn rnrnrn

Следует отметить, что фюзеляжи 1 при компоновке не выходят за заднюю кромку крыла 2, расположенного в хвостовой части летательного аппарата.

Описываемая компоновка является разновидностью аэродинамической схемы "утка" и обеспечивает уменьшение потерь на продольную балансировку, повышение аэродинамического качества самолета.

Конструктивно каждый фюзеляж 1 летательного аппарата состоит из двух продольных отсеков - внутреннего 4 и внешнего 5, - разделенных продольной вертикальной стенкой. Во внутренних отсеках 4 размещаются бортовое радиоэлектронное оборудование, элементы систем электроснабжения и воздушного охлаждения. Во внешних отсеках 5 расположены антенны радиолокационной станции. Внутренний отсек 4 каждого фюзеляжа 1 имеет узлы стыковки с передним горизонтальным оперением 3, ниши для размещения опор шасси и топливные баки. Фюзеляжи 1 могут быть различной формы в поперечном сечении. Форма поперечных сечений фюзеляжей выбирается из условий обеспечения эффективной работы устанавливаемого на самолете целевого оборудования. Форма поперечного сечения может быть выполнена в виде, напоминающем форму круга, овала, треугольника, четырехугольника, правильного или неправильного выпуклого многогранника. При выполнении сечений фюзеляжей 1 в форме многогранника его углы скруглены, а грани представляют собой дуги окружности большого радиуса. На приведенных иллюстрациях форма фюзеляжей 1 в поперечных сечениях выполнена в виде многоугольника, напоминающего треугольник.

Крыло 2 (см. фиг.1) расположено в хвостовой части летательного аппарата и выполнено из трех соединенных между собой эксплуатационно-технологическими разъемами частей: центроплана 6 и двух консолей 7. Центроплан 6 крыла 2 соединяет хвостовые части фюзеляжей 1. Узлы для стыковки фюзеляжей 1 расположены по концам центроплана 6. При этом хвостовые части фюзеляжей 1 не выходят на внешний контур центроплана 6. Также и в передней части фюзеляжи 1 не выходят за переднюю кромку ПГО 3, т.е. расположение фюзеляжей 1, центроплана 6 крыла 2 и ПГО 3 при виде сверху (см. фиг.1) образует замкнутый контур - прямоугольник, который обеспечивает круговой обзор для целевого оборудования (радиолокационной станции), а кроме того, замкнутая форма в плане повышает жесткость конструкции, позволяя при этом снизить ее вес.

Соединение фюзеляжей 1 между собой центропланом 6 крыла 2 позволяет частично разгрузить крыло 2 от изгибающего момента, действующего на него в полете, и, соответственно, снизить вес крыла.

В зависимости от модификации описываемого варианта компоновки летательного аппарата на центроплане 6 крыла 2 могут быть расположены узлы крепления вертикального оперения 8 (см. фиг.4) и силовой установки 9. (На графических материалах, иллюстрирующих первый вариант исполнения (фиг.1-3), показана компоновка самолета с размещением на центроплане силовой установки 9.)

В приведенной компоновке (см. фиг.1, 2) вертикальное оперение 8 состоит из двух килей, установленных в хвостовой части летательного аппарата на фюзеляжах 1. Однако данная компоновка не ограничивает объем притязаний. Вертикальное оперение 8 может состоять и из одного киля, но следует заметить, что установка двух килей вместо одного целесообразна по весовым характеристикам.

В описываемой компоновке кили 8 установлены на фюзеляжах 1 в их хвостовых частях параллельно оси симметрии летательного аппарата. Передние и задние кромки вертикального оперения 8 выполнены стреловидными. Кроме того, расположение вертикального оперения 8 и силовой установки 9 в пределах задней кромки крыла позволяет увеличить угол атаки при посадке. На килях 8 установлены рули направления 15 (фиг.3).

Кили 8 могут быть также установлены и на центроплане 6 крыла 2 под углом к плоскости симметрии летательного аппарата. Модификация беспилотного летательного аппарата с такой компоновкой вертикального оперения описана ниже.

В случае установки килей 8 под углом к плоскости симметрии летательного аппарата, например при виде спереди навстречу друг другу, они могут быть соединены между собой обтекателем 14 (на графических материалах, поясняющих первый вариант предложенного изобретения, данная компоновка не показана, но она аналогична компоновке по фиг.5). В этом случае при виде спереди кили 8 совместно с центропланом 6 крыла 2 образуют замкнутый контур в виде треугольника. Расположение килей 8 наклонно друг к другу и соединение их посредством обтекателя 14 повышает жесткость вертикального оперения. В обтекателе 14 в зависимости от вида планируемых работ устанавливается оборудование для исследований. Соотношение диаметра обтекателя 14 и его длины находится в пределах от 0,18 до 0,35.

Силовая установка 9 может быть расположена как на центроплане 6 крыла 2, так и в другом месте, например на консолях 7 крыла 2 сбоку от фюзеляжей 1. Силовая установка 9 включает мотогондолу и установленные в последней двигатели. В зависимости от типа предполагаемых решаемых задач количество двигателей может быть различным. Предпочтительным является вариант компоновки летательного аппарата с двумя двигателями. На самолете могут быть установлены различные типы двигателей - турбореактивные двухконтурные, турбовинтовые, поршневые с турбонаддувом. Силовая установка 9 (см. фиг.2) расположена на пилоне 16, установленном на центроплане 6. Такое расположение силовой установки 9 обеспечивает минимальный разворачивающий момент при отказе одного из двигателей, т.к. двигатели установлены максимально близко к оси симметрии самолета, что также позволяет уменьшить площадь вертикального оперения и его вес. Кроме того, при использовании летательного аппарата для управления воздушным движением силовая установка 9 при описанной компоновке не затеняет обзор радиолокационной станции.

На самолете установлено четырехопорное шасси (см. фиг.3). Две опоры 17 шасси установлены в носовых частях фюзеляжей 1 и выполнены колесными. Другие две опоры 18 расположены в хвостовой части летательного аппарата на каждом фюзеляже 1 и выполнены лыжными. Опоры шасси для снижения сопротивления при полете убираются в ниши, выполненные во внутренних отсеках фюзеляжей летательного аппарата.

Вышеописанный вариант летательного аппарата, как указывалось ранее, может быть модифицирован. Компоновка модификации показана на фиг.4. В данной компоновке летательный аппарат содержит два фюзеляжа 1, соединенных между собой двумя несущими поверхностями 2 (крылом) и 3 (передним горизонтальным оперением) таким образом, что при виде сверху образуется рамная конструкция в виде прямоугольника.

Крыло 2 расположено в хвостовой части летательного аппарата, а переднее горизонтальное оперение 3 соединяет носовые части фюзеляжей 1.

В данной модификации крыло 2 по отношению к фюзеляжам 1 может располагаться так, чтобы хвостовые части фюзеляжей 1 не выходили бы за заднюю кромку крыла 2. В носовой части летательного аппарата фюзеляжи 1 также не выходят за переднюю кромку ПГО 3.

Крыло 2 (см. фиг.4) также выполнено из трех соединенных между собой эксплуатационно-технологическими разъемами частей: центроплана 6 и двух консолей 7. Центроплан 6 крыла 2 соединяет хвостовые части фюзеляжей 1. Расположение фюзеляжей 1, центроплана 6 крыла 2 и ПГО 3 при виде сверху (см. фиг.4) образует замкнутый контур - прямоугольник, который обеспечивает круговой обзор для целевого оборудования (радиолокационной станции).

На центроплане 6 также расположены узлы крепления вертикального оперения 8 и силовой установки 9.

Крыло 2 выполнено трапециевидным и имеет большое удлинение. Консоли 7 крыла 2 установлены по отношению к плоскости симметрии самолета с положительным углом поперечного V. На консолях 7 расположены аэродинамические органы управления и механизация крыла - рули высоты 10, закрылки 11, элероны 12. Для удобства транспортировки летательного аппарата консоли 7 крыла 2 выполнены разъемными. Места разъемов расположены приблизительно на половине размаха каждой консоли 7.

Вертикальное оперение 8 (см. фиг.4) состоит из двух килей, установленных на центроплане 6 крыла 2 в районе стыковочных узлов с фюзеляжами 1. Кили 8 установлены к плоскости симметрии летательного аппарата под углом. Как показано на чертеже, кили 8 наклонены при виде спереди друг к другу относительно плоскости симметрии летательного аппарата. Передние и задние кромки вертикального оперения 8 выполнены стреловидными. На килях 8 установлены рули направления 15 (фиг.4). Последние могут быть использованы и как органы продольного управления. Например, непосредственное управление подъемной силой осуществляется при одновременном отклонении рулей высоты крыла 2 и ПГО 3. В этом случае использование рулей направления 15 вертикального оперения 8 позволит легче, с наименьшими усилиями осуществить продольную балансировку самолета.

Также кили 8 могут быть соединены между собой обтекателем 14 (на иллюстрации, поясняющей модификацию первого варианта предложенного изобретения данная компоновка не показана, но она аналогична компоновке второго варианта изобретения по фиг.5). В этом случае при виде спереди кили 8 совместно с центропланом 6 крыла 2 образуют замкнутый контур в виде треугольника. В обтекателе 14 в зависимости от вида планируемых работ устанавливается оборудование для исследований. Соотношение диаметра обтекателя 14 и его длины находится в пределах от 0,18 до 0,35.

На центроплане 6 крыла 2 имеются узлы крепления силовой установки 9. Силовая установка 9 включает мотогондолу и установленные в последней двигатели. Предпочтительным является вариант компоновки силовой установки с двумя двигателями. Силовая установка 9 расположена на пилоне, установленном на центроплане 6 между килями 8. Такое расположение силовой установки 9 обеспечивает минимальный разворачивающий момент при отказе одного из двигателей, а также уменьшение площади вертикального оперения и его веса. При использовании летательного аппарата для управления воздушным движением силовая установка 9 при описанной компоновке не затеняет обзор радиолокационной станции.

По второму варианту предлагаемый беспилотный летательный аппарат (см. фиг.5, 6) также имеет два фюзеляжа 1. Фюзеляжи 1 соединены между собой двумя несущими поверхностями 2 и 3 таким образом, что при виде сверху образуется рамная конструкция в виде прямоугольника.

Конструктивно каждый фюзеляж 1 состоит из двух продольных отсеков - внутреннего 4 и внешнего 5, - разделенных продольной вертикальной стенкой. Во внутренних отсеках 4 размещаются бортовое радиоэлектронное оборудование, элементы систем электроснабжения и воздушного охлаждения. Во внешних отсеках 5 расположены антенны радиолокационной станции. Внутренний отсек 4 каждого фюзеляжа 1 имеет ниши для размещения опор шасси и топливные баки. Фюзеляжи 1 могут быть различной формы в поперечном сечении. Форма поперечных сечений фюзеляжей выбирается из условий обеспечения эффективной работы устанавливаемого на самолете целевого оборудования. Форма поперечного сечения может быть выполнена в виде, напоминающем форму круга, овала, треугольника, четырехугольника, правильного или неправильного выпуклого многогранника. При выполнении сечений фюзеляжей 1 в форме многогранника его углы скруглены, а грани представляют собой дуги окружности большого радиуса. На приведенных иллюстрациях форма фюзеляжей 1 в поперечных сечениях выполнена в виде многоугольника, напоминающего треугольник.

Одна из несущих поверхностей 2 расположена в хвостовой части летательного аппарата.

Другая несущая поверхность 3 расположена в передней части летательного аппарата и соединяет носовые части фюзеляжей 1. Для соединения с ней во внутренних отсеках 4 фюзеляжей 1 предусмотрены узлы стыковки. По своей функции передняя несущая поверхность 3 является передним горизонтальным оперением.

Такая компоновка является разновидностью аэродинамической схемы "утка" и обеспечивает уменьшение потерь на продольную балансировку, повышение аэродинамического качества самолета.

Применение переднего горизонтального оперения (ПГО) 3 повышает жесткость, а также позволяет уменьшить нагрузки, действующие на фюзеляжи 1.

Несущая поверхность 2 (см. фиг.5) расположена в хвостовой части летательного аппарата и выполнена из трех соединенных между собой эксплуатационно-технологическими разъемами частей: центроплана 6 и двух консолей 7. По функции хвостовая несущая поверхность 2 является крылом. Центроплан 6 крыла 2 соединяет хвостовые части фюзеляжей 1. Узлы для стыковки фюзеляжей 1 расположены по концам центроплана 6. При этом хвостовые части фюзеляжей 1 не выходят на внешний контур центроплана 6. Также и в передней части фюзеляжи 1 не выходят за переднюю кромку ПГО 3, т.е. расположение фюзеляжей 1, центроплана 6 крыла 2 и ПГО 3 при виде сверху (см. фиг.5) образует замкнутый контур - прямоугольник, который обеспечивает круговой обзор для целевого оборудования (радиолокационной станции), а кроме того, замкнутая форма в плане повышает жесткость конструкции, позволяя при этом снизить ее вес.

На центроплане 6 также расположены узлы крепления вертикального оперения 8 и силовой установки 9. Соединение фюзеляжей 1 между собой центропланом 6 крыла 2 позволяет частично разгрузить крыло 2 от изгибающего момента, действующего на него в полете, и, соответственно, снизить вес крыла.

Крыло 2 выполнено трапециевидным и имеет большое удлинение, что также повышает аэродинамическое качество летательного аппарата. Консоли 7 крыла 2 установлены по отношению к плоскости симметрии самолета с положительным углом поперечного V. На консолях 7 расположены аэродинамические органы управления и механизация крыла - рули высоты 10, закрылки 11, элероны 12. Элероны 12 могут быть выполнены зависающими - работающими в полете как закрылки, а также расщепляющимися, т.е. выполняющими функцию воздушного тормоза. Рули высоты 10 и закрылки 11 могут быть объединены в одну поверхность. Для удобства транспортировки летательного аппарата консоли 7 крыла 2 выполнены разъемными. Места разъемов расположены приблизительно на половине размаха каждой консоли 7.

Переднее горизонтальное оперение 3 имеет малое удлинение порядка 2-3, что повышает безопасность летательного аппарата в полете, поскольку при полете на больших углах атаки не происходит срыва потока. Относительная толщина профиля составляет 17-20%, что повышает аэродинамическое качество. На ПГО 3 установлен аэродинамический орган управления - руль высоты 13, который может быть выполнен из одной или нескольких секций.

Вертикальное оперение 8 (см. фиг.5, 6) состоит из двух килей, установленных на центроплане 6 крыла 2 в районе стыковочных узлов с фюзеляжами 1. Кили 8 наклонены друг к другу относительно плоскости симметрии летательного аппарата и связаны между собой. Таким образом, при виде спереди кили 8 совместно с центропланом 6 крыла 2 образуют замкнутый контур в виде треугольника. В месте соединения килей 8 друг с другом может быть установлен обтекатель 14 (фиг.6, 7). Передние и задние кромки вертикального оперения 8 выполнены стреловидными. Установка двух килей 8 вместо одного целесообразна по весовым характеристикам. Расположение килей 8 наклонно друг к другу и соединение их посредством обтекателя 14 повышает жесткость вертикального оперения. Кроме того, расположение вертикального оперения 8 и силовой установки 9 на центроплане 6 крыла 2 в пределах его задней кромки позволяет увеличить угол атаки при посадке.

Rnrnrn rnrnrn rnrnrn

Один киль 8 или оба киля могут устанавливаться на центроплане 6 шарнирно, чтобы при наземном обслуживании один из них или оба можно было отклонить и выполнить необходимые регламентные работы. (Возможность отклонения киля проиллюстрирована на фиг.8.) На килях 8 установлены рули направления 15 (фиг. 7). Последние могут быть использованы и как органы продольного управления. Например, непосредственное управление подъемной силой осуществляется при одновременном отклонении рулей высоты крыла 2 и ПГО 3. В этом случае использование рулей направления 15 вертикального оперения 8 позволит легче, с наименьшими усилиями осуществить продольную балансировку самолета.

Обтекатель 14 (фиг.7, 8) с одним килем 8 соединен жестко, а с другим - при помощи разъемов, что позволяет при проведении регламентных работ произвести отсоединение одного киля и повернуть его без больших затрат времени. В обтекателе 14 в зависимости от вида планируемых работ устанавливается оборудование для исследований. Соотношение диаметра обтекателя 14 и его длины находится в пределах от 0,18 до 0,35.

Как было сказано, на центроплане 6 крыла 2 имеются узлы крепления силовой установки 9. Силовая установка 9 включает мотогондолу и установленные в последней двигатели. В зависимости от типа предлагаемых решаемых задач количество двигателей может быть различным. Предпочтительным является вариант компоновки летательного аппарата с двумя двигателями. На самолете могут быть установлены различные типы двигателей - турбореактивные двухконтурные, турбовинтовые, поршневые с турбонаддувом. Силовая установка 9 (см. фиг.8) расположена на пилоне 16, установленном на центроплане 6 между килями 8. Такое расположение силовой установки 9 обеспечивает минимальный разворачивающий момент при отказе одного из двигателей, т.к. двигатели установлены максимально близко к оси симметрии самолета, что также позволяет уменьшить площадь вертикального оперения и его вес. Кроме того, при использовании летательного аппарата для управления воздушным движением силовая установка 9 при описанной компоновке не затеняет обзор радиолокационной станции.

На самолете установлено четырехопорное шасси (см. фиг.7). Две опоры 17 шасси установлены с носовых частях фюзеляжей и выполнены колесными. Другие две опоры 18 расположены в хвостовой части летательного аппарата на каждом фюзеляже и выполнены лыжными. Опоры шасси для снижения сопротивления при полете убираются в ниши, выполненные во внутренних отсеках фюзеляжей летательного аппарата.

Внутренние отсеки самолета и по первому варианту, и по второму варианту исполнения используются для размещения различного полетного и целевого оборудования.

Для любого из предлагаемых летательных аппаратов целевое оборудование обычно включает в себя какой-либо пассивный воспринимающий прибор, например инфракрасный детектор (детекторы) - теплопеленгатор, телекамеру (телекамеры), фотокамеру и т.д., и/или активные устройства, такие как аппаратура радиосвязи, радиолокационная станция (станции), радиолокатор бокового обзора и т.д.

В состав полетного оборудования также входят навигационное оборудование, бортовая ЭВМ, система управления полетом, аппаратура приема и передачи информации, предназначенная для трансляции данных, полученных воспринимающим прибором в масштабе реального времени, а также для приема команд управления, регистратор информации, бортовой источник энергоснабжения, система воздушного охлаждения, противообледенительная система.

Отсеки летательных аппаратов, в которых установлено электронное оборудование, выполнены из радиопрозрачного материала.

Ниже приведен пример применения летательного аппарата, выполненного по первому варианту компоновки. Применение летательного аппарата, изготовленного по второму варианту компоновки, и его полет осуществляются аналогично первому варианту.

Полет самолета осуществляется следующим образом.

На земле перед стартом проводят необходимое техническое обслуживание: производят проверку и заправку систем самолета, вводят необходимые данные в бортовую ЭВМ, готовят к работе бортовое радиоэлектронное оборудование.

Полностью подготовленный самолет с отклоненными во взлетное положение закрылками 11 и другими органами управления устанавливают на тележку стартового устройства, после чего двигатели выводятся на максимальный режим. (На режимах взлета и посадки могут отклоняться не только закрылки, но и все органы управления, установленные на крыле - рули высоты, закрылки и элероны.) Далее с помощью стартового устройства самолет разгоняют до взлетной скорости, он сходит с эстакады и начинает набор высоты.

В процессе старта и полета стойки 17, 18 шасси для снижения аэродинамического сопротивления убраны в ниши фюзеляжей 1. Управление самолетом осуществляется по программе, заложенной в бортовую ЭВМ перед стартом. В случае необходимости вмешательства в программу полета управление может осуществляться дистанционно с командного поста управления. Сигналы управления поступают в электронную бортовую систему управления, преобразующую их в команды на приводы аэродинамических органов управления - рулей высоты 10, 13, направления 15, закрылков 11, элеронов 12.

Балансировка и управление в продольном канале осуществляются одновременно рулями высоты 10, установленными на центроплане 6 крыла 2, и рулями высоты 13, расположенными на передней несущей поверхности 3. Указанные рули высоты используются также для непосредственного управления подъемной силой.

Путевая устойчивость представляемого летательного аппарата, не имеющего хвостовых балок, обеспечивается V-образностью консолей крыла 2, а для второго варианта летательного аппарата также и -образностью вертикального оперения 8.

Управление в боковом канале осуществляется рулем направления 15 (для второго варианта самолета рулями направления 15), расположенными на вертикальном оперении 8, а также расщепляющимися элеронами 12, расположенными на концах консолей 7 крыла 2.

В качестве органов управления в поперечном канале используются элероны 12. Требуемые характеристики динамики аппарата обеспечиваются системой автоматического управления.

После взлета самолет совершает полет в район выполнения задания, при достижении которого начинает работать целевое оборудование. В районе выполнения задания самолет следует по определенной траектории, зависящей от выполняемой задачи. Например, при аэрофотосъемке траектория расположена над интересующим районом местности. Характер информации, собираемой установленной на самолете аппаратурой, определяется составом бортового комплекса целевого оборудования и сферой применения конкретного летательного аппарата.

По окончании рассчитанного времени полета самолет производит снижение к месту базирования, а затем посадку. Посадка осуществляется при помощи финишера, представляющего собой систему из 3-х или 4-х тросов, расположенных поперек движения самолета на высоте, допускающей их перекат колесами или лыжами летательного аппарата. Троса через систему блоков крепятся к двум платформам на автомобильном шасси. При посадке самолет пересекает натянутые троса, проходя через них колесами и лыжами шасси, и зацепляется за один из тросов заранее выпущенным гаком, расположенным за центром тяжести самолета. Трос передает усилие на платформы, которые, перемещаясь по грунту, затормаживают самолет. Весь процесс посадки происходит в автоматическом режиме. В случае необходимости возможен переход на ручное управление с пульта на земле.

После посадки производится необходимое послеполетное обслуживание самолета.

Применение любого варианта описанного летательного аппарата позволяет проводить многоспектральный мониторинг воздушного пространства, земной и водной поверхностей в режиме реального времени.

Обе компоновки летательного аппарата компактны, экономичны в эксплуатации и обслуживании, более безопасны в полете и имеют высокие летно-технические характеристики. Для развертывания системы не требуется больших площадей, самолет мобилен в развертывании.

Описанная реализация изобретения является частной иллюстрацией. Имеются и другие варианты и модификации, кроме приведенных, которые могут быть сделаны специалистами в рассматриваемой области техники.

Формула изобретения

1. Беспилотный летательный аппарат, содержащий два фюзеляжа, соединенных между собой в хвостовой части крылом, а в носовой части - передним горизонтальным оперением, вертикальное оперение, силовую установку и шасси, отличающийся тем, что фюзеляжи в хвостовой части связаны между собой центропланом крыла и при этом фюзеляжи не выходят за заднюю кромку крыла, а переднее горизонтальное оперение выполнено с малым удлинением.

2. Беспилотный летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что вертикальное оперение выполнено из двух килей, установленных под углом к плоскости симметрии летательного аппарата на центроплане крыла.

3. Беспилотный летательный аппарат по п. 2, отличающийся тем, что кили установлены на центроплане крыла при виде спереди наклонно друг к другу.

4. Беспилотный летательный аппарат по п. 3, отличающийся тем, что он снабжен обтекателем, соединенным с килями.

5. Беспилотный летательный аппарат по п. 4, отличающийся тем, что отношение наибольшего поперечного размера обтекателя к его длине находится в диапазоне 0,18 - 0,35.

6. Беспилотный летательный аппарат по любому из пп. 2-5, отличающийся тем, что силовая установка расположена на центроплане крыла между килями.

7. Беспилотный летательный аппарат по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что крыло выполнено трапециевидным с большим удлинением, а консоли крыла установлены с положительным углом поперечного V.

8. Беспилотный летательный аппарат по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что крыло снабжено механизацией.

9. Беспилотный летательный аппарат по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что переднее горизонтальное оперение снабжено механизацией.

10. Беспилотный летательный аппарат по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что контур поперечного сечения фюзеляжей выполнен в форме выпуклого многоугольника.

11. Беспилотный летательный аппарат по любому из пп. 1-10, отличающийся тем, что шасси выполнено четырехопорным.

12. Беспилотный летательный аппарат по п. 11, отличающийся тем, что передние опоры шасси выполнены колесными, а задние - лыжными.

13. Беспилотный летательный аппарат, содержащий два фюзеляжа, соединенных между собой в хвостовой части крылом, а в носовой части - передним горизонтальным оперением, вертикальное оперение, состоящее из двух килей, силовую установку и шасси, отличающийся тем, что фюзеляжи связаны между собой в хвостовой части центропланом крыла, на котором наклонно друг к другу установлены кили, соединенные с обтекателем, причем один киль или оба киля установлены на центроплане крыла шарнирно с возможностью поворота относительно оси, параллельной оси симметрии летательного аппарата, а один киль соединен с обтекателем с возможностью разъема, переднее горизонтальное оперение выполнено с малым удлинением.

14. Беспилотный летательный аппарат по п. 13, отличающийся тем, что силовая установка расположена на центроплане крыла между килями.

15. Беспилотный летательный аппарат по п. 13 или 14, отличающийся тем, что крыло установлено относительно фюзеляжей таким образом, что хвостовая часть фюзеляжей не выходит за заднюю кромку крыла.

16. Беспилотный летательный аппарат по любому из пп. 13-15, отличающийся тем, что крыло выполнено трапециевидным с большим удлинением, а консоли крыла установлены с положительным углом поперечного V.

17. Беспилотный летательный аппарат по любому из пп. 13-16, отличающийся тем, что крыло снабжено механизацией.

18. Беспилотный летательный аппарат по любому из пп. 13-17, отличающийся тем, что переднее горизонтальное оперение снабжено механизацией.

19. Беспилотный летательный аппарат по любому из пп. 13-18, отличающийся тем, что отношение наибольшего поперечного размера обтекателя к его длине находится в диапазоне 0,18 - 0,35.

20. Беспилотный летательный аппарат по любому из пп. 13-19, отличающийся тем, что контур поперечного сечения фюзеляжей выполнен в форме выпуклого многоугольника.

21. Беспилотный летательный аппарат по любому из пп. 13-20, отличающийся тем, что шасси выполнено четырехопорным.

22. Беспилотный летательный аппарат по п. 21, отличающийся тем, что передние опоры шасси выполнены колесными, а задние - лыжными.

Имя изобретателя: Каримов А.Х., Тарасов А.З., Соколова А.Н., Филинов В.А., Чуднов А.В.
Имя патентообладателя: Открытое акционерное общество "ОКБ Сухого"
Почтовый адрес для переписки: 125284, Москва, ул. Поликарпова, 23а, ОАО "ОКБ Сухого", начальнику Юридического управления Т.В. Можаровой
Дата начала отсчета действия патента: 18.07.2002

Незаменимым помощником становится БПЛА в проведении поисково-спасательных операций. Ведь при помощи БПЛА можно не только передавать информацию, но и доставлять грузы, предупреждать население при помощи активного громкоговорителя о грозящей опасности. Участвуя совместно с пилотируемой авиацией в поисково-спасательных операциях, БПЛА повышают эффективность их проведения. Зону поиска можно обследовать одновременно группой дронов. С помощью установленной на борту беспилотника аппаратуры можно проводить поиски в любое время. При этом применяется с высоким разрешением оптико-электронная система с несколькими каналами вывода информации: тепловизор, видеокамера, инфракрасная камера, мультиспектральная камера. Также при необходимости могут применяться радиолокационная система, магнетометр, лидары.
Но сейчас чаще всего БПЛА используют для проведения дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Предпосылками применения БПЛА в качестве нового фотограмметрического инструмента являются недостатки двух традиционных способов получения данных ДЗЗ с помощью космических спутников (космическая съемка) и воздушных пилотируемых аппаратов (аэрофотосъемка). Данные спутниковой съемки позволяют получить снимки с максимальным общедоступным разрешением 0,5 м, что недостаточно для крупномасштабного картирования. Традиционная аэрофотосъемка, которая проводится с помощью пилотируемых самолетов, требует высоких экономических затрат на обслуживание и заправку, что приводит к повышению стоимости конечной продукции.
Основная задача, стоящая перед беспилотниками в ДЗЗ, – это получение пространственных данных об объекте или о местности. Данные, полученные при проведении аэрофотосъемки с применением БПЛА, могут использоваться для создания и обновления цифровых топографических карт и цифровых топографических местностей. Результаты, полученные при проведении аэрофотосъемочных работ с применением дронов, превосходят все ожидания. Эффективность работы налицо: скорость получения, информации, оперативность и своевременность, качество изображений. Но, несмотря на все преимущества, не так просто воспользоваться данной услугой. Потому что для проведения аэрофотосъемочных работ требуется соблюдать определенные правила: получение разрешения на проведение съемок на определенной территории, наличие соответствующих лицензий, в том числе лицензии на осуществление работ, связанных с использованием сведений, составляющих государственную тайну. Поэтому многие потребители не в состоянии сами пользоваться беспилотными летательными аппаратами, а заказывают услуги по проведению аэрофотосъемки у компаний, производящих БПЛА. Такие компании-производители в силу своей специфики деятельности обладают необходимыми лицензиями и в состоянии получить разрешение на выполнение работ.
Соблюдение необходимых требований к выполнению работ с применением БПЛА приводит к ограниченности развития данного направления. Снятие ограничений или послабление законов по применению БПЛА для решения задач народного хозяйства позволит дать толчок к развитию новой технологии. На существующей стадии развития коммерческого применения беспилотных летательных аппаратов потребителями данной технологии пока являются Министерство обороны и государственные службы: погранвойска, МВД, МЧС и другие ведомства, осуществляющие различного вида контроль. Из гражданских заказчиков выделяются «Газпром», энергетики и другие, которые регулярно проводят контроль состояния своих объектов.
Но рынок берет свое, в сегменте развлечений появляются китайские БПЛА – мультикоптеры. В первую очередь их приобретают как игрушки, но в то же время растет и число коммерческого применения таких аппаратов. Например, использование их для доставки мелких грузов.

Митюшин Дмитрий Алексеевич,
кандидат технических наук
Московский университет МВД России, г. Москва

Сравнительный анализ тактико-технических требований к военным
и полицейским комплексам с беспилотными летательными аппаратами

В статье проведен сравнительный анализ тактико-технических требований (ТТТ), предъявляемых к комплексам и системам с беспилотными летательными аппаратами (БЛА) Вооруженных сил, и ТТТ, которые могут предъявлять заказывающие структуры органов внутренних дел (ОВД) РФ. Коротко рассмотрены различные виды целевой нагрузки, которая может размещаться на БЛА.

Для разработки и производства систем и комплексов с беспилотными летательными аппаратами (БЛА), как и любой другой военной и специальной техники, необходимо наличие системы общих технических требований (СОТТ) к данному виду техники. В настоящее время комплексы с БЛА большей частью используются для решения задач, стоящих перед Вооружёнными силами (ВС), и головными по всей беспилотной тематике в ВС России являются Военно-воздушные силы (ВВС), независимо от того, в интересах какого вида ВС или рода войск будет применяться разрабатываемый или планируемый к разработке комплекс с БЛА. Основными руководящими документами при разработке комплексов с БЛА являются СОТТ ВВС. В то же время, например, для решения задач артиллерийской разведки ведутся разработки комплексов артиллерийской воздушной разведки, для которых в качестве СОТТ с участием автора разработан проект соответствующего документа ОТТ 7.1.28.1.

Несмотря на некоторую схожесть решаемых задач в интересах Вооружённых сил и полиции , всё же существуют определённые различия как в условиях и тактике применения, так и по характеру объектов и субъектов применения данного вида техники. Различия проявляются прежде всего в том, что ВС и полиция действуют в разном правовом поле. ВС ведут боевые действия, в первую очередь, согласно боевым уставам и наставлениям по обеспечению боевых действий. Так, в Боевом уставе Сухопутных войск сказано, что «основной формой тактических действий подразделений является бой, представляющий собой организованные и согласованные действия подразделений, воинских частей и соединений в целях уничтожения (разгрома) противника».

Перед полицией никогда не стояла задача уничтожения преступника. Преступник должен быть задержан и предстать перед судом. Органы внутренних дел (ОВД) России в своей деятельности по предотвращению, пресечению и раскрытию преступлений руководствуются Конституцией РФ, федеральными законами, приказами МВД и иными нормативно-правовыми актами.

Исходя из этого, ТТТ, которые могут быть предъявлены к комплексам, будут отличаться от требований, предъявляемых к ним Вооружёнными силами.

Рассмотрим данные требования более подробно . Начнём с требований по назначению.

Во-первых, определим, что под комплексами (системами) с БЛА органов внутренних дел (Далее по тексту - комплексы ) (полиции) необходимо понимать комплексы с БЛА, находящиеся на оснащении (вооружении) ОВД (полиции) и решающие стоящие перед ними задачи.

По способу использования аэродинамических сил БЛА могут быть как легче воздуха, так и тяжелее. В настоящей статье речь будет идти, большей частью, о БЛА тяжелее воздуха.

Технический облик комплекса будет меняться в тех или иных пределах в зависимости от решаемых задач . Несмотря на то что большинство БЛА относятся к сверхлёгким воздушным судам , комплексы ОВД можно условно разделить на три класса:

• лёгкие - взлётная масса БЛА до 5 кг (пуск БЛА с руки);
• средние - взлётная масса БЛА от 5 до 30 кг (пуск БЛА с катапультного устройства за исключением БЛА вертикального взлёта и посадки - ВВП);
• тяжёлые - взлётная масса БЛА более 30 кг.

При этом в состав авиационных формирований полиции (ОВД) могут входить все типы комплексов, а в состав неавиационных полицейских формирований - только лёгкие и средние. При этом необходимо обратить внимание на обязательное требование отсутствия специализированных взлётно-посадочных полос для эксплуатации данных комплексов.

Состав комплекса

Для решения подавляющего большинства задач комплекс должен быть изготовлен в мобильном варианте.

Количество транспортных единиц наземной части (НЧ) комплекса не должно превышать 3 ед ( ед. - единица (например, техники) (4-5 ед. - для тяжёлых комплексов). Базовое шасси транспортных единиц может быть любым, как колёсным (желательно на шасси повышенной проходимости, например ГАЗ-2330 «Тигр», СПМ-3, Hummer), так и гусеничным (для труднодоступных районов, например МТЛБу).

В общем случае комплекс должен включать в себя следующие элементы:

Наземное оборудование в составе:
- наземного пункта управления (НПУ);
- пусковой установки или транспортно-пусковой машины (ПУ или ТПМ) (только для средних и тяжёлых комплексов);
- машины технического обеспечения (МТО) (только для средних и тяжёлых комплексов);
- транспортной (ТМ) или транспортно-эвакуационной машины (ТЭМ -только для тяжёлых комплексов);

То или иное количество БЛА с различной целевой нагрузкой (ЦН). Необходимое количество БЛА можетперевозиться ТПМ, МТО, ТМ, ТЭМ, а такжедругими транспортными средствами, в том числе и не входящими в состав комплекса, в зависимости от характера решаемых задач, площади поиска и ряда других факторов.

Назначение составныхединиц комплекса

В общем случае НПУ предназначен для решения следующих задач:

• обеспечение взаимодействия комплекса с руководителем специальной операции (СО) или оперативно-розыскных мероприятий (ОРМ), соответствующим оперативным штабом и/или иными потребителями информации в ходе выполнения задачи;
• управление всеми элементами комплекса на месте и в движении;
• обмен служебной информацией с одним или несколькими находящимися в полёте БЛА, управление полётом БЛА, получение информации от одного или нескольких БЛА;
• приём на стоянке и в движении команд управления, сигналов оповещения и распоряжений по автоматизированными неавтоматизированным каналам связи;
• автоматизированная разработка плана полётов и согласование его с соответствующим должностным лицом, в том числе, при необходимости, с органами управления воздушным движением по автоматизированным и неавтоматизированным каналам связи (Если нормативно-правовыми актами установлен иной порядок согласование плана полётов, то используется установленный порядок ) ;
• разработка и, при необходимости, коррекция маршрутов и программ полётаБЛА;
• хранение базы данных электронных карт местности (ЭКМ) региона или субъекта РФ, где предполагается эксплуатировать комплекс, или района его работы в масштабе 1:25000, их трансформации в масштаб 1:50000;
• собственная топографическая привязка и ориентирование комплекса;
• обучение расчёта комплекса без реальных пусков БЛА;
• контроль собственной работоспособности комплекса с выявлением неисправности до отдельного блока;
• предстартовая и предполётная подготовка БЛА.

ПУ в общем случае предназначена для решения следующих задач:

• размещение БЛА перед стартом;
• проведение предполётной и предстартовой подготовки (совместно с НПУ);
• осуществление пусков БЛА.

ТПМ в общем случае предназначена для решения следующих задач:

• подготовка пускового устройства и БЛА к пуску;
• проверка работоспособности БЛА и его ЦН (при отсутствии ТПМ эту функцию выполняет НПУ);
• осуществление пусков БЛА;
• кратковременное (до 6 месяцев) хранение и транспортировка от 1 до 8 БЛА в зависимости от массы БЛА и транспортной базы НЧ в контейнерах (при отсутствии ТПМ эту функцию выполняетНПУ или ТМ);
• хранение и транспортировка горючесмазочных материалов (ГСМ) на несколько пусков БЛА.

МТО в общем случае предназначена для решения следующих задач:

• поиск и подбор БЛА на месте посадки;
• доставка БЛА с места посадки к ТМ или на стартовую позицию (СП) к ПУ (ТПМ);
• очистка, сушка и заправка всех систем и механизмов БЛА;
• контроль работоспособности аппаратуры БЛА и их силовых установок;
• мелкий ремонт отдельных частей БЛА;
• проведение регламентных работ с БЛА;
• расконсервация БЛА, упаковка в транспортную тару не подлежащих восстановлению в полевых условиях БЛА для отправки на предприятия-изготовители. В составе комплексов, входящих в авиационные формирования полиции, МТО может отсутствовать.

ТМ в общем случае предназначена для решения следующих задач:

• транспортированиедополнительного количества БЛА в контейнерах;
• хранение и транспортирование ГСМ на несколько пусков БЛА;
• доставка лёгких и средних БЛА с места посадки на СП.

ТЭМ в общем случае предназначена для:

• транспортирования дополнительного количества БЛА в контейнерах;
• хранения и транспортирования ГСМ на несколько пусков БЛА;
• доставки БЛА с места посадки на стартовую позицию.

БЛА предназначен для решения следующих задач:

• доставка в район выполнения задачи целевой нагрузки (ЦН);
• передача видовой или иной информациина НПУ;
• передача своих координат и прочей телеметрической информации на НПУ;
• применение специальных ударных средств.

Аэродинамическая схема БЛА

Что касается аэродинамической схемы БЛА, то при решении задач наблюдения за неподвижным объектом предпочтение стоит отдать БЛА ВВП, хотя в ряде случаев он существенно дороже БЛА самолётной схемы. При решении других задач выбор схемы непринципиален. Лётно-технические характеристики (ЛТХ) БЛА также зависят от класса комплекса, вида решаемых задач, их средней продолжительности и др.

В общем можно отметить, что основные ЛТХ должны быть следующими:

1) продолжительность полёта БЛА - не менее 4 ч (не менее 1 ч - для лёгких комплексов);

2) рабочие высоты полёта БЛА - 50-500 м (до 1000 м - для тяжёлых комплексов) над подстилающей поверхностью;

3) практический потолок БЛА - не менее 3000 м над уровнем моря;

4) скорость полёта БЛА - до 300 км/ч. НПУ комплекса должен иметь возможность управлять не менее чем двумя находящимися в полёте БЛА и получать видеоинформацию не менее чем от одного из них. Получение данных телеметрии или информации, которая не связана с передачей по широкополосному каналу, должно осуществляться с борта не менее чем двух БЛА одновременно.

Целевая нагрузка БЛА

Для предъявления требований к ЦН сначала необходимо определиться с терминами. Очень часто во многих источниках для различных задач приводится разное определение понятий «полезная нагрузка» и «целевая нагрузка», часто эти понятия смешивают.

Поэтому для данного цикла статей определим:

1. Полезная нагрузка (ПН) - всё оборудование БЛА, кроме планёра и двигательной установки.

2. Целевая нагрузка - часть ПН, предназначенная для решения определённых задач. Например, для решения задач наблюдения ЦН будет являться аппаратура наблюдения, а для ударных задач - прицельно-наблюдательный комплекс и средства поражения.

Вид ЦН и её массогабаритные характеристики зависят от характера решаемых задач и ЛТХ БЛА.

В зависимости от решаемых задач в качестве ЦН могут использоваться:

• цветная или чёрно-белая телевизионная камера (камеры) бокового (БО) или планового обзора (ПлО);
• тепловизионная (диапазона 3-5 или 8-14 мкм) камера БО или ПлО;
• цифровые аэрофотоаппараты ПлО;
• спектрозональная аппаратура БО или ПлО;
• лазерно-люминесцентная аппаратура;
• аппаратура радиоретрансляции;
• аппаратура постановки радиопомех;
• аппаратура газового анализа;
• аппаратура измерения ионизирующих излучений;
• аппаратура прицеливания и точного сброса;
• специальные боеприпасы и др.

ЦН может быть изготовлена как в сменном варианте, так и жёстко связанной с конкретным БЛА. Также в зависимости от взлётной массы БЛА может использоваться комбинированная ЦН.

Средства связи предназначены для связи между подвижными элементами комплекса, между членами расчёта, между НПУ комплекса и внешними абонентами (потребителями информации, руководителем ОРМ или СО, начальником оперативного штаба и т.д.).

Средства связи должны выбираться из принятых на вооружение в ОВД и иметь встроенные устройства маскирования речи. Должна быть предусмотрена возможность передачи внешним абонентам как отдельных видеокадров, так и видеоинформации по их требованию.

Точность определениякоординат объектов

Требования к точности определения координат объектов зависят от того, в чьих интересах работает комплекс, от решаемых задач и от объектов работы. В общем случае точность определения координат (Среднеквадратическое отклонениесвязи ОВД (полиции) в типовых условиях применения комплекса. ) может составлять до 10-20 м при использовании спутниковой навигационной системы и до 50-70 м в других случаях.

Радиоэлектронная защита(РЭЗ) и электромагнитнаясовместимость (ЭМС)

Требования по РЭЗ могут быть существенно снижены, так как противник вряд ли будет располагать необходимыми средствами радиоэлектронной борьбы, что приведёт к снижению стоимости комплекса. Тем не менее, необходимо, чтобы информация, передаваемая с борта и на борт БЛА, была зашифрована для исключения случайного перехвата различной аппаратурой, в том числе бытовыми телевизионными и радиоприёмниками.

Радиолинии комплекса должны обеспечивать ЭМС со штатными средствами радио-

Живучесть и стойкость к внешним воздействующим факторам (ВВФ)

Требования по живучести и стойкости к ВВФ тоже могут быть существенно снижены, что также приведёт к снижению стоимости комплекса.

Подвижные единицы НЧ комплекса могут быть окрашены с использованием принятой в ОВД цветографической схемы, а могут иметь любое окрашивание, в том числе и камуфлированное. БЛА могут иметь различные варианты окрашивания. Для решения задач, связанных с наблюдением за дорожной обстановкой, поиском путей объезда заторов на автодорогах, с работой в районе стихийных бедствий и катастроф, профилактикой правонарушений, БЛА может быть окрашен в яркие цвета (оранжевый) или в цветографическую схему ОВД. Требования по акустической и оптической заметности при проведении ОРМ или СО могут быть более жёсткими. В этом случае необходимо, чтобы БЛА не обнаруживался невооружённым глазом на фоне неба с расстояния до 300 м и высоте полёта 300 м с вероятностью не ниже 0,8 и не обнаруживался в акустическом диапазоне (без использования спецаппаратуры) при уровне фонового шума до 30 дБ на расстоянии до 300 м. Требования по заметности в ИК- и радиолокационном диапазонах, по защите от оружия массового поражения не предъявляются, что также приведёт к снижению стоимости образца.

Показатели надёжности НЧ комплекса должны удовлетворять требованиям соответствующих ГОСТ и нормативных документов МВД России. Что касается показателей надёжности БЛА, то они должны быть гораздо выше, чем в ВС. Вероятность безотказной работы БЛА в течение одного полёта должна быть не менее 0,99. Назначенный ресурс БЛА с учётом замены повреждённых при посадке аэродинамических поверхностей должен быть не менее 100 пусков.

Требования по эргономике и технической эстетике, по эксплуатации, удобству технического обслуживания, ремонта и хранения, требования по транспортабельности должны соответствовать требованиям ГОСТ и нормативных документов МВД России.

Что касается безопасности при работе, то конструкция комплекса и его элементов должна соответствовать требованиям «Системы стандартов безопасности труда». В конструкции комплекса должны быть предусмотрены (в зависимости от его класса) организационные и технические меры защиты персонала от поражения электрическим током, электромагнитного излучения, высокого давления, возгорания ГСМ, жидкого азота, безопасности такелажных работ. В конструкции БЛА и пусковой установки должны быть предусмотрены меры защиты от самопроизвольного срабатывания устройства запуска БЛА и самосрабатывания системы выпуска парашюта (при парашютной посадке БЛА). Поскольку в комплексе при дистанционном управлении БЛА могут применяться источники электромагнитного излучения, то должны быть определены пределы пространственного сектора, представляющего опасность электромагнитного облучения для персонала, и предусмотрены организационные и технические меры по предотвращению облучения.

Степени секретности всех видов информации, циркулирующей в комплексе и в ходе обмена информацией с внешними абонентами, - в соответствии с установленными на них грифами.

При загрузке специального программного обеспечения и информации, имеющей гриф секретности, и в процессе последующей работы с ними в комплексе должна быть предусмотрена система защиты от несанкционированного доступа (СЗИ НСД), включающая комплекс организационных, программных, технических средств, систем и мероприятий по защите данной информации. СЗИ НСД должна удовлетворять требованиям ФСТЭК России.

Требования по стандартизации и унификации и технологичности должны соответствовать нормативным документам МВД России. Поскольку требования по полной технологической независимости от других государств жёстко не ставятся, то использование импортной элементной базы позволит уменьшить массогабаритные характеристики ряда узлов, блоков и элементов комплекса и снизить стоимость его изготовления и эксплуатации. Так как БЛА и видов ЦН может быть несколько, целесообразно разработать типовой ряд как БЛА, так и ЦН. В то же время НЧ комплекса должна быть максимально унифицирована, независимо от типа применяемого БЛА и ЦН. Вычислительные средства комплекса должны строиться с использованием аппаратных платформ, принятых в ОВД. Операционная система, общесистемное программное обеспечение, инструментальные средства программирования должны выбираться из числа разрешённых к использованию в ОВД.

Конструктивные требования могут быть различными для разных видов комплекса, но в то же время единым остаётся требование по минимуму авиационной специфики. Кроме того, в конструкции БЛА должны отсутствовать пиротехнические устройства.

Требованияпо видам обеспечения

Требования по метрологическому обеспечению должны удовлетворять требованиям ГОСТ и руководящим документам МВД России.

Программное обеспечение комплекса (общее и специальное) при необходимости должно быть сертифицировано в органах сертификации МВД России по требованиям безопасности информации.

Информационное и лингвистическое обеспечение комплекса должно быть совместимо с информационным и лингвистическим обеспечением комплексов средств автоматизации ОВД.

Топогеодезическое обеспечение комплексов включает в себя обеспечение ЭКМ и/ или обычными топографическими картами, принятыми в МВД России. Ориентирование НПУ и антенн каналов борт - НПУ на местности должно осуществляться с помощью спутниковой и инерциальной систем ориентирования. Привязка позиции НПУ (при необходимости) должна осуществляться с помощью встроенной наземной аппаратуры потребителя системы «ГЛОНАСС» или GPS.

Метеорологическое обеспечение может осуществляться расположенными поблизости метеостанциями, а также в состав комплекса при необходимости может быть включён метеокомплект типа ДМК-1 или «Борисполь»(либо другие, принятые на снабжение в МВД).

Учебно-тренировочные средства (УТС)

Так как в России в настоящее время практически отсутствуют учебные заведения, готовящие специалистов по эксплуатации комплексов с БЛА, то наличие в составе комплекса УТС имеет большое значение.

В состав УТС должны входить:

• специальное программное обеспечение;
• учебно-методические пособия и руководства;
• цветные эскизы учебных плакатов. УТС должны также включать имитационные программы, воспроизводящие ситуации боевой работы без реальных пусков БЛА, в том числе нештатные ситуации, а также наборы видеоснимков, полученных в ходе реальных полётов БЛА (как учебных, так и рабочих) от оптико-электронной ЦН, для тренировки операторов-дешифровщиков.

Таким образом, подводя итог вышесказанному, необходимо отметить следующее.

Многие ТТТ к комплексам с БЛА, которые могут работать в интересах полиции, носят менее жёсткий характер или не предъявляются вовсе по сравнению с подобными комплексами, разрабатываемыми в интересах Вооружённых сил. Это связано как со спецификой решаемых задач, так и с условиями применения.

В силу этого полицейские комплексы могут быть дешевле как в разработке, так и в производстве. Ответ на вопрос, насколько дешевле, требует дополнительных исследований с привлечением предприятий промышленности.

В то же время ряд положений, высказанных в данной статье, требует дополнительных уточнений и исследований.

Литература

1. Воздушный кодекс Российской Федерации от 19 марта 1997 года № 60-ФЗ (ред. от 18.07.2009 г.). [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://base.consultant.ru/cons/cgi/online.cgi . (дата обращения 23.04.2010 г.).

2. Митюшин Д.А. Вопросы применения комплексов с БЛА в деятельности органов внутренних дел РФ // Специальная техника. - 2011. - №1. - С.26-30.

3. ГОСТ РВ 15.201-2000. Система разработки и постановки на производство военной техники. Тактико-техническое (техническое) задание на выполнение опытно-конструкторской работы. (Введён в действие 01.01.2001 г.).

4. Боевой устав Сухопутных войск. Часть III. Взвод, отделение танк. - М.: Военное издательство, 2002. - 129 с.