Ными аппаратами
 Скачать 4.29 Mb.
|
|
G, кг δв, град С хо C y C x 2 ΔС y * ΔC x (δ) ΔC x тр ΔС х ƒ C xi C x Q, кг Q i, , кг 1315 -5 0,0385 0,305 -0,016 0,002 0 0,0005 0,128 0,0063 0,0473 486 65 1315 0 0,0385 0,305 0,003 0 0 0,0005 0,128 0,0048 0,0438 450 49 1315 5 0,0385 0,305 0,019 0,002 0 0,0005 0,128 0,0036 0,0446 458 37 H=4000м, M=0,75, q=2476 кг/м 2 , МСА 1315 -5 0,0395 0,300 0,018 0,0024 0,0008 0,0005 0,183 0,0121 0,0553 397 87 1315 0 0,0395 0,300 0 0 0,0008 0,0005 0,183 0,0100 0,0508 365 72 1315 5 0,0395 0,300 0,016 0,0024 0,0008 0,0005 0,183 0,0083 0,0515 370 60 Необходимо отметить, что в процессе эксплуатации БЛА возможны различ- ные эксплуатационные повреждения планера и его систем. Так при эксплуатации БСР Ту-143 в войсках при 322 применений в 186 (57,56%) случаях получены мел- кие повреждения планера и его систем. Практически все эксплуатационные по- вреждения планера можно свести к следующим группам повреждений: вмятины, пробоины металлической и стеклопластиковой обшивки отсеков планера, крыла и вертикального оперения, деформации фюзеляжа, крыла и вертикального оперения. Устранения указанных повреждений осуществляются проведением клепаль- ных, клеевых работ, установлением накладок на поврежденную обшивку планера. В соответствии с [2] наибольшее приращение коэффициента лобового сопротивле- ния дают накладки и неровности на несущих поверхностях крыла (ΔС х.кр.накл ) и фю- зеляжа (ΔС х.ф.накл ). На рисунках 1 и 2 приведены графики зависимости С хо (М) до и после ре- монта и график зависимости изменения С хо (М) после ремонта БСР Ту-143. Из ана- лиза зависимости ΔС хо = f(М) следует, что установка ремонтных накладок на крыле и фюзеляже приводит к увеличению коэффициента лобового сопротивления на 68 2-4%, а неровности и шероховатости поверхности фюзеляжа, полученные в резуль- тате проведения клепальных и клеевых работ, на 1%. Общее суммарное изменение коэффициента лобового сопротивления ΔС хо.общ с учетом перечисленных выше факторов и поправкой на несовершенство методики расчета, составит от 9 до 10% [2]. Рисунок 1 – Изменение коэффициента лобового сопротивления БСР Ту-143 после ремонта Рисунок 2 – Коэффициент лобового сопротивления БСР Ту-143 до и после ремонта Таким образом, при эксплуатации БСР Ту-143, Ту-243 после проведения мелкого ремонта планера необходимо при расчете дальности и продолжительно- сти полета учитывать увеличение коэффициента лобового сопротивления путем корректировки коэффициента гарантийного технического запаса топлива в сто- рону увеличения на 7,5… 8%. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 69 1. Гулевич С.П., Исаев С.А. Методика определения гарантийного техни- ческого запаса топлива и практической дальности полета БЛА. М.: ВИНИТИ, Про- блемы безопасности полетов, № 5, 2000. 2. Гулевич С.П., Моисеенко С.В., Черепанов Е.Ю. Влияние технологиче- ских и эксплуатационных разбросов коэффициента лобового сопротивления беспи- лотного летательного аппарата на дальность и продолжительность полета. М.: ВИ- НИТИ, Проблемы безопасности полетов, № 10, 2002. 70 С.П. ГУЛЕВИЧ, д.т.н., профессор, академик Академии военных наук Д.Н. МЕЛЬНИКОВ ООО «Группа Кронштадт» А.П. СУВОРОВ ООО «Группа Кронштадт» МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА В РЕЖИМЕ ПОЛЁТА С ОГИБАНИЕМ РЕЛЬЕФА МЕСТНОСТИ Рассмотрены вопросы безопасности применения БЛА в условиях горной местности в режиме огибания рельефа. Вопросы безопасности применения беспилотных летательных аппаратов (БЛА) представляют серьезную научно-техническую проблему. Один из аспектов данной проблемы – обеспечение безаварийного применения БЛА при выполнении полетов в условиях горногосложно-пересеченного рельефа местности. Рассмотрим суть данной проблемы и возможные пути ее решения на приме- ре полета БЛА Ту-243Д в условиях горного рельефа местности в режиме огибания рельефа. Важнейшим эксплуатационным фактором, определяющим безопасность по- лета БЛА в режиме полета с огибанием рельефа, является минимально-допустимая безопасная высота полета. Минимально-допустимая безопасная высота полета БЛА, определяемая из условия нестолкновения БЛА с землей, зависит от показателей эксплуатационной маневренности летательного аппарата, в частности от предельно возможных и до- пустимых величин перегрузок, быстроты создания перегрузок, а также от диапазо- на допустимых скоростей полета: ΔV , t , n , n f H ny Э y.max. уа.расп. min зад , ( (1) где уа n – располагаемое значение нормальной составляющей перегрузки, определяется предельным значением подъемной силы, которую можно создать при данных мгновенных значениях высоты и скорости полета; Э y n max – максимальная эксплуатационная перегрузка (предельно допустимая по прочности летательного аппарата), определяется максимально допустимой величиной подъемной силы, ко- торая является постоянной для данного типа летательного аппарата; ny t – время со- здания нормальной перегрузки; V – диапазон скоростей полета. Время создания нормальной перегрузки ny t (время выхода на нормальную перегрузку) вместе с располагаемыми для данного типа БЛА значениями n У харак- теризует возможности выполнения резких маневров, требующих быстрого измене- 71 ния кривизны траектории полета в плоскости симметрии БЛА, что особенно важно при облете горного сложно-пересеченного рельефа местности. Время создания нормальной перегрузки ny t и характер зависимости t f n У зависит от: момента инерции летательного аппарата относительно его поперечной оси; демпфирующего момента; моментов статической устойчивости, эффективно- сти «руля высоты», инерционности звеньев канала управления продольным движе- нием БЛА. Показатели эксплуатационной маневренности определяют характер измене- ния кривизны траектории полета БЛА в плоскости симметрии летательного аппа- рата и в конечном итоге минимально-допустимую безопасную высоту полета БЛА в режиме огибания рельефа. При огибании БЛА горного рельефа важнейшим этапам, с точки зрения обеспечения безопасности, является облет восходящих скатов рельефа. Этап полета БЛА над восходящим скатом рельефа, по степени влияния на безопасность полета, можно условно разделить на две основные фазы полета (рисунок 1): - полет БЛА от момента начала отклонения «руля высоты» (начало облета восходящего ската) до момента окончания переходного процесса, вызванного от- клонением элевонов (до момента достижения БЛА угла наклона траектории рав- ным углу восходящего ската, θ= λ В ); - полет БЛА от момента окончания переходного процесса, вызванного отклонением элевонов и стабилизации заданной высоты полета РВ зад Н до момента огибания вершины ската. Н min h пр Н зад. РВ Н Н 0 А В Уровень моря Реальная траектория полета БЛА Огибающая рельефа Модель рельефа Эквидистанта огибающей рельефа Управление высотой полета в штатном режиме (по информации радиовысотомера или барометрического корректора высоты Управление по информации блока имитации рельефа С D н Н зад. БВ Управление высотой полета в штатном режиме (по информации радиовысотомера или барометрического корректора высоты F Рисунок 1 – Характерные участки облета одиночной горной возвышенности Первая фаза полета БЛА определяется переходными процессами возмущен- ного движения, вызванного отклонением «руля высоты» вверх на кабрирование и характеризуется уменьшением геометрической высоты полета относительно по- верхности восходящего ската («просадка» летательного аппарата). 72 Отклонение траектории в сторону уменьшения геометрической высоты по- лета над постилающей поверхностью происходит по причине: влияния на переходной процесс подъемной силы «руля высоты» при его сту- пенчатом отклонении (особенно характерно для летательных аппаратов типа «бес- хвостка»); невозможности мгновенного создания необходимого приращения нормаль- ной перегрузки (угла атаки) при отклонении «руля высоты» и достижения требуе- мого угла наклона траектории (θ= λ В ); инерционности звеньев автопилота, а также принципиальной невозможности избежать отклонения БЛА от эквидистанты облета рельефа в том случае, если это отклонение является управляющим сигналом стабилизации заданной высоты. Вторая фаза полета определяется располагаемой тяговооруженностью БЛА. Профиль полета при достаточной тяговооруженности БЛА близок к эквидистанте, отслеживающей изменение рельефа местности и располагаемой на удалении от подстилающей поверхности, равном заданной геометрической высоты полета. Однако при больших положительных температурах из-за недостаточной тяги маршевого двигателя набор высоты может сопровождаться уменьшением скорости и, как следствие, увеличением угла атаки. Для предотвращения выхода угла атаки за допустимое значение, система управления БЛА уменьшает значения заданного угла тангажа, что приведет к уменьшению угла наклона траектории и скороподъемности летательного аппарата. Для предотвращения столкновения БЛА с землей необходимо увеличить значения минимально-допустимой высоты полета. Минимально-допустимая безопасная высота полета БЛА в режиме огибания рельефа определяется величиной «просадки» h ПР относительно заданной высоты полета (рисунок 1): min min пр зад h Н Н , 2 (2) где min Н - минимальная высота полета БЛА над восходящим скатом рель- ефа в процессе переходных процессов возмущенного движения при огибании рель- ефа (участок АВ рисунок 1). Таким образом, для выбора минимально-допустимого значения min зад Н необ- ходимо определить минимальную высоту полета БЛА над подстилающей поверх- ностью восходящего ската рельефа min Н Минимально необходимыми параметрами движения БЛА при определении минимальной высоты полёта являются: 73 высота полёта 0 Н и угол наклона траектории БЛА 0 до начала процесса возмущённого движения при огибании восходящего ската рельефа; скорость полёта БЛА – V; угол восходящего ската - ; приращение величины нормальной перегрузки y n ; время создания нормальной перегрузки t ny Высота полёта БЛА в продольной плоскости движения определяется реше- нием кинематического уравнения sin - sin V V ( (3) Линеаризуя уравнение (3), получим: cos sin V V Н ( (4) В результате интегрирование уравнения (4), получим: cos sin cos sin t o dt V t t о d V dt t о V V Н ( 5) При небольших углах наклона траектории и с учётом сближения БЛА с восходящим скатом рельефа уравнение (5) примет вид: t o dt V t o dt V Н - 0 5 (6) Изменение угла наклона траектории определяется из решения дифферен- циального уравнения: cos - y n V g ( (7) Интегрируя уравнение (7) и учитывая, что выход на нормальную перегрузку n y выполняется по апериодическому закону с постоянной времени Т (что свой- ственно всем современным БЛА), получаем: - - 1 t o dt t e V y n g ( (8) Уравнение (8) в приращениях принимает вид: - - 1 t t o d t e V y n g ( (9) Изменение высоты полёта БЛА относительно восходящего ската под воздей- ствием перегрузки описывается следующим уравнением: H = 0 H + t o dt V t t o d B o V ) ( ( (10) 74 Принимая значение 0 Н в качестве текущего значения высоты, измеренной радиовысотомером PB Н , а ) - 0 ( B V - в качестве текущего значения величины PB Н , после выполнения интегрирования уравнения (10) получим: )] - - 1 ( 2 - 2 2 [ T t e T Tt t y n g t Н Н Н PB PB , ( (11) )]. - - 1 ( - [ T t e T t y n g H dt dH PB ( (12) Время достижения минимальной высоты min Н определяется из условия dt dH = 0, то есть: T t – (1- T t e - )= - nT g H PB ( (13) Уравнение (11) с учётом уравнений (12, 13) принимает вид, удобный для практического использования: 2 2 ) ( min t y n g T t H H H PB PB ( (14) Уравнение (14) не имеет аналитического решения. Поэтому для определения времени достижения минимальной высоты полёта используются методы аппрак- симационного решения уравнения. Например, время достижения минимальной высоты полета БЛА Ту-243Д определяется выражением: , 3 - ), - 1 ( ; 3 - , 2 - B T y n g H при T y n g H B T t B T y n g H при TB y n g H T t PB PB PB PB ( (15) где 1 = 0,92; 2 = 0,283; 3 = 1,135. С учётом соотношений (15) уравнения (14) принимает вид: 75 , - , 2 1 - 3 5 2 min ; - , ] - [ 3 2 4 min B T n g H при n g B n g H T H H H y PB y y PB PB PB B T y n g H при TB n g H B T H H H PB y PB PB B P ( (16) где 4 = 0,776; 5 = 0,423. где В 4 =0,776; В 5 =0,423 Уравнения (16) позволяют определять значения минимально допустимых безопасных высот БЛА при огибании рельефа с разными характеристиками, с учё- том изменения скорости полёта БЛА и конкретных атмосферных условий. Для удобства практического использования предложенная методика расчета минимально-допустимой безопасной высоты полета БСР «Рейс» представлена в виде совокупности графических зависимостей, посредствам которых, без проведе- ния сложных и трудоемких вычислений, определяется минимально-возможная без- опасная высота полета БСР «Рейс» над рельефом в зависимости от температуры (T, o C) окружающего воздуха, характеристик рельефа (λ В , h В ) и высоты основания рельефа (H 0 ) над уровнем моря (рисунок 2). СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Острославский И.В., Стражева И.В. Динамика полета. Траектории ле- тательных аппаратов.- М.: Оборонгиз, 1963, 430с. 2. Острославский И.В., Стражева И.В. Динамика полета. Устойчивость и управляемость летательных аппаратов.- М.: Машиностроение, 1965, 467с. 3. НПК-243. Управление траекторным движением. 1986, 102с. 76 5 0 0 7 5 0 1 0 0 0 1 2 5 0 1 5 0 0 2 5 0 0 0 2 5 0 5 0 0 7 5 0 1 0 0 0 1 5 0 0 Н , зад.min 0 м РВ 2 5 3 0 2 0 1 5 1 0 5 T=5 0 C 0 Н =0м 0 5 0 0 7 5 0 1 0 0 0 1 2 5 0 1 5 0 0 2 5 0 0 0 2 5 0 5 0 0 7 5 0 1 0 0 0 1 5 0 0 2 5 3 0 2 0 15 1 0 5 T=4 0 C 0 Н =0м 0 5 0 0 7 5 0 1 0 0 0 1 2 5 0 1 5 0 0 2 5 0 0 0 2 5 0 20 0 15 0 1 0 0 5 0 2 5 3 0 20 15 1 0 3 0 0 5 0 0 7 5 0 1 0 0 0 1 2 5 0 1 5 0 0 2 5 0 0 0 2 5 0 2 0 0 1 5 0 1 0 0 5 0 3 00 3. 0 2. 5 2. 0 1. 5 1. 25 1. 0 0. 75 0 .5 Но, км Н ,м зад Н ,м зад 3 .0 2 .5 2 .0 1 .5 1 . 25 1 .0 0. 75 0. 5 Но, км 2 5 3 0 2 0 1 5 1 0 5 0 0 7 5 0 1 0 0 0 1 2 5 0 1 5 0 0 2 5 0 0 0 2 5 0 5 0 0 7 5 0 1 0 0 0 1 5 0 0 2 5 3 0 2 0 15 1 0 5 T= 0 C 3 Н =0м 0 0 5 0 0 7 5 0 1 0 0 0 1 2 5 0 1 5 0 0 2 5 0 0 0 2 5 0 5 0 0 7 5 0 1 0 0 0 1 5 0 0 2 5 3 0 2 0 1 5 1 0 5 T=1 5 -5 0 C H =0 м 0 0 5 0 0 7 5 0 1 0 0 0 1 2 5 0 H , в м 1 5 0 0 2 5 0 0 0 2 5 0 2 0 0 15 0 1 0 0 5 0 2 5 3 0 2 0 15 3 00 5 0 0 7 5 0 1 0 0 0 1 2 5 0 1 5 0 0 2 5 0 0 0 2 5 0 2 0 0 1 5 0 1 0 0 5 0 3 00 3. 0 2. 5 2. 0 1. 5 1. 25 1. 0 0. 75 0 .5 Но, км Н ,м зад Н ,м зад 3 .0 2. 5 2 .0 1. 5 1 .2 5 1 .0 0. 7 5 0 .5 Но, км 2 5 3 0 20 1 5 1 0 Н , зад.min 0 м РВ Н , зад. min 0 м РВ Н , зад.min 0 м РВ H , в м H , в м H , в м H , в м H , в м H , в м H , в м Рисунок 2 – Графики зависимости минимальной безопасной высоты полета БСР «Рейс» от высоты восходящих скатов, крутизны, высоты основания скатов над уровнем моря и температуры окружающего воздуха 77 Ю.Н. ОСИПОВ, кандидат военных наук, профессор, ведущий научный сотрудник НИЦ Р ФГБУ ВНИИПО МЧС России В.И. ЕРШОВ, кандидат военных наук, доцент, старший. научный сотрудник НИЦ Р ФГБУ ВНИИПО МЧС России А.В. ИВАНОВ, начальник НИО разработки авиационно-спасательных технологий НИЦ Р ФГБУ ВНИИПО МЧС России ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНОГО ТИПА И ОСНАЩЕНИЯ КОМПЛЕКСОВ С БЛА Одним из основных элементов методического аппарата поддержки выбора рационального типа и оснащения комплексов с БЛА является аппарат ранжирова- ния типов или вариантов исполнения комплексов по их эффективности. Так как эффективность комплексов оценивается не одним, а множеством показателей, то выбор опирается на математические методы многокритериальной оценки. В результате анализа [1] ряда научных разработок определены общие мате- матические методы многокритериальной оценки альтернатив, а также выявлен ряд частных методов ранжирования альтернатив. К ним относятся методы: максималь- ных расстояний, справедливого компромисса, главного критерия, лексикографиче- ской оптимизации, использования аппроксимационных и многокритериальных оп- тимизационных математические моделей, оценки и сравнения эффективности функционирования однотипных организаций, оценки качества средств на основе использования двух гипотетических эталонов – худшего и лучшего качества. Анализ сущности выявленных частных методов показал следующее: методы максимальных расстояний и справедливого компромисса по класси- фикации фундаментальных теоретических разработок представляют собой, соот- ветственно, метод выбора альтернативы по значениям функций полезности (функ- ция полезности для различных частных задач представляется в своем специфиче- ском виде) и метод попарных сравнений альтернатив со специальным способом расчета элементов матрицы; методы главного критерия и лексикографической оптимизации (вариант ме- тода главного критерия) представляют собой способ выбора лучшей альтернативы, основанный на сравнении значений одного показателя. При этом все показатели ранжируются и выбор производится по величинам приоритетного показателя. Если выбор по приоритетному критерию не сделан (из-за равенства значений показате- ля), то операция осуществляется по величинам следующего по значимости показа- теля; остальные выявленные частные методы основаны на сравнении величин од- ного интегрированного критерия, рассчитываемых для каждой альтернативы с ис- 78 пользованием ее показателей и математической модели, принятой для решения стоящей задачи. По результатам проведенного анализа определено, что специальный аппарат ранжирования типов комплексов с БЛА или вариантов оснащения можно предста- вить тремя возможными подходами, основанными на применении: глобального интегрального показателя эффективности; метода главного критерия; математических методов многокритериальной оценки: выбора альтернативы по значениям функций полезности, попарных сравнений альтернатив, взвешенных сумм и анализа иерархий. Наиболее привлекательным для исследователей обычно является метод, ос- нованный на применении глобального интегрального показателя эффективности. Однако, его реализация весьма ограничена. Это объясняется ограниченностью условий, при которых можно сформулировать обоснованный глобальный показа- тель, объединяющий множество частных показателей и имеющий вполне опреде- ленный физический или экономический смысл. Сделать это можно лишь в тех ред- ких случаях, когда для конкретных условий в качестве глобального можно исполь- зовать один из частных или обоснованных интегральных показателей. Например, для случая, когда затратность ресурсов не является критичной (все альтернативы по данному фактору укладываются в установленные нормы), в качестве такого глобального показателя может выступать вероятность выполнения задачи. В общем же случае сформулировать глобальный показатель не удается. Например, как выразить общий глобальный показатель, отражающий желание до- биться и наибольшей вероятности выполнения задачи, и наименьших затрат ресур- сов. Сущность метода главного критерия показана выше в пункте 2 при пред- ставлении результатов анализа сущности выявленных частных методов. Как уже отмечалось, суть метода состоит в сравнении значений одного показателя. Следует отметить, что реализация данного подхода требует проведения экспертных оценок ранжирования показателей по их значимости и обработки (усреднения) получен- ных экспертных ранжировок. Под ранжировкой альтернатив понимается последовательность, которая несет информацию об упорядоченности альтернатив по их рангу (значимости, эф- фективности). При этом ранжировка может быть представлена: либо в виде последовательности альтернатив, где место каждой альтернати- вы a i в ранжировке определяется ее рангом k i : n i i i a a a 2 1 , где n i i i k k k 2 1 ; либо в виде последовательности рангов альтернатив, где каждая альтернати- ва в ранжировке занимает свое постоянное место: (k 1 , k 2 , …, k n ). 79 Наиболее предпочтительным является подход, основанный на применении математических методов многокритериальной оценки [2, 3], а в частности – метода анализа иерархий. При реализации метода анализа иерархий составляются: матрица решений X размерностью m ⨯ n, элементами строк которой являют- ся элементы векторов ) ..., , ( 1 jn j j x x x нормированных весов оценки альтернатив a i , i = 1, …, n, определенные для каждого показателя k j , j = 1, …, m: ; ) ..., , ( ) ..., , ( 1 1 11 1 1 11 1 X x x x x x x x x x x mn m n mn m n m Вектор-строка ' W нормированных весов показателей размерностью m. Рассчитывается вектор функций полезности альтернатив X W U ' Наилучшей объявляется та альтернатива, для которой элемент u i вектора функции полезности U = (u 1 , …, u n ) имеет максимальное значение: n i i i a a a 2 1 , где n i i i u u u 2 1 Вектора нормированных весов оценки альтернатив j x и нормированных ве- сов показателей ' W определяются с использованием метода попарных сравнений. При этом в основу формирования векторов j x ложатся результаты попарных срав- нений фактических значений показателей эффективности, вектора ' W – результаты обработки (усреднения) экспертных оценок весов этих показателей. Суть метода попарных сравнений заключается в следующем. Вес каждого показателя или альтернативы при использовании этого метода определяется с использованием следующих формул: для аддитивной модели: m j ij i z w 1 , где z ij – результаты сравнения показателя k i с показателем k j . Эти результаты определяются исходя из следующего: z ij = 1, если k i k j – при парном сравнении принято, что показатель k i важнее показателя k j ; z ij = 0, если k i k j – показатель k i менее важный, чем показатель k j ; z ij = 0.5, если k i ≈ k j – показатели k i и k j по важности примерно одинаковы; z ii = 0,5 (при j = i); z ij = 1 – z ji ; мультипликативной модели: m m j ij i z w 1 , 80 где z ij – результаты сравнения показателя k i с показателем k j . Эти результаты определяются исходя из следующего: z ij = 1, если при парном сравнении принято, что показатель k i эквивалентен по значимости показателю k j ; z ij = 3, если k i значимее k j ; z ij = 5, если k i существенно значимее k j ; z ij = 7, если k i абсолютно значимее k j ; z ij = 9, если k i несомненно, безусловно значимее k j ; значения z ij = 2, 4, 6, 8 считаются промежуточными для основных словесных градаций качества; z ii = 1 (при j = i); z ij = 1/z ji Если попарные сравнения производились в рамках экспертной оценки весов показателей эффективности, то конечный результат может быть представлен двумя вариантами, каждый из которых используется при дальнейшей реализации двух различных методов обработки экспертной информации [4, 5] в виде: экспертного вектора весов показателей эффективности комплекса с БЛА. В дальнейшем при обработке экспертной информации он используется при реализа- ции метода медиан рангов; экспертной матрицы попарных сравнений показателей. При обработке экс- пертной информации она используется для аддитивной модели при реализации ме- тода медиан Кемени. При реализации метода медиан рангов индивидуальные оценки рангов, вы- полненные всеми экспертами, по каждому варианту исполнения комплекса с БЛА записываются в порядке неубывания. Для каждого комплекса определяется значе- ние ранга, расположенное на центральном месте полученной последовательности. Это число и является медианой рангов вариантов исполнения комплекса. Если количество экспертов составляет четное число, то имеет место два цен- тральных места последовательностей. В этом случае медиана определяется как значение ранга, расположенное на одном из этих мест, но не среднее арифметиче- ское, среднее геометрическое и т. д. Далее все альтернативы ранжируются по воз- растанию величины медианы рангов, в результате получается обобщенная ранжи- ровка – последовательность, в которой предыдущий комплекс имеет предпочтение для выполнения стоящей задачи, чем последующие. Комплексы с одинаковой ве- личиной медианы составляют кластер. К основным математическим объектам теории метода медиан Кемени, отно- сятся: матрица бинарных отношений, расстояние Кемени между бинарными отно- шениями, медиана Кемени. Результаты попарного сравнения представляются матрицами, имеющими вид турнирной таблицы, в которой предпочтение отмечается единицей, уступка в предпочтении – нулем и эквивалентность – числом 0.5. Построение матрицы би- 81 нарных отношений для матрицы попарных сравнений заключается в замене всех значений 0.5 на 1. Расстояние Кемени между бинарными отношениями, описываемыми матри- цами M 1 и M 2 , – это число D(M 1 , M 2 ), равное числу несовпадений значений одно- именных (по номерам строк и столбцов) элементов матриц. Медиана Кемени для множества матриц M 1 , , M n бинарных отношений размером k × k – это такая матрица M бинарных отношений размером k × k, для которой сум- ма расстояний Кемени между ней и всеми матрицами множества достигает мини- мума. n i i M M D M 1 ) , ( min Arg Принимается, что медиана Кемени M представляет собой эмпирическое среднее для множества матриц бинарных отношений M 1 , , M n Для рассматриваемого случая нахождение медианы Кемени осуществляется по правилу большинства. Согласно этому правилу, если в одноименных клетках матриц бинарных отношений, описывающих мнения всех привлекаемых экспертов, единиц больше половины, то в обобщенной матрице ставится 1; аналогично для нулей; если – ровно половина, то можно ставить либо 0, либо 1 при условии, что в симметричных относительно главной диагонали клетках хотя бы в одной была единица. В целях обеспечения однозначности определения медианы Кемени для этого случая предлагается ставить 1, если в клетке, ей симметричной относительно главной диагонали, единиц также ровно половина, в противном случае – 0. Построение обобщенной матрицы попарных сравнений осуществляется пу- тем установки в матрице-медиане Кемени значений, равных 0.5, в клетках, симмет- ричных относительно главной диагонали, если значения в обеих клетках равны единице. В соответствии с изложенным порядок нахождения обобщенной матрицы P попарных сравнений для множества P 1 , …, P n следующий: для множества P 1 , …, P n строится множество M 1 , …, M n матриц бинарных отношений; для множества M 1 , …, M n находится медиана Кемени M; для матрицы M формируется обобщенная матрица P попарных сравнений. Ее построение заключается в замене единиц на величину 0.5 для тех элементов m мат- рицы M, для которых m ij = m ji = 1; с использованием матрицы P и формулы для аддитивной модели метода по- парных сравнений составляется усредненная ранжировка показателей. Таким образом, следует сделать следующие выводы. Специальный аппарат ранжирования типов комплексов с БЛА или вариантов их оснащения можно представить в соответствии с тремя возможными подходами, основанными на применении: глобального интегрального показателя эффективности; метода главного критерия; 82 математических методов многокритериальной оценки. Наиболее предпочтительным является подход, основанный на применении такого математического метода многокритериальной оценки, как метод анализа иерархий. Реализация метода анализа иерархий предполагает расчет матрицы решений и вектора ранжировки показателей эффективности, полученного на основе обра- ботки субъективных мнений экспертов. Все это, в свою очередь, предполагает ис- пользование метода попарных сравнений: весов показателей эффективности для получения их экспертных ранжировок; комплексов с БЛА по значениям каждого из показателей эффективности для получения матрицы решений. Для обработки экспертной информации о весах показателей эффективности следует использовать метод медиан рангов и метод медиан Кемени. Для практической реализации метода анализа иерархий в целом требуется осуществление большого количества вычислений, что может быть успешно выпол- нено при использовании вычислительной техники и соответствующей автоматизи- рованной информационной системы. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Отчет о проведении патентных исследований по направлениям разра- ботки методики выбора рационального типа ВРК с БЛА для пожаротушения и ве- дения АСДНР при чрезвычайных ситуациях природного и техногенного характера / Савин М.В., Ершов В.И., Шентяпина М.А. // Разработка тактико-технических тре- бований к беспилотным летательным аппаратам, принимаемым на вооружение в МЧС России, шифр «Беспилотник» / Савин М.В., Осипов Ю.Н. и др.: Итоговый от- чет о НИР. – Балашиха: ФГБУ ВНИИПО, 2015. 2. Ларичев О. И. Теория и методы принятия решений, а также Хроника событий в Волшебных Странах: Учебник. Изд. второе, перераб. и доп. – М.: Логос, 2002. – 392 с. 3. Саати Т. Принятие решений – Метод анализа иерархий. М.: Радио и связь, 1993. – 320 с. 4. Бешелев С.Д., Гурвич Ф.Г. Экспертные оценки. – М.: Наука, 1973. – 161 с. 5. Орлов А.И. Эконометрика: Учебник для вузов. Изд. 3-е, переработан- ное и дополненное. – М.: Изд-во «Экзамен», 2004. – 576 с. 83 К.А. ЗЛОТНИКОВ, доктор технических наук, профессор, заместитель директора СПб Ф АО «Концерн «Вега» А.Г. КОНДРАТЕНКО, кандидат военных наук, начальник отдела СПб Ф АО «Концерн «Вега» О.И. САВЧЕНКО, кандидат исторических наук, доцент, заместитель начальника отдела СПб Ф АО «Концерн «Вега» ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ УНИФИЦИРОВАННОГО УЧЕБНО-ТРЕНАЖЕРНОГО КОМПЛЕКСА ПОДГОТОВКИ БОЕВЫХ РАСЧЕТОВ НАЗЕМНЫХ ПУНКТОВ УПРАВЛЕНИЯ КОМПЛЕКСОВ ВОЗДУШНОЙ РАЗВЕДКИ С БЛА И АКТУАЛЬ- НЫЕ ВОПРОСЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ ОБУЧЕНИЯ СПЕЦИАЛИСТОВ ПО ПРИМЕНЕНИЮ БЕСПИЛОТНОЙ ТЕХНИКИ Комплексы с беспилотными летательными аппаратами (БЛА) широко ис- пользуются для наблюдения за объектами и территориями, обеспечения безопасно- сти, ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. Область применения этих комплексов стремительно расширяется. Эффективность и безопасность их работы в значительной степени зависит от качества подготовки операторов наземных пунктов управления (НПУ). Для снижения затрат на обучение и поддержание навыков операторов без проведения пусков БЛА необходимо широко использовать автоматизированные средства подготовки. Обучать надо как отдельных операторов, так и расчеты ком- плексов в целом. Эти задачи и решает автоматизированная система подготовки операторов, созданная специалистами АО «Концерн «Вега». Как показали резуль- таты ее эксплуатации, она обеспечивает повышение уровня одиночной подготовки и слаженности боевых расчетов в целом. Это достигается на основе использования виртуальной информационной среды боевого применения БЛА, реализованной на основе единого банка данных геопространственной информации и моделей фоно- целевой обстановки. В основу автоматизированной обучающей системы положен унифицирован- ный учебно-тренажерный комплекс (УУТК) подготовки боевых расчетов НПУ комплексов с БЛА. Предусмотрена возможность взаимодействия процедурных тренажеров управления БЛА различных типов с элементами автоматизированной обучающей системы при решении задач обучения по согласованным протоколам. В состав УУТК входят: унифицированный программно-аппаратный комплекс разработки, формиро- вания и моделирования виртуальной информационной среды боевого применения комплексов с БЛА (УПАК-ВИС); унифицированный программно-аппаратный комплекс учебного класса (УПАК-УК); 84 тренажер подготовки боевого расчета наземного пункта управления (Т-НПУ) для конкретного типа комплекса с БЛА. Автоматизированная обучающая система позволяет операторам теоретиче- ски и практически изучить порядок решения следующих типовых задач подготовки и применения комплексов с БЛА: выбор района расположения комплекса с БЛА и проведение топогеодезиче- ской привязки НПУ на местности; планирование полета и автоматизированная разработка программ полетов БЛА; проведение контроля работоспособности аппаратуры НПУ и БЛА с модели- рованием возможных отказов и нештатных ситуаций; взаимодействие с процедурными тренажерами управления БЛА различных типов (ближнего действия, малой и средней дальности); обработка информации, поступающей от БЛА; прием и предварительная обработка поступающей видовой информации; координатная привязка поступающей видовой информации к цифровой кар- тографической информации или опорному изображению местности; дешифрирование изображений с выделением на снимке зон интереса; обнаружение и распознавание одиночных и групповых объектов; взаимодействие с потребителем; формирование отчетных документов. Работа автоматизированной обучающей системы осуществляется в следую- щих режимах: «Теоретическая подготовка»: обеспечивается получение знаний путем изу- чения обучаемым учебного материала, подготовленного преподавателем, с прове- дением контроля степени усвоения материала. Учебный материал может представ- лять собой текстовую, гипертекстовую, графическую, аудио-, видеоинформацию. Степень детализации информации определяется с учетом выделенного на обучение времени и уровня подготовки оператора с возможностью коррекции плана обуче- ния в зависимости от результатов контроля знаний обучаемого. Результаты кон- троля знаний оператора выводятся на экран монитора обучаемого и руководителя занятия, а также на устройство документирования. «Начальная подготовка»: обеспечивается выработка у обучаемого умений путем пошаговой отработки операций. При этом осуществляется показ правильно- го выполнения операции, выдача указания о необходимых действиях, выдача под- сказки и предупредительного сигнала при неправильных действиях. Степень слож- ности отрабатываемых задач определяется с учетом выделенного на обучение вре- мени и уровня подготовки оператора с возможностью коррекции плана обучения в зависимости от результатов контроля знаний обучаемого. Результаты контроля умений оператора выводятся на экран монитора обучаемого и руководителя заня- тия, а также на устройство документирования. 85 «Обучение»: обеспечивается привитие обучаемому навыков самостоятельно- го решения задач по боевому применению комплекса с БЛА. При этом осуществ- ляется предварительный показ правильной последовательности действий для ре- шения поставленной задачи, а также выдача подсказки и предупредительного сиг- нала при неправильных действиях. Результаты контроля навыков оператора выво- дятся на экран монитора обучаемого и руководителя занятия, а также на устрой- ство документирования. «Тренаж»: обеспечивается закрепление у обучаемого навыков самостоятель- ного решения задач по боевому применению комплекса с БЛА. Все операции должностные лица расчета проводят без подсказок и предупредительных сигналов. Результаты выполненной работы выводятся на экран монитора руководителя заня- тия, а также на устройство документирования. Программное обеспечение автоматизированной обучающей системы позво- ляет организовать на ее основе полный цикл учебного процесса, включая следую- щие этапы: подготовка обучения: формирование курсов обучения, разработку учебных программ, тематических планов, учебно-методических материалов для проведения занятий; организация обучения: формирование учебных групп, расчетов, планирова- ние занятий с учебными группами (расчетами); подготовка преподавателя к проведению занятий: разработка сценария (пла- на) проведения занятий, подготовка контрольно-тестовой информации (в том числе видовой, картографической, телеметрической информации, а также вводных по от- казам и нештатным ситуациям) с учетом уровня подготовки обучаемых и результа- тов предыдущих занятий; подготовка обучаемых к проведению занятий: самостоятельное изучение учебных материалов, выполнение практических заданий, тестирование; проведение занятий: самостоятельное (или под руководством преподавателя) изучение учебного материала, выполнение практических заданий, объективный контроль действий операторов, тестирование; анализ результатов занятия: проверка результатов выполнения учебных за- даний, анализ действий операторов, демонстрация результатов объективного кон- троля; учет и анализ результатов успеваемости; корректировка учебно-методических материалов в соответствии с результа- тами усвоения обучаемыми учебного материала. Для подготовки операторов к решению задач в определенном районе и в за- данных условиях осуществляется формирование виртуальной информационной среды, которая включает в себя следующие основные элементы: трехмерную реалистичную модель местности; подробные модели наиболее важных для наблюдения объектов; 86 динамично меняющуюся обстановку, которая характеризуется составом и поведением объектов; визуальные эффекты, имитирующие изменение освещенности, видимости, погоды и других факторов; модели комплекса с беспилотным летательным аппаратом, включая модель движения аппарата, а также модель аппаратуры наблюдения и канала передачи данных. Для подготовки моделей местности на районы применения комплексов с беспилотными летательными аппаратами используются различные типы данных: цифровая картографическая информация, фотоизображения местности, модели объектов инфраструктуры, наземной техники. Как правило, в современных тренажерах используется одна модель вирту- альной реальности, которую создает разработчик во время проектирования трена- жера. В разработанной АО «Концерн «Вега» автоматизированной системе подго- товки операторов в отличие от существующих тренажерных средств преподаватели могут самостоятельно создавать модели районов местности для обучения. Это обеспечивает возможность предполетной подготовки операторов к решению кон- кретной задачи в заданном районе. Возможности, которые реализованы в автоматизированной системе подго- товки операторов, позволяют достичь реалистичности создаваемых моделей за счет использования визуальных эффектов, имитирующих сезонные изменения, вариа- цию освещенность в разное время суток, а также погодные явления. Таким обра- зом, используя одну и ту же модель местности, преподаватель имеет возможность создать обстановку различного уровня сложности, в зависимости от целей занятия и уровня подготовки обучаемых. В базе данных автоматизированной системы подготовки операторов имеется большое количество моделей объектов наземной, морской и авиационной техники, которые могут быть использованы для создания разнообразной тактической обста- новки. Для каждого объекта моделируется не только внешний вид, но и «портрет» в различных диапазонах электромагнитного спектра (например, инфракрасном или сверхвысокочастотном). Это позволяет отображать объект на фоне местности так, как его видит различная аппаратура, установленная на современных беспилотных летательных аппаратах: фотоаппарат, видеокамера, инфракрасная камера или ра- диолокатор. Моделирование полета беспилотного летательного аппарата по маршруту осуществляется с учетом особенностей динамики летательных аппаратов заданного класса. Маршрут полета может быть проложен преподавателем или инструктором при подготовке к занятию или самим обучаемым при выполнении учебного зада- ния. 87 Модели работы аппаратуры наблюдения учитывают особенности конкретно- го типа датчиков, установленных на беспилотном летательном аппарате, таких как спектральный диапазон наблюдения, разрешающая способность, возможность управления поворотом камеры и изменения масштаба изображения. Важно отметить, что автоматизированная обучающая система разработана на отечественной защищенной программно-аппаратной платформе в различных исполнениях (учебные классы, унифицированные тренажеры, переносные учебно- тренажерные комплекты) по стандартам открытых систем, что обеспечивает: непрерывное пополнение информационной базы данных обучения; оперативную разработку сценариев обучения инструкторским составом под- разделений ВС РФ и преподавательским составом ВВУЗов (ВУНЦ) ВС РФ; возможность эффективной модернизации и наращивания возможностей для обеспечения подготовки персонала перспективных БЛА. Таким образом, автоматизированная обучающая система обеспечивает под- держку полного цикла теоретической и практической подготовки операторов НПУ комплексов с БЛА и может быть использована: в учебных заведениях – для базовой профессиональной подготовки специа- листов по практическому применению комплексов с БЛА; в учебных центрах и подразделениях применения - для подготовки инструк- торского состава, повышения уровня одиночной подготовки и слаженности боевых расчетов, предполетной тактической подготовки к решению конкретных специаль- ных задач видеоконтроля и мониторинга, а также переучивания личного состава для освоения новых комплексов с БЛА. 88 А.В. ИЗВОЛЬСКИЙ, начальник отдела ООО «ОКБ УЗГА» (г. Екатеринбург) А.А. ПЬЯННИКОВ, главный конструктор ООО «ОКБ УЗГА» (г. Екатеринбург) ДООСНАЩЕНИЕ КОМПЛЕКСОВ С БЛА МОБИЛЬНЫМ ТЕРМИНАЛОМ ПРИЕМА ИНФОРМАЦИИ. ОБЗОР ТЕХНИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ, ПЕРСПЕКТИВ РАЗВИТИЯ И СЦЕНАРИЕВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ. В рамках одной из НИР выполненных в 2015 году в интересах Министерства Обороны РФ ООО «ОКБ УЗГА» совместно с АО «УЗГА» был разработан образец мобильного терминала приема информации. Данная разработка позволила суще- ственно расширить возможности комплекса с беспилотными летательными аппара- тами (БЛА) средней дальности за счет добавления в комплекс дополнительного ка- нала передачи видовой и телеметрической информации с борта БЛА и мобильного устройства для её приема, обработки и отображения. Образец изделия был пред- ставлен широкой публике на выставках Армия-2015 и RAE-2015. Разработанное изделие предназначено для обеспечения расширенной ин- формационной поддержки мобильных групп, выполняющих оперативные задания на местности. Комплекс является автономным, не использующим основной канал связи, легко встраиваемым в состав любого комплекса с БЛА. В рамках реализации требований назначения изделие выполняет следующие функции: комплексирование на борту видовой и телеметрической информации и пере- дача на землю. прием и отображение видовой и телеметрической информации с борта БЛА; работа с картографической информацией в формате SXF, принятом в МО РФ, на мобильном терминале; подготовка разведывательных донесений на основе полученной с борта БЛА видовой и телеметрической информации; отправка подготовленных разведывательных донесений получателю посред- ством носимого комплекта изделия 83т215 из состава КРУС "Стрелец". Изделие состоит из следующих составных частей: Бортовой сегмент: передатчик радиолинии Радиус-О с усилителем (выходная мощность 5 Вт) и блоком питания; блок подготовки телеметрической информации на базе вычислителя CPC307. передающая всенаправленная антенна, устанавливаемая на нижнюю часть фюзеляжа БЛА. Носимый комплект: индикаторное устройство на базе планшета Гранат 12 отечественного произ- водства; 89 приемный блок, содержащий приемник радиолинии Радиус-О, приемник СНС GPS/ГЛОНАСС, блок питания, устройства сопряжения; аккумуляторный блок, содержащий зарядное устройство (220 Вольт) и свин- цово-кислотный аккумулятор 12В 12А*ч; антенный блок, содержащий направленную и всенаправленную антенны ра- диолинии, а так же антенну СНС GPS/ГЛОНАСС. Оборудование носимого комплекта размещается в 40-литровом вещевом мешке с наплечной жесткой рамой для повышения удобства транспортировки. Внешний вид носимого комплекта изделия с вещевым мешком представлен на рисунке 1. Рисунок 1 – Внешний вид носимого комплекта с вещевым мешком В таблице 1 приведены тактико-технические характеристики разработанного изделия. Т а б л и ц а 1 – ТТХ образца мобильного терминала |