ПРИКЛАДНЫЕ МЕТОДИКИ ВНЕШНЕГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ МАНЕВРЕННЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ И СИНТЕЗА ИХ АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ

© М.А.Киселев, М.А.Котов, М.В.Трофимчук, С.В.Филимонов
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Авиация и воздухоплавание"
2011 г.

Определяющее влияние на развитие маневренных летательных аппаратов (ЛА) и организацию их применения в наиболее развитых странах мира оказывает формирующаяся в настоящее время глобальная система управления разнородными силами и средствами, обеспечивающая быстрый выбор способа и средств решения внезапно возникающих задач. Поскольку авиация является наиболее универсальным и мобильным средством для решения критических по времени задач практически на любом удалении, то в указанной системе управления, называемой сетецентрической, именно авиации отводится решающая роль в «молниеносных» конфликтах будущего. Для полноценного участия в сетецентрических операциях ЛА должен отвечать жестким требованиям по мобильности, оперативности реагирования, многофункциональности применения, а его бортовой комплекс должен обеспечивать встраивание ЛА в единую систему управления. Не случайно при принятии решения о приобретении новых боевых самолетов страны-покупатели все большее внимание акцентируют на системе, обеспечивающей применение новой техники.

Очевидно, что для успешного решения внезапно возникшей задачи ЛА должен обладать возможностями оперативного, то есть в масштабе реального времени синтеза управления обеспечивающего выполнение поставленной задачи одиночно или в составе группы. Решение подобных задач осложняется громоздкостью динамической системы, описывающей движение ЛА большим количеством критериев (показателей) эффективности различных маневров, их кратковременностью, а также ограниченной информативностью и точностью бортовых измерительных систем. Перечисленные особенности определили отсутствие на борту самолетов 4-го поколения систем синтеза управления маневрами и их автоматической реализации. При проектировании 5-го поколения реактивных маневренных ЛА необходимость создания не просто ЛА, а элемента большой системы, впервые за всю историю авиации вывела вопросы информационного и алгоритмического обеспечения или, другими словами, вопросы «интеллектуализации борта» на один уровень с вопросами достижения высоких летно-технических характеристик. Появление же следующего, 6-го поколения ЛА, которое, как прогнозируется, будет беспилотным, в принципе невозможно без достижения такого уровня интеллекта борта и сетецентрической системы управления, которые обеспечили бы автоматическое применение маневренных ЛА.

Очевидно, что эффективность автоматического маневренного ЛА будет определяться в значительной мере эффективностью алгоритмов автоматического управления им и тем больше, чем выше будет степень его автономности. В то же время, оптимальные алгоритмы управления можно синтезировать, только опираясь на характеристики объекта управления. Поэтому формирование облика (внешнее проектирование) таких ЛА и синтез алгоритмов управления ими должны происходить параллельно и взаимоувязано. В последние годы развитие методологии внешнего проектирования связано с расширением набора исследуемых при проектировании параметров, учетом новых особенностей, существенно влияющих на облик летательного аппарата. В этом смысле к особенностям автоматического маневренного ЛА, существенно влияющим на его облик, относятся:

- расширение области изменения возможных значений проектных параметров в силу отсутствия человека на борту и связанных с этим ограничений;

- необходимость решения, одновременно с задачей проектирования самолета, задачи синтеза алгоритмов управления им.

В этой связи возникает принципиально новая проблема — совместное и взаимоувязанное решение задач проектирования ЛА и синтеза алгоритмов управления им с целью достижения заданной эффективности ЛА. В работе раскрывается суть основных прикладных методик, необходимых для решения указанной проблемы, а именно методик:

– синтеза основных технических параметров;

– синтеза алгоритмов автоматического управления;

– моделирования функционирования;

– оценки эффективности;

– многопараметрической оптимизации.

Отличительными особенностями обозначенных методик являются:

– использование в качестве исходных данных наиболее общих показателей, характеризующих уровень развития науки и техники;

– использование при проектировании ЛА уравнения существования и метода обобщенных моделей свойств самолета;

– осуществление синтеза управления на основе решения задач оптимального управления и опыта практического применения ЛА аналогичного назначения. В качестве базового инструмента для решения задач оптимального управления используются модификации прямого вариационного метода типа Ритца-Галеркина. Возможность синтеза управления в режиме реального времени обеспечивается использованием заранее рассчитанной бортовой базы маневров;

– оценка эффективности ЛА выполняется на основе моделирования его функционирования при решении типовых задач с максимальным воспроизводством возможного многообразия начальных условий;

– многопараметрическая оптимизация при синтезе управления производится с использованием статистической модели целевой функции.