Моделирующий комплекс для проверки системы управления беспилотного летательного аппарата

Моделирующий комплекс для проверки системы управления беспилотного летательного аппарата

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к комплексным моделирующим устройствам, используемым при проектировании и испытаниях сложных систем управления беспилотными летательными аппаратами.

При проектировании и испытании сложных систем управления (СУ) беспилотными летательными аппаратами (БПЛА) широко применяются методы моделирования. Важной проблемой моделирования является обеспечение требуемой высокой точности, повышение достоверности проверки аппаратуры. Так как основным устройством, обеспечивающим требуемое качество СУ БПЛА, является устройство выработки сигналов управления (или автопилот), то первостепенной задачей моделирования является проверка его алгоритмов, логики работы и исследование влияния его настраиваемых параметров на работоспособность всей системы управления. Для достоверной проверки процессов, протекающих в аппаратуре СУ, моделирующие комплексы оснащаются специализированными устройствами, обеспечивающими управление по заданной программе и контроль функционирования в процессе проверок, сбор и обработку данных для принятия решений о работоспособности СУ БПЛА.

Известен моделирующий комплекс аналогичного назначения, содержащий реальную аппаратуру СУ БПЛА (радиолокационный визир, датчики углов и угловых скоростей, рулевые механизмы и устройство выработки сигналов управления), имитационную аппаратуру, устройства отображения информации, устройство управления и вычислители. Устройство управления обеспечивает задание программы моделирования, управление и контроль функционирования. Имитационная аппаратура позволяет воспроизводить воздействие внешней среды и радиообстановку. В вычислителях реализуются модели процесса управления, что обеспечивает замыкание модели [1, рис.10.1, с.293].

Недостатками известного моделирующего комплекса является избыточная сложность при проверке и отработке алгоритмов устройства выработки сигналов управления БПЛА, обусловленная использованием комбинации имитаторов и аппаратуры системы управления БПЛА, и, как следствие, невысокая точность и достоверность испытаний, а также отсутствие контроля и диагностики при проверке функционирования устройства выработки сигналов управления в процессе моделирования.

Наиболее близким по технической сущности аналогом, принятым в качестве прототипа предлагаемого изобретения, является система [2] для прогнозирования результатов натурных испытаний беспилотного летательного аппарата, которая содержит имитатор беспилотного летательного аппарата, имитаторы радиовысотомера, измерителей углов и угловых скоростей, измерителей линейных ускорений, рулевых механизмов, имитатор измерителя координат объекта наблюдения, а также устройство управления, в состав которого входят пульт управления, задатчик параметров объекта наблюдения и блок формирования серии пусков, устройство обработки результатов испытаний и индикатор. В имитаторе БПЛА и имитаторе измерителя координат объекта наблюдения по исходным данным вырабатываются сигналы о положении БПЛА и объекта наблюдения в пространстве, их относительных скоростях движения. В соответствии с получаемыми сигналами в имитаторе измерителя координат объекта наблюдения вырабатываются сигналы измеренных углов азимута и места цели объекта наблюдения, которые вместе с сигналами, получаемыми на выходах датчиков угловых скоростей, измерителей углов, линейных ускорений и имитатора радиовысотомера поступают в устройство выработки сигналов управления. В устройстве выработки сигналов управления вырабатываются сигналы управления силовыми приводами рулевых механизмов БПЛА, которые через имитатор рулевых механизмов поступают на соответствующие входы имитатора беспилотного летательного аппарата, замыкая контур управления исследуемой системы управления БПЛА. Система останавливается в момент встречи БПЛА и объекта наблюдения, в который вычислителем вероятности встречи и вычислителем оценок точности (промаха) определяются вероятность попадания летательного аппарата в цель (объект наблюдения), а также значения среднеквадратического отклонения, дисперсии и математического ожидания величины промаха, по которым делаются выводы о качестве СУ БПЛА.

Недостатком системы по прототипу является недостаточно высокая достоверность моделирования ввиду отсутствия в процессе проведения испытаний диагностики правильности работы устройства выработки сигналов управления БПЛА. Качество СУ БПЛА оценивается только по конечному результату (промаху), и не оцениваются промежуточные показатели функционирования устройства выработки сигналов управления БПЛА. Кроме этого, в системе по прототипу моделирование проводится раздельно в боковой и продольной плоскостях, что не соответствует штатному режиму функционирования устройства выработки сигналов управления и может приводить к ошибочным результатам проверки.

Техническим результатом изобретения является повышение достоверности моделирования СУ БПЛА за счет введения процедур контроля и диагностики аппаратуры комплекса в процессе моделирования, а также более полного приближения к реальным режимам работы СУ БПЛА.

Известно, что проверка системы управления БПЛА на моделирующем комплексе требует проведения большой программы испытаний. Основными критериями оценки качества аппаратуры СУ БПЛА являются точность наведения БПЛА на объект наблюдения и вероятность попадания, которые количественно оценивают по величине промаха или пролета. Величина пролета зависит как от многих случайных факторов, характеризующих работу СУ БПЛА, так и от настраиваемых параметров устройства выработки сигналов управления (автопилота). Поэтому для повышения достоверности проверки на моделирующем комплексе СУ БПЛА предлагается формировать такую временную последовательность команд управления моделирующим комплексом, по которым осуществляется пошаговый переход комплекса из одного состояния в другое, и анализировать правильность выполнения каждого шага.

В предлагаемом комплексе осуществляется проверка системы управления БПЛА с учетом воздействия на элементы системы как внешних возмущающих факторов, так и с учетом взаимного влияния (перекрестных связей) продольного и бокового каналов управления друг на друга, что обеспечивает функционирование основного управляющего прибора аппаратуры БПЛА - устройства выработки сигналов управления - в условиях, максимально приближенных к реальным.

Оценка точности СУ БПЛА осуществляется по величине промаха (пролета ЛА мимо объекта наблюдения) при многократном задании начальных условий и исходных данных с непрерывной пошаговой проверкой правильности выполнения операций.

Введение в моделирующий комплекс автоматизации контроля работы автопилота в различных режимах движения БПЛА позволяет значительно повысить достоверность результатов испытаний за счет увеличения объема испытаний и при этом сэкономить ресурс реальной аппаратуры (который обычно ограничен).

Сущность изобретения заключается в том, что моделирующий комплекс для проверки системы управления беспилотного летательного аппарата (БПЛА), содержащий устройство моделирования бокового движения БПЛА и устройство моделирования продольного движения БПЛА, входящие в состав имитатора БПЛА, имитатор рулевых механизмов, имитатор измерителя координат объекта наблюдения, имитатор датчиков угловых скоростей, имитатор измерителей углов, имитатор измерителей линейных ускорений, имитатор ветровых порывов, имитатор подстилающей поверхности, имитатор радиовысотомера, устройство выработки сигналов управления, блок контроля пролета, устройство обработки результатов испытаний, в состав которого входят счетчик конечного кода, вычислитель вероятности встречи и вычислитель оценок промаха, а также устройство управления испытаниями, в состав которого входят пульт управления, задатчик параметров объекта наблюдения и блок формирования серии пусков, при этом первый выход пульта управления соединен с входом запуска блока формирования серии пусков, выходы пульта управления, на которых формируются сигналы программных параметров траектории БПЛА, подключены к соответствующим входам устройства выработки сигналов управления, а выходы, на которых формируются сигналы начальной установки дальности и параметров относительного движения объекта наблюдения и БПЛА, - к соответствующим входам имитатора измерителя координат объекта наблюдения, выходы которого по сигналам измеренных углов места и азимута объекта наблюдения подключены к соответствующим входам устройства выработки сигналов управления, а выход по сигналу текущей дальности объекта наблюдения подключен к входу блока контроля пролета, выходы устройства моделирования продольного движения, на которых формируются сигналы скорости и угла наклона траектории БПЛА, соединены с соответствующими входами имитатора измерителя координат объекта наблюдения, выходы устройства моделирования бокового движения БПЛА, на которых формируются сигналы скоростей изменения углов крена и курса, и выход устройства моделирования продольного движения БПЛА, на котором формируется сигнал скорости изменения угла тангажа, подключены к соответствующим входам имитатора датчиков угловых скоростей, выходы устройства моделирования бокового движения, на которых формируются сигналы углов курса и крена, и выход устройства моделирования продольного движения, на котором формируется сигнал угла тангажа, соединены с входами имитатора измерителей углов, выходы устройств моделирования бокового и продольного движения БПЛА, на которых формируются сигналы соответствующих проекций линейных ускорений БПЛА в земной системе координат, соединены с входами имитатора измерителей линейных ускорений, выход устройства моделирования бокового движения БПЛА, на котором формируется сигнал бокового отклонения траектории БПЛА, соединен с соответствующими входами имитатора измерителя координат объекта наблюдения и устройства обработки результатов испытаний, выход устройства моделирования продольного движения БПЛА, на котором формируется сигнал высоты полета БПЛА, соединен с соответствующими входами имитатора измерителя координат объекта наблюдения, устройства обработки результатов испытаний и имитатора радиовысотомера, второй информационный вход которого соединен с выходом имитатора подстилающей поверхности, кроме этого, выходы устройства моделирования продольного движения БПЛА, на которых формируются сигналы угла атаки и угла тангажа, сигналы скорости и высоты полета БПЛА, а также его вход по сигналу угла крена БПЛА соединены с соответствующими входами и выходом устройства моделирования бокового движения БПЛА, выход имитатора ветровых порывов соединен с соответствующими входами устройств моделирования бокового и продольного движения БПЛА, выходы имитатора датчиков угловых скоростей, имитатора измерителей углов, имитатора измерителей линейных ускорений и имитатора радиовысотомера подключены к соответствующим входам устройства выработки сигналов управления, выходы которого по сигналам управления рулями высоты, направления и элеронами соединены с соответствующими входами имитатора рулевых механизмов, выход имитатора рулевых механизмов, на котором формируется сигнал угла закладки руля высоты, соединен с соответствующим входом устройства моделирования продольного движения БПЛА, а выходы, на которых формируются сигналы углов закладки руля направления и элеронов, - с соответствующими входами устройства моделирования бокового движения БПЛА, выход блока контроля пролета, на котором формируется сигнал окончания пуска, соединен с соответствующими входами устройства обработки результатов испытаний и блока формирования серии пусков, входы которых по сигналу количества пусков в серии соединены с соответствующим выходом задатчика параметров объекта наблюдения, а выходы задатчика параметров объекта наблюдения, на которых формируются сигнал высоты радиолокационного центра отражения объекта наблюдения и сигналы размеров объекта наблюдения, соединены с соответствующими входами устройства обработки результатов испытаний, дополнительно содержит устройство регистрации информации, блок задания режимов, введенный в состав устройства управления испытаниями, вычислитель коэффициентов перекрестных связей, введенный в состав имитатора БПЛА, а также вычислитель оценок бокового промаха и индикатор, введенные в состав устройства обработки результатов испытаний, в котором вычислитель оценок промаха является вычислителем оценок вертикального промаха, при этом выходы вычислителя коэффициентов перекрестных подключены к соответствующим входам устройства моделирования бокового движения и устройства моделирования продольного движения БПЛА, а его входы соединены с выходами устройства моделирования бокового движения БПЛА, на которых формируются сигналы углов скольжения и крена и с выходами устройства моделирования продольного движения, на которых формируются сигналы углов атаки и тангажа, сигналы скорости и высоты полета БПЛА и сигнал скорости изменения угла тангажа, входы устройства регистрации информации соединены с выходами сигналов углов закладки рулей направления, высоты и элеронов имитатора рулевых механизмов, а также с выходом сигнала бокового отклонения траектории БПЛА устройства моделирования бокового движения БПЛА и с выходом сигнала высоты полета БПЛА устройства моделирования продольного движения БПЛА, блок задания режимов содержит задатчик циклограммы и такта вычислительных операций, три блока согласования и таймер, первый вход которого подключен к выходу блока формирования серии пусков, второй вход соединен с выходом сигналов задания циклограммы задатчика циклограммы и такта вычислительных операций, а третий вход, соединенный со вторыми входами блоков согласования, подключен к выходу тактовых сигналов задатчика циклограммы и такта вычислительных операций, первый выход таймера через первый блок согласования соединен с управляющими входами устройств моделирования бокового и продольного движения БПЛА, вычислителя коэффициентов перекрестных связей и имитатора измерителя координат объекта наблюдения, ко второму, третьему и шестому выходам таймера подключены соответственно управляющие входы имитатора ветровых порывов, имитатора подстилающей поверхности и устройства выработки сигналов управления, четвертый выход таймера через второй блок согласования соединен с управляющими входами имитатора радиовысотомера, имитатора датчиков угловых скоростей, имитатора измерителей углов и имитатора измерителей линейных ускорений, а его пятый выход через третий блок согласования соединен с управляющим входом имитатора рулевых механизмов, кроме этого, вход устройства обработки результатов испытаний, на который поступает сигнал окончания пуска, является управляющим входом счетчика конечного кода, а вход по сигналу количества пусков в серии соединен со счетным входом счетчика конечного кода и с первыми входами вычислителей оценок бокового и вертикального промаха и вычислителя вероятности встречи, вторые входы которых подключены к выходу счетчика конечного кода, третьи входы вычислителя оценок бокового промаха и вычислителя вероятности встречи образуют вход устройства обработки результатов испытаний, на который поступает сигнал бокового отклонения траектории БПЛА, третий вход вычислителя оценок вертикального промаха и четвертый вход вычислителя вероятности встречи образуют вход устройства обработки результатов испытаний, на который поступает сигнал высоты полета БПЛА, четвертый вход вычислителя оценок вертикального промаха образует вход устройства обработки результатов испытаний, на который поступает сигнал высоты радиолокационного центра отражения объекта наблюдения, входы с пятого по восьмой вычислителя вероятности встречи образуют входы устройства обработки результатов испытаний, на которые поступают сигналы размеров объекта наблюдения, а выход вычислителя вероятности встречи и выходы вычислителей оценок бокового и вертикального промаха подключены к индикатору.

Благодаря введению в предлагаемый моделирующий комплекс блока задания режимов, более информативного устройства регистрации и индикатора, наглядно отображающего ошибки параллельно работающих каналов моделирования продольного и бокового движения БПЛА, обеспечивается более полный контроль и диагностика протекания процессов проверок СУ БПЛА.

Введение в имитатор БПЛА вычислительных блоков, обеспечивающих вычисление поправок, учитывающих перекрестные связи между устройствами моделирования продольного и бокового движения летательного аппарата, позволяет максимально приблизить условия испытания системы управления к реальным и моделировать пространственное движение БПЛА в условиях воздействия таких возмущений, как ветер и подстилающая поверхность, что особенно актуально при исследовании режимов полета ЛА на малой высоте, что повышает достоверность проверки СУ БПЛА.

Сущность изобретения поясняется дальнейшим описанием и чертежами, на которых представлены:

фиг.1 - структурно-функциональная схема моделирующего комплекса;

фиг.2 - структурно-функциональная схема имитатора измерителя координат объекта наблюдения;

фиг.3 - структурно-функциональная схема имитатора летательного аппарата;

фиг.4 - структурно-функциональная схема устройства обработки результатов испытаний;

фиг.5 - структурно-функциональная схема вычислителей оценок бокового и вертикального промаха;

фиг.6 - структурно-функциональная схема вычислителя вероятности встречи;

фиг.7 - структурно-функциональная схема блока задания режимов;

фиг.8 - структурно-функциональная схема устройства управления испытаниями;

фиг.9 - структурно-функциональная схема устройства выработки сигналов управления;

фиг.10 - структурно-функциональная схема пульта управления.

На фиг.1 структурно-функциональной схемы моделирующего комплекса обозначены:

1 - имитатор измерителя координат объекта наблюдения;

2 - имитатор беспилотного летательного аппарата;

3 - блок контроля пролета;

4 - устройство регистрации информации;

5 - устройство обработки результатов испытаний;

6 - блок задания режимов;

7 - устройство управления испытаниями;

8 - блок формирования серии пусков;

9 - задатчик параметров объекта наблюдения;

10 - пульт управления;

11 - имитатор ветровых порывов;

12 - имитатор радиовысотомера;

13 - имитатор подстилающей поверхности;

14 - имитатор рулевых механизмов;

15 - имитатор датчиков угловых скоростей;

16 - имитатор измерителя углов;

17 - имитатор измерителя линейных ускорений;

18 - устройство выработки сигналов управления.

Согласно фиг.1 в состав устройства 7 управления испытаниями входят блок 6 задания режимов, блок 8 формирования серии пусков, задатчик 9 параметров объекта наблюдения и пульт 10 управления.

Первый выход пульта 10 управления, на котором формируется сигнал запуска комплекса, соединен с третьим входом (запуска) блока 8 формирования серии пусков, первый вход которого, соединенный с первым входом устройства 5 обработки результатов испытаний, соединен с выходом блока 3 контроля пролета, на котором формируется сигнал окончания пуска, выход блока 8 формирования серии пусков соединен с входом блока 6 задания режимов, второй его вход, соединенный с четвертым входом устройства 5 обработки результатов испытаний, подключен к первому выходу задатчика 9 параметров объекта наблюдения, на котором формируется сигнал количества пусков в серии пусков,а второй выход и выходы с третьего по пятый задатчика 9 параметров объекта наблюдения, на которых формируется сигнал высоты радиолокационного центра отражения объекта наблюдения и сигналы размеров объекта наблюдения, соединены с пятым входом и входами с шестого по девятый устройства 5 обработки результатов испытаний.

Первый выход блока 5 задания режимов соединен с управляющими (первыми) входами имитатора 1 измерителя координат объекта наблюдения и имитатора 2 беспилотного летательного аппарата, второй и третий выходы соединены с управляющими входами имитатора 11 ветровых порывов и имитатора 13 подстилающей поверхности, выход которого подключен ко второму информационному входу имитатора 12 радиовысотомера. Пятый и шестой выходы блока 6 задания режимов соединены соответственно с четвертым (управляющим) входом имитатора 14 рулевых механизмов и двенадцатым (управляющим) входом устройства 18 выработки сигналов управления, а четвертый выход соединен с управляющим (третьим) входом имитатора 12 радиовысотомера и с управляющими входами имитатора 15 датчиков угловых скоростей, имитатора 16 измерителей углов и имитатора измерителей линейных ускорений.

Выходы со второго по пятый пульта 10 управления, на которых формируются сигналы начальной установки дальности объекта наблюдения и параметров относительного движения объекта наблюдения и БПЛА, соединены с входами со второго по пятый имитатора 1 измерителя координат объекта наблюдения, а выходы с шестого по одиннадцатый пульта 10 управления, на которых формируются сигналы программных параметров траектории БПЛА, соединены с входами с тринадцатого по восемнадцатый устройства 18 выработки сигналов управления.

К первому, второму и третьему входам устройства 18 выработки сигналов управления подключены выходы имитатора 16 измерителей углов, к третьему, четвертому и пятому входам подключены выходы имитатора 15 датчиков угловых скоростей, к седьмому и восьмому входам подключены первый и второй выходы имитатора 1 измерителя координат объекта наблюдения, на которых формируются сигналы измеренных угла азимута Ψ_A и угла места υ_A объекта наблюдения, к девятому и десятому входам подключены выходы имитатора 17 измерителей линейных ускорений, а к одиннадцатому входу подключен выход имитатора 12 радиовысотомера.

Выходы устройства 18 выработки сигналов управления, на которых формируются сигналы σ_В, σ_Н, σ_Э управления рулями высоты, направления и элеронами, соединены с первым, вторым и третьим входами имитатора 14 рулевых механизмов, а первый, второй и третий выходы последнего, на которых формируются сигналы δ_В, δ_Н, δ_Э углов закладки рулей высоты, направления и элеронов, соединены соответственно с третьими, четвертыми и пятыми входами устройства 4 регистрации информации и имитатора 2 БПЛА, второй вход которого подключен к выходу имитатора 11 ветровых порывов.

Первый, второй и третий выходы имитатора 2 БПЛА, на которых формируются сигналы ω_X, ω_Y, ω_Z скоростей изменения углов курса, крена и тангажа БПЛА, соединены с входами имитатора 15 датчиков угловых скоростей, четвертый, пятый и шестой выходы, на которых формируются сигналы ψ, γ и ν углов курса, крена и тангажа БПЛА, соединены с входами имитатора 16 измерителей углов, девятый и десятый выходы, на которых формируются сигналы скорости V и угла θ наклона траектории БПЛА, соединены с шестым и седьмым входами имитатора 1 измерителя координат объекта наблюдения, а одиннадцатый и двенадцатый выходы, на которых формируются сигналы a_Y и a_Z линейных ускорений БПЛА в земной системе координат, соединены с входами имитатора 17 измерителей линейных ускорений.

Седьмой выход имитатора 2 БПЛА, на котором формируется сигнал Yg высоты полета БПЛА, соединен со вторым входом устройства 4 регистрации информации, третьим входом устройства 5 обработки результатов испытаний, первым информационным входом имитатора 12 радиовысотомера и с девятым входом имитатора 1 измерителя координат объекта наблюдения, третий выход которого по сигналу D дальности объекта наблюдения соединен с входом блока 3 контроля пролета, а восьмой вход, соединенный с первым входом устройства 4 регистрации информации и со вторым входом устройства 5 обработки результатов испытаний, подключен к восьмому выходу имитатора 2 БПЛА, на котором формируется сигнал Zg бокового отклонения траектории БПЛА.

Имитатор 1 измерителя координат объекта наблюдения предназначен для моделирования и выработки сигналов углового положения объекта наблюдения относительно строительной оси БПЛА: - ϑ_A - измеренного угла места, Ψ_A - измеренного угла азимута, которые в реальной аппаратуре вырабатываются радиолокационным визиром системы управления ЛА.

Алгоритм работы имитатора 1 измерителя координат объекта наблюдения описывается известной системой уравнений [3, 6]:

где D - текущее расстояние (дальность) до объекта наблюдения; V - скорость полета БПЛА; z_g и y_g - координаты БПЛА (боковое отклонение и высота полета) в нормальной земной системе координат; Θ - угол наклона траектории; q - задаваемый курсовой угол БПЛА; D_Ц, V_ц к q_ц - задаваемые параметры движения объекта наблюдения (дальность, скорость, курсовой угол); Ψ_A=φ_ц и ϑ_A=ε_ц - углы визирования объекта наблюдения по азимуту и углу места.

Структурная схема имитатора 1 измерителя координат объекта наблюдения, реализующего указанный алгоритм, представлена на фиг.2, где обозначено:

19 - таймер,

20, 21 - вычислители функции Cos,

22 - умножитель,

23 - вычислитель функции Cos,

24, 25 - умножители,

26 - делитель,

27 - сумматор,

28 - делитель,

29 - интегратор,

30, 31 - вычислители функции Sin,

32 - блок памяти.

Первым (управляющим) входом имитатора 1 измерителя координат объекта наблюдения является вход таймера 19, первый и второй выходы которого подключены к первым и вторым входам всех вычислительных блоков 20,…, 32 имитатора 1 измерителя координат объекта наблюдения, как показано на фиг.2.

Вторым входом имитатора 1 (по сигналу задаваемой дальности объекта наблюдения - D_Ц) является третий вход блока 32 памяти, выход которого является третьим выходом имитатора 1 измерителя координат объекта наблюдения, на котором формируется сигнал текущей дальности D объекта наблюдения. Четвертый вход блока 32 памяти, соединенный с четвертым входом делителя 26 и третьим входом делителя 28, подключен к выходу интегратора 29, третий вход которого подключен к выходу сумматора 27.

Третий вход сумматора 27 соединен с выходом умножителя 24, третий вход которого подключен к шестому входу имитатора 1 (по сигналу скорости полета летательного аппарата - V). Четвертый вход сумматора 27 соединен с выходом умножителя 22, третий вход которого подключен к третьему входу имитатора 1 (по сигналу задаваемой скорости объекта наблюдения - V_Ц).

Седьмой и пятый входы имитатора 1 измерителя координат объекта наблюдения (по сигналам угла наклона траектории - θ и задаваемого курсового угла q БПЛА) через вычислители 20 и 21 функции Cos соединены с третьим и четвертым входами умножителя 25, а четвертый вход имитатора 1 (по сигналу q_ц задаваемого курсового угла объекта наблюдения) подключен к третьему входу вычислителя 23 функции Cos, выход которого соединен с четвертым входом умножителя 22.

Восьмой и девятый входы имитатора 1 (по сигналам Zg и Yg) через делители 26 и 28 подключены к третьим входам вычислителей 31 и 30 функции Sin, выходы которых являются первым и вторым выходами имитатора 1, на которых формируются сигналы Ψ_A, ϑ_A углов визирования объекта наблюдения по азимуту и углу места.

Имитатор 2 беспилотного летательного аппарата предназначен для выработки информации о моделируемом положении БПЛА в пространстве, его углах атаки и скольжения, угловых и линейных скоростях.

Известно [3, с.403-404, 473-474, 4], что для большинства беспилотных летательных аппаратов система дифференциальных уравнений, описывающих возмущенное движение, распадается на две группы уравнений, одна из которых описывает изменение параметров продольного движения, а другая - бокового движения, между которыми действуют перекрестные связи.

Эта особенность учитывается и при построении имитатора БПЛА, что позволяет существенно упростить его реализацию.

Согласно фиг.2 структурно-функциональной схемы имитатора 2 БПЛА в его состав входят устройство 33 моделирования бокового движения БПЛА, устройство 34 моделирования продольного движения БПЛА и вычислитель 35 коэффициентов перекрестных связей.

Алгоритм работы устройства 33 моделирования бокового движения летательного аппарата описывается следующей системой уравнений:

где l - характерный размер;

ψ, γ, ϑ - углы курса, крена и тангажа БПЛА;

, , C_za, m_x, m_y - аэродинамические характеристики БПЛА;

ω_x, ω_y, ω_y - угловые скорости БПЛА;

J_x, J_y, J_xy - главные и центробежный моменты;

β, β_w - угол скольжения и составляющая угла скольжения от боковых порывов ветра;

a _z - ускорение;

α - угол атаки;

δ_Н, δ_В, δ_Э - углы закладки рулей направления, высоты и элеронов;

a(y_g,T(y_g) и ρ(y_g,T(y_g), ρ) - скорость звука и плотность воздуха, зависящие от распределения температуры воздуха по высоте и давления в точке местонахождения БПЛА;

S - характерная площадь;

b_A - средняя аэродинамическая хорда;

g - ускорение свободного падения;

m - масса БПЛА;

ρ(y_g,V) и m_сек(y_g,V) - высотно-скоростная и дроссельная характеристики маршевого двигателя;

,

,

,

Ρ_1nc и Ρ_2nc - поправки, учитывающие взаимное влияние продольного и бокового каналов управления.

Устройство 33 моделирования бокового движения БПЛА, в котором программно или аппаратно (с использованием умножителей, делителей, сумматоров, квадраторов, интеграторов и т.п.) производится вычисление вышеуказанных зависимостей, состоит из трех функциональных узлов, а именно:

- вычислитель 36 параметров траектории БПЛА, в котором реализуются соотношения (2.1), (2.2), (2.8) и производится определение значения угла скольжения β (с поправкой, учитывающей порывы ветра) и значения линейного ускорения a _z,

- вычислитель 37 угловых скоростей БПЛА, в котором реализуются соотношения (2.3), (2.4), (2.5), (2.6), (2.7) и производится определение значений скорости изменения углов крена ω_X и курса ω_Y;

- вычислитель 38 кинематических соотношений и преобразования координат, в котором реализуются соотношения (2.9), (2. 10), (2.12) и производится определение значений бокового отклонения Zg, и углов ψ, γ курса и крена БПЛА.

Алгоритм работы устройства 34 моделирования продольного движения летательного аппарата может быть описан следующей системой уравнений:

где α_w - составляющая угла атаки от вертикальных порывов ветра;

a _x и a _y - ускорения;

C_xa, C_ya, m_z - аэродинамические характеристики БПЛА;

g - ускорение свободного падения;

J_z - момент инерции ЛА;

H - высота, измеряемая радиовысотомером;

y_м - текущая высота подстилающей поверхности под ЛА;

Ρ_3n.c., Ρ_4n.c. - поправки, учитывающие взаимное влияние продольного и бокового каналов управления.

Устройство 34 моделирования продольного движения БПЛА, программно или аппаратно реализующее указанные соотношения, состоит из вычислителя 39 параметров траектории БПЛА, в котором производится определение значений угла наклона траектории θ (соотношение 3.2), высоты полета Yg (соотношение 3.9) и угла атаки α (соотношение 3.11), и вычислителя 40 параметров движения БПЛА, в котором производится определение значений высоты полета V, линейных ускорений a _X и a _Y, угла тангажа υ и скорости изменения угла тангажа ω_Z (соотношения (3.1, 3.3, 3.4, 3.5, 3.8, 3.11)).

Вычислитель 35 коэффициентов перекрестных связей, который также может быть реализован программно или аппаратно, определяет значения величин поправок Ρ_1n.c, Ρ_2n.c (соотношения 2.12,2.14) и Ρ_3n.c, Ρ_4n.c (соотношения 3.12, 3.13).

При этом, как показано на фиг.3, к первому входу имитатора 2 БПЛА, на который поступает сигнал запуска из блока 6 задания режимов, подключены входы таймеров, входящих в состав вычислительных блоков 35,…, 40 и задающих логико-временные зависимости производимых вычислительных операций.

Ко второму входу имитатора 2, на который из имитатора 11 ветровых порывов поступает значение сигнала ветровых порывов W, подключены соответствующие входы вычислителя 36 параметров траектории устройства 33 моделирования бокового движения и вычислителя 40 параметров движения БПЛА устройства 34 моделирования параметров продольного движения БПЛА.

Третий вход имитатора 2 образован соответствующим входом вычислителя 40 параметров движения БПЛА по сигналу угла закладки руля высоты δ_В, к четвертому входу имитатора 2, на который поступает сигнал угла закладки руля направления δ_Н, подключены соответствующие входы вычислителя 36 параметров траектории БПЛА и вычислителя 38 кинематических соотношений, а к пятому входу, на который поступает сигнал угла закладки элеронов δ_Э, подключен соответствующий вход вычислителя 37 угловых скоростей БПЛА.

Выходы вычислителя 35 коэффициентов перекрестных связей, на которых формируются значения поправок Ρ_1n.c, Ρ_2n.c, соединены с соответствующими входами вычислителя 38 кинематических соотношений устройства 33 моделирования бокового движения, а выходы, на которых формируются значения поправок Ρ_3n.c, Ρ_4n.c., соединены с входами вычислителя 40 параметров движения устройства 34 моделирования продольного движения.

К выходу вычислителя 39 параметров траектории БПЛА устройства 34 моделирования продольного движения БПЛА, на котором формируется значение угла атаки α, подключены соответствующие входы вычислителя 35 коэффициентов перекрестных связей, а также вычислителя 36 параметров траектории и вычислителя 37 угловых скоростей, входящих в состав устройства 33 моделирования бокового движения БПЛА. Выход вычислителя 39, на котором формируется значение угла наклона траектории θ БПЛА, образует десятый выход имитатора 2 БПЛА, а его выход, на котором формируется значение высоты полета Yg, образует седьмой выход имитатора 2 БПЛА и, кроме этого, соединен с соответствующими входами вычислителя 35 коэффициентов пере