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.

Капитан 2 ранга В. Евграфов к т н

В широком смысле под радиоэлектронной борьбой (РЭБ) в ведущих зарубежных странах понимается использование всех участков электромагнитного спектра в целях повышения эффективности боевого применения своих сил и средств, а также снижения возможностей противника в управлении его силами и средствами. Радиоэлектронная борьба рассматривается военным руководством ВС развитых иностранных государств как неотъемлемая часть ведения боевых действий. Мероприятия РЭБ носят оборонительный, наступательный и обеспечивающий характер и проводятся как при вооруженном противоборстве, так и в ходе операций, не связанных с ведением боевых действий.

Исходя из своего функционального предназначения и решаемых задач, системы и средства РЭБ подразделяются на три большие группы:
- системы и средства радиоэлектронного подавления (радиоэлектронной атаки);
- системы и средства радиоэлектронной защиты;
- системы и средства радиоэлектронного обеспечения.

В настоящей статье будут рассматриваться системы и средства радиоэлектронного подавления (РЭП) и радиоэлектронного обеспечения (РЭО).
Под РЭП подразумеваются мероприятия, включающие использование специальных систем и средств, в том числе энергетического оружия направленного действия и противорадиолокационных ракет, для воздействия на личный состав, вооружение и военную технику противника. По эффективности применения мероприятия РЭП могут сравниваться с огневым воздействием.

РЭО предполагает проведение мероприятий разведывательного характера с целью обнаружения, перехвата, идентификации преднамеренных и непреднамеренных сигналов радиоэлектронных систем (РЭС) противника, определения местоположения их источников для своевременного вскрытия угрозы, принятия мер по противодействию, а также для дальнейшего использования в процессе планирования боевых действий. Основная часть задач по ведению РЭБ в ВС иностранных государств возлагается на системы и средства воздушного базирования, при этом беспилотные летательные аппараты (БЛА) обладают рядом преимуществ перед пилотируемыми средствами, в первую очередь - это отсутствие риска для человека. Кроме того, при создании БЛА проще использовать технологии обеспечения малой заметности, что позволяет им приближаться к цели на более близкое расстояние и находиться в заданном районе требуемое время. Близость к объекту РЭП, в свою очередь, снижает энергетические затраты на постановку помех, а также обеспечивает перехват маломощных сигналов, излучаемых интересующими объектами, при ведении радио- и радиотехнической разведки (РРТР).

В настоящее время беспилотные летательные аппараты применяются преимущественно для ведения разведки, наблюдения и организации связи. На стратегическом уровне управления основной функцией БЛА может быть РРТР, в ходе которой они должны осуществлять перехват сигналов, их анализ и формирование карты радиоэлектронной обстановки. Одновременно происходит пополнение баз данных/библиотек РЭС, расположенных в районе патрулирования. На оперативном уровне решаются задачи по ведению разведки, в том числе видовой, формированию целеуказаний системам оружия и выполнению радиоэлектронных атак на РЭС противника. На тактическом уровне с помощью систем и средств РРТР могут собирать и передавать пользователям критически важные данные о радиоэлектронной обстановке и формировать целеуказания на их подавление в соответствии с замыслом командования. В перспективе размещенные на БЛА системы и средства РЭБ должны получить наибольшее распространение именно на тактическом уровне, где они могут применяться с максимальной эффективностью, дополняя возможности систем и средств видовой разведки и РЭП, более удаленных от цели.

В настоящее время разработкой и производством более чем 250 БЛА различных типов и назначения занимаются 49 государств. На текущий момент указанный сектор авиакосмического бизнеса может рассматриваться как один из наиболее динамично развивающихся. Лидером в данной области являются США (рис. 1).

Все существующие и разрабатываемые БЛА подразделяются на три основных класса: стратегические, тактические и специального назначения. В каждом классе существует более детальная градация: по размеру, дальности действия, продолжительности и высоте полета, а также по характеру использования (табл. 1).

Применительно к малым БЛА оборудование РЭБ для постановки помех может размещаться на отдельных образцах при решении специальных задач. Аппаратуру радиоэлектронной защиты устанавливать на них считается нецелесообразным из-за небольших размеров и сравнительно низкой стоимости аппаратов. Наиболее перспективными с точки зрения оснащения системами и средствами РЭБ считаются средние БЛА. Сравнительно небольшие размеры и высокая маневренность наряду с достаточной грузоподъемностью делают их эффективными средствами для проникновения в защищенные районы и проведения радиоэлектронных атак на РЭС противника. При этом для повышения степени живучести они могут оборудоваться и средствами индивидуальной радиоэлектронной защиты. На больших БЛА из-за их высокой стоимости считается целесообразным устанавливать средства индивидуальной радиоэлектронной защиты, причем в ряде случаев постановка помех может осуществляться такими аппаратами из относительно безопасных районов.

Отдельное место занимают маневрирующие автономные ложные воздушные цели (АЛВЦ). Они представляют собой ЛА, отображающие на экране РЛС метку, идентичную отметке атакующего самолета. Корпус АЛВЦ выполнен из композиционных материалов. В ее состав входит миниатюрная станция РЭП, генерирующая сигналы помех РЛС противника, а также затрудняющая захват и сопровождение атакующих самолетов. Маневрирующие АЛВЦ в перспективе должны найти широкое применение (табл. 3).

Появление значительного количества различных БЛА, начиная от микро-БЛА и заканчивая стратегическими аппаратами типа «Глобал Хок», стимулирует разработку новых радиоэлектронных систем и средств. К числу ведущих государств, производящих оборудование РЭБ для размещения на борту БЛА, относятся США и Израиль, а также Франция и ФРГ, выпускающие образцы, сравнимые с аналогами первых двух стран. Многие государства пока не проявляют высокой активности, находясь в состоянии ожидания, когда окончательно закончится формирование ключевых направлений развития рынка радиоэлектронных систем и средств для БЛА.

Основные ограничения при разработке систем и средств РЭБ - их размер, масса и потребляемая мощность. Поскольку оборудование РЭБ с жидкостным охлаждением требует дополнительного пространства и увеличивает массу, то для БЛА в настоящее время разрабатывается преимущественно оборудование с воздушным охлаждением. Тем не менее продолжается исследование возможности применения на этих аппаратах систем с жидкостным охлаждением. В частности, на стратегическом БЛА «Глобал Хок» модификации Block 30 проводятся испытания перспективной системы РРТР ASIP с жидкостным охлаждением. Запланировано приобретение 24 таких систем с развертыванием их в 2012 году.

Таблица 1 Классификация БЛА
Категория БЛА Радиус действия, км Практический потолок, м Продолжительность полета, ч Максимальная взлетная масса, кг Статус
Тактические БЛА
Микро-БЛА (Micro) <10 250 1 <5 Существуют
Мини-БЛА (Mini) <10 150** -300* <2 < 30 (150**) Существуют
Ближнего действия (CR) 10-30 3000 2-4 150 Существуют
Малой дальности (SR) 30-70 3000 3-6 200 Существуют
Средней дальности (MR) 70-200 5 000 6-10 1250 Существуют
Средней дальности и большой продолжительности полета (MRE) >500 8 000 10-18 1250 Существуют
Низковысотные глубинного проникновения (LADP) >250 50-9 000 0,5-1 350 Существуют
Низковысотные большой продолжительности полета (LALE) >500 3 000 >24 <30 Существуют
Средневысотные большой продолжительности полета (MALE) >500 14000 24-48 1500 Существуют

Стратегические БЛА
Высотные большой продолжительности полета (HALE) >2000 20 000 24-48 12 000 Существуют

БЛА специального назначения
Боевые (UCAV) ~1500 10000 ~2 (патрул.) 10 000 Существуют
Боевые одноразового применения (LETH) 300 4000 3-4 250 Существуют
Ложные цели (DEC) До 500 5 000 <4 250 Существуют
Стратосферные (STRATO) >2000 20000-30000 >48 Нет данных В разработке
Экзостратосферные (ЕХО) Нет данных >30000 Нет данных Нет данных В разработке
Космические (SPACE) Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных В разработке
* Согласно классификации ВС США. ** Для японских БЛА.
Исходя из значений максимальной взлетной массы БЛА можно условно разделить на малые, средние и большие. К малым относятся БЛА с максимальной взлетной массой до 250 кг, к средним - от 250 до 2 300 кг, к большим - свыше 2 300 кг ().

Большое влияние на перспективы использования БЛА для ведения РЭБ оказывает такой показатель, как «стоимость/эффективность». Оборудование РЭБ сравнительно дорогое. Поскольку аппараты должны часто выполнять свои функции в условиях повышенного риска, то все фирмы работают над снижением стоимости оборудования. Стоимость жизненного цикла может в итоге оказаться решающим фактором, определяющим перечень компаний, которые останутся на мировом рынке радиоэлектронного оборудования БЛА.

Большое значение придается скорости обмена данными между наземной станцией и БЛА, а также вопросам включения последних в состав единой информационной сети (рис. 2). Обычно оборудование связи создается применительно к конкретной платформе. Но с учетом принципа универсальности применения проводятся исследования, которые направлены на создание единого связного оборудования, выполненного с соблюдением принципов модульности и оперативного подключения «плаг-энд-плэй».

Конечной целью является формирование структуры, где взаимодействие осуществлялось бы не на уровне БЛА, а непосредственно на уровне систем и средств РЭБ, размещенных на нескольких носителях. При этом возможности аппаратов должны быть доступны как пользователям различных видов ВС одного государства, так и союзникам в составе объединенных сил с соответствующими разграничениями.

Ключевым свойством БЛА, определяющим его как отдельный вид ВВТ, является автономность. В настоящее время достижения в области вычислительной техники позволяют этим аппаратам решать поставленные перед ними задачи при минимальном вмешательстве человека.

Вычислительные средства, используемые на БЛА, предназначены в первую очередь для выполнения следующих функций:
- анализ перехваченных сигналов по многочисленным параметрам (частота, направление на источник сигнала, время регистрации сигнала и т. д.);
- преобразование и сортировка перехваченных сигналов для оценки радиоэлектронной обстановки, группирование сигналов и запись их в запоминающие устройства;
- идентификация, в основу которой положено использование баз данных со стандартной структурой, разработанной для использования в системах РЭБ.
В данных областях большой объем работ кроме США проводится в Великобритании и Франции.

Рис. 2. Концептуальная схема включения БЛА в состав глобальной информационной сети
Рис. 3. Динамика развития производительности вычислительных устройств (а) и соотношение производительности процессоров и емкости ЗУ (б)

По расчетам зарубежных экспертов, если ставить целью создание автономного БЛА с такими же возможностями по оценке обстановки и принятию решений, как у человека, то производительность его вычислительного устройства должна быть не менее 10й опер./с, а емкость запоминающего устройства - 108 Мбайт. На рис. 3 приведены графики, отражающие прогресс в развитии вычислительных и запоминающих устройств, которые могут быть использованы в составе радиоэлектронного вооружения аппарата.

В соответствии с прогнозами для больших вычислительных систем уровень человека по скорости обработки данных и емкости запоминающих устройств может быть достигнут приблизительно к 2015 году. При этом следует отметить, что стоимость такого суперкомпьютера в указанный момент времени будет очень высокой. Согласно оценкам зарубежных специалистов, к 2030 году стоимость процессора производительностью 108 млн опер./с составит около 10 тыс. долларов. Что касается малогабаритных вычислительных устройств, а именно такие и требуются для БЛА, то искомый уровень при отсутствии качественных скачков в развитии вычислительной техники может быть достигнут не ранее 2025-2030 годов.

Современные полупроводниковые силиконовые процессоры, создаваемые посредством ультрафиолетовой литографии, имеют предельный размер элементов порядка 1 мк. Считается, что к 2015-2020 годам возможен переход на новые технологии, такие как создание оптических, биохимических, молекулярных и комбинированных процессоров, а также использование квантовых интерференционных переключателей. Раскрытие потенциала квантовых интерференционных переключателей может увеличить производительность вычислительных систем на три порядка, а молекулярных процессоров до девяти порядков по сравнению с современными вычислительными устройствами.

В целом при разработке новых технологий в области производства вычислительных устройств для использования их в составе радиоэлектронного оборудования БЛА намечается в значительной мере учитывать опыт, полученный в коммерческой сфере. При этом отдельной проблемой будет оставаться обеспечение дополнительной надежности всех радиоэлектронных компонентов, включая высокую степень устойчивости к радиационному облучению..

В настоящее время перед разработчиками систем и средств РЭБ для БЛА стоят следующие основные, требующие решения задачи технического и тактического характера:
- Определение оптимальной дистанции для эффективного проведения радиоэлектронной атаки и обеспечения должной степени живучести БЛА.
- Оснащение БЛА радиоэлектронной аппаратурой согласно требованиям малой сигнатурной заметности. Собственные излучения являются сильными демаскирующими признаками, что повышает вероятность поражения БЛА (например, наводящимися на излучение ракетами).
- Обеспечение устойчивой связи с удаленными абонентами во время проведения радиоэлектронной атаки (собственные помехи могут привести к невозможности оперативной корректировки задач БЛА и срыву передачи разведывательной информации другим потребителям). Одной из возможных мер является повышение степени автономности аппарата. Линии связи должны быть защищены также и от воздействия средств РЭП со стороны противника.
- Обеспечение передачи больших объемов информации в реальном масштабе времени. Практически невозможно запрограммировать БЛА на все те изменения боевой обстановки, которые могут возникнуть в ходе выполнения задачи. Решение о корректировке задач может быть принято человеком на станции управления, но для этого он должен получить исчерпывающую информацию об обстановке.
- Обеспечение высокой степени надежности бортовых систем, поскольку от успешности применения БЛА зависит безопасность пилотируемых платформ. Кроме того, БЛА должны в значительной степени обладать свойствами автономности, чтобы функционировать в условиях временно потерянной или неустойчивой
связи со станцией управления.
- Возможность формирования помех необходимой мощности. Повышение мощности сигналов помех приводит к увеличению размеров БЛА и его стоимости.
- Достижение согласованности действий с экипажами пилотируемых летательных аппаратов.
- Обеспечение минимального временного интервала между обнаружением цели и ее радиоэлектронным подавлением.

ВНИМАНИЕ: Вы смотрите текстовую часть содержания конспекта, материал доступен по кнопке Скачать

Тактико-технические характеристики беспилотных летательных аппаратов, стоящих на вооружении подразделений субъекта Российской Федерации

Для технического оснащения МЧС России беспилотными летательными аппаратами, российскими предприятиями разработано несколько вариантов, рассмотрим некоторые из них:

БПЛА ZALA 421-16E

– это беспилотный самолет большой дальности (рис. 1.) с системой автоматического управления (автопилот), навигационной системой с инерциальной коррекцией (GPS/ГЛОНАСС), встроенной цифровой системой телеметрии, навигационными огнями, встроенным трехосевым магнитометром, модулем удержания и активного сопровождения цели («Модуль AC»), цифровым встроенным фотоаппаратом, цифровым широкополосным видеопередатчиком C-OFDM-модуляции, радиомодемом с приемником спутниковой навигационной системы (СНС) «Диагональ ВОЗДУХ» с возможностью работы без сигнала СНС (радиодальномер) системой самодиагностики, датчиком влажности, датчиком температуры, датчиком тока, датчиком температуры двигательной установки, отцепом парашюта, воздушным амортизатором для защиты целевой нагрузки при посадке и поисковым передатчиком.

Данный комплекс предназначен для ведения воздушного наблюдения в любое время суток на удалении до 50 км с передачей видеоизображения в режиме реального времени. Беспилотный самолет успешно решает задачи по обеспечению безопасности и контролю стратегически важных объектов, позволяет определять координаты цели и оперативно принимать решения по корректировке действий наземных служб. Благодаря встроенному «Модулю АС» БПЛА в автоматическом режиме ведет наблюдение за статичными и подвижными объектами. При отсутствии сигнала СНС – БПЛА автономно продолжит выполнение задания

Рисунок 1– БПЛА ZALA 421-16E

БПЛА ZALA 421-08M

(рис. 2.) Выполнен по схеме «летающее крыло» – это беспилотный самолет тактической дальности с автопилотом, имеет подобный набор функций и модулей, что и ZALA 421-16E. Данный комплекс предназначен для оперативной разведки местности на удалении до 15 км с передачей видеоизображения в режиме реального времени. БПЛА ZALA 421-08M выгодно отличается сверхнадежностью, удобством эксплуатации, низкой акустической, визуальной заметностью и лучшими в своем классе целевыми нагрузками. Данный летательный аппарат не требует специально подготовленной взлетно-посадочной площадки благодаря тому, что взлет совершается за счет эластичной катапульты, осуществляет воздушную разведку при различных метеоусловиях в любое время суток.

Транспортировка комплекса с БЛА ZALA 421-08M к месту эксплуатации может быть осуществлена одним человеком. Легкость аппарата позволяет (при соответствующей подготовке) производить запуск «с рук», без использования катапульты, что делает его незаменимым при решении задач. Встроенный «Модуль АС» позволяет беспилотному самолету в автоматическом режиме вести наблюдение за статичными и подвижными объектами, как на суше, так и на воде.

Рисунок 2– БПЛА ZALA 421-08M

БПЛА ZALA 421-22

– это беспилотный вертолет с восемью несущими винтами, средней дальности действия, со встроенной системой автопилота (рис. 3). Конструкция аппарата складная, выполнена из композитных материалов, что обеспечивает удобство доставки комплекса к месту эксплуатации любым транспортным средством. Данный аппарат не требует специально подготовленной взлетно- посадочной площадки из-за вертикально-автоматического запуска и посадки, что делает его незаменимым при проведении воздушной разведки в труднодоступных районах.

ZALA 421-22 успешно применяется для выполнения операций в любое время суток: для поиска и обнаружения объектов, обеспечения безопасности периметров в радиусе до 5 км. Благодаря встроенному «Модулю АС» аппарат в автоматическом режиме ведет наблюдение за статичными и подвижными объектами.

Phantom 3 Professional

Представляет собой следующее поколение квадрокоптеров DJI. Он способен записывать видео 4K и передавать видеосигнал высокой четкости прямо из коробки. Камера интегрирована в подвес, для максимальной стабильности и весовой эффективности при минимальном размере. При отсутствии GPS сигнала, технология Визуального позиционирования обеспечивает точность зависания.

Основные функции

Камера и подвес: Phantom 3 Professional вы снимает 4K видео с частотой до 30 кадров в секунду и делает 12 мегапиксельные фотографии, которые выглядят четче и чище, чем когда-либо. Улучшенный сенсор камеры дает вам большую ясность, низкий уровень шума, и лучшие снимки, чем любая предыдущая летающая камера.

HD Видео Линк: Низкая задержка, HD передача видео, основана на системе DJI Lightbridge.

DJI Intelligent Flight Battery: 4480 mAh DJI Intelligent Flight Battery имеет новые элементы и использует интеллектуальную систему управления батареями.

Полетный контроллер: Полетный контроллер следующего поколения, обеспечивает более надежную работу. Новый самописец сохраняет данные каждого полета, а визуальное позиционирование позволяет при отсутствии GPS точно зависать в одной точке.

Рисунок 4– БПЛА Phantom 3 Professional

БПЛА Inspire 1

Inspire 1 является новым мультикоптером способным записывать 4K видео и передавать видеосигнал высокой четкости (до 2 км) к нескольким устройствам прямо из коробки. Оснащен убирающимся шасси, камера может беспрепятственно поворачиваться на 360 градусов. Камера интегрирована в подвес для максимальной стабильности и весовой эффективность при минимальном размере. При отсутствии GPS сигнала, технология Визуального позиционирования обеспечивает точность зависания.

Основные функции

Камера и подвес: Запись видео до 4K и фотографии 12-мегапикселей. Присутствует место для установки нейтральных (ND) фильтров для лучшего контроля экспозиции. Новый механизм подвеса, позволяет быстро снять камеру.

HD Видео Линк: Низкая задержка, HD передача видео, это усовершенствованная версия системы DJI Lightbridge. Также существует возможность управление с двух пультов ДУ.

Шасси: Убирающиеся шасси, позволяют камере беспрепятственно делать панорамы.

Аккумулятор DJI Intelligent Flight Battery: 4500 мАч использует интеллектуальную систему управления батареями.

Полетный контроллер: Полетный контроллер следующего поколения, обеспечивает более надежную работу. Новый самописец сохраняет данные каждого полета, и визуальное позиционирование, позволяет при отсутствии GPS точно зависать в одной точке.

Рисунок 5– БПЛА Inspire 1

Все характеристики перечисленных выше БПЛА представлены в таблице 1 (кроме Phantom 3 Professional и Inspire 1 так как указаны в тексте)

Таблица 1. Характеристики БПЛА

БПЛА ZALA 421-16E ZALA 421-16ЕМ ZALA 421-08М ZALA 421-08Ф ZALA 421-16 ZALA 421-04М
Размах крыла БПЛА, мм 2815 1810 810 425 1680 1615
Продолжительность полета, ч(мин) >4 2,5 (80) (80) 4-8 1,5
Длина БПЛА, мм 1020 900 425 – – 635
Скорость, км/ч 65-110 65-110 65-130 65-120 130-200 65-100
Максимальная высота полета, м 3600 3600 3600 3000 3000 –
Масса целевой нагрузки, кг(г) До 1,5 До 1 (300) (300) – До 1

Занятие по решению задач, с учётом возможностей беспилотных летательных аппаратов,стоящих на вооружении подразделений субъекта Российской Федерации.

– обнаружение ЧС;

– участие в ликвидации ЧС;

– оценка ущерба от ЧС.

Рассматривая опыт применения беспилотных летательных аппаратов в интересах МЧС России, можно сделать следующие обобщения: – экономическая целесообразность применения беспилотных летательных аппаратов обусловлена простотой использования, возможностью взлета и посадки на любой выбранной территории; – оперативный штаб получает достоверную видео- и фотоинформацию, что позволяет эффективно управлять силами и средствами локализации и ликвидации ЧС; – возможность передачи видео и фотоинформации в реальном масштабе времени на пункты управления позволяет оперативно влиять на изменение ситуации и принимать правильное управленческое решение; – возможность ручного и автоматического использования беспилотных летательных аппаратов. В соответствии с Положением «О Министерстве Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий» МЧС России осуществляет на федеральном уровне управление Единой государственной системой предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций. Эффективность работы такой системы во многом определяется уровнем ее технической оснащенности и правильной организацией взаимодействия всех входящих в нее элементов. Для решения задачи сбора и обработки информации в области гражданской обороны, защиты населения и территорий от ЧС, обеспечения пожарной безопасности, безопасности людей на водных объектах, а также обмена этой информацией целесообразно комплексное использование технических средств космического, воздушного, наземного или надводного базирования. Фактор времени является крайне важным при планировании и проведении мероприятий по защите населения и территорий от ЧС, а также обеспечении пожарной безопасности. От своевременного получения информации о ЧС руководящим

Применение беспилотных летательных аппаратов в интересах МЧС России является весьма актуальным. Беспилотная авиационная техника переживает настоящий бум. В воздушное пространство различных стран поднимаются беспилотные летательные аппараты самого различного назначения, разнообразных аэродинамических схем и с многообразием тактико-технических характеристик. Успех их применения связан, прежде всего, с бурным развитием микропроцессорной вычислительной техники, систем управления, навигации, передачи информации, искусственного интеллекта. Достижения в этой области дают возможность осуществлять полет в автоматическом режиме от взлета до посадки, решать задачи мониторинга земной (водной) поверхности, а беспилотным летательным аппаратам военного назначения обеспечивать разведку, поиск, выбор и уничтожение цели в сложных условиях. Поэтому в большинстве промышленно развитых стран широким фронтом ведутся разработки как самих летательных аппаратов, так и силовых установок к ним.

В настоящее время беспилотные летательные аппараты широко используются МСЧ России для управления в кризисных ситуациях и получения оперативной информации.

Они способны заменить самолеты и вертолеты в ходе выполнения заданий, связанных с риском для жизни их экипажей и с возможной потерей дорогостоящей пилотируемой авиационной техники. Первые беспилотные летательные аппараты поступили в МЧС России в 2009 г. Летом 2010 г. беспилотные летательные аппараты задействовались для мониторинга пожарной обстановки в Московской области, в частности, на территории Шатурского и Егорьевского районов. В соответствии с Постановлением Правительства Российской Федерации от 11 марта 2010 г. № 138 «Об утверждении Федеральных правил использования воздушного пространства Российской Федерации» под беспилотным летательным аппаратом понимается летательный аппарат, выполняющий полет без пилота (экипажа) на борту и управляемый в полете автоматически, оператором с пункта управления или сочетанием указанных способов

Беспилотный летательный аппарат предназначен для решения следующих задач:

– беспилотный дистанционный мониторинг лесных массивов с целью обнаружения лесных пожаров;

– мониторинг и передача данных по радиоактивному и химическому заражению местности и воздушного пространства в заданном районе;

инженерная разведка районов наводнений, землетрясений и других стихийных бедствий;

– обнаружение и мониторинг ледовых заторов и разлива рек;

– мониторинг состояния транспортных магистралей, нефте- и газопроводов, линий электропередач и других объектов;

– экологический мониторинг водных акваторий и береговой линии;

– определение точных координат районов ЧС и пострадавших объектов.

Мониторинг осуществляется днем и ночью, в благоприятных и ограниченных метеоусловиях.

Наряду с этим беспилотный летательный аппарат обеспечивает поиск потерпевших аварию (катастрофу) технических средств и пропавших групп людей. Поиск проводится по заранее введенному полетному заданию или по оперативно изменяемому оператором маршруту полета. Он оснащен системами наведения, бортовыми радиолокационными комплексами, датчиками и видеокамерами.

Во время полета, как правило, управление беспилотным летательным аппаратом автоматически осуществляется посредством бортового комплекса навигации и управления, в состав которого входят:

– приемник спутниковой навигации, обеспечивающий прием навигационной информации от систем ГЛОНАСС и GPS;

– система инерциальных датчиков, обеспечивающая определение ориентации и параметров движения беспилотного летательного аппарата;

– система датчиков, обеспечивающая измерение высоты и воздушной скорости;

– различные виды антенн. Бортовая система связи функционирует в разрешенном диапазоне радиочастот и обеспечивает передачу данных с борта на землю и с земли на борт.

Задачи для применения беспилотных летательных аппаратов можно классифицировать на четыре основные группы:

– обнаружение ЧС;

– участие в ликвидации ЧС;

– поиск и спасение пострадавших;

– оценка ущерба от ЧС.

Под обнаружением ЧС понимается достоверное установление факта ЧС, а также времени и точных координат места его наблюдения. Воздушный мониторинг территорий с помощью беспилотных летательных аппаратов проводится на основе прогнозов повышенной вероятности возникновения ЧС или по сигналам из других независимых источников. Это может быть облет лесных массивов в пожароопасных погодных условиях. В зависимости от скорости распространения ЧС данные передаются в реальном масштабе времени или обрабатываются после возвращения беспилотного летательного аппарата. Полученные данные могут быть переданы по каналам связи (в том числе спутниковым) в штаб проведения поисково-спасательной операции, региональный центр МЧС России или в центральный аппарат МЧС России. Беспилотные летательные аппараты могут быть включены в состав сил и средств по ликвидации ЧС, а также могут оказаться крайне полезными, а порой и незаменимыми, при проведении поисково-спасательных операций на суше и на море. Беспилотные летательные аппараты применяются и для оценки ущерба от ЧС в тех случаях, когда это необходимо сделать оперативно и точно, а также без риска для здоровья и жизни наземных спасательных отрядов. Так в 2013 г. беспилотные летательные аппараты использовались сотрудниками МЧС России для мониторинга паводковой обстановки в Хабаровском крае. С помощью данных, которые передавались в реальном масштабе времени, осуществлялся контроль за состоянием защитных сооружений для предотвращения прорывов дамб, а также поиск людей в затопленных районах с последующей корректировкой действий сотрудников МЧС России.

Рассматривая опыт применения беспилотных летательных аппаратов в интересах МЧС России, можно сделать следующие обобщения: – экономическая целесообразность применения беспилотных летательных аппаратов обусловлена простотой использования, возможностью взлета и посадки на любой выбранной территории; – оперативный штаб получает достоверную видео- и фотоинформацию, что позволяет эффективно управлять силами и средствами локализации и ликвидации ЧС; – возможность передачи видео и фотоинформации в реальном масштабе времени на пункты управления позволяет оперативно влиять на изменение ситуации и принимать правильное управленческое решение; – возможность ручного и автоматического использования беспилотных летательных аппаратов. В соответствии с Положением «О Министерстве Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий» МЧС России осуществляет на федеральном уровне управление Единой государственной системой предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций. Эффективность работы такой системы во многом определяется уровнем ее технической оснащенности и правильной организацией взаимодействия всех входящих в нее элементов. Для решения задачи сбора и обработки информации в области гражданской обороны, защиты населения и территорий от ЧС, обеспечения пожарной безопасности, безопасности людей на водных объектах, а также обмена этой информацией целесообразно комплексное использование технических средств космического, воздушного, наземного или надводного базирования. Фактор времени является крайне важным при планировании и проведении мероприятий по защите населения и территорий от ЧС, а также обеспечении пожарной безопасности. От своевременного получения информации о ЧС руководящим составом МЧС России разного уровня и от оперативного реагирования на происходящее во многом зависит уровень экономического ущерба от ЧС и количество пострадавших граждан. При этом для принятия соответствующих оперативных управленческих решений необходимо представление полной, объективной и достоверной информации, не искаженной или видоизмененной из-за субъективных факторов. Таким образом, дальнейшее внедрение беспилотных летательных аппаратов будет существенным образом способствовать восполнению информационных пробелов относительно динамики развития ЧС. Крайне важной задачей является обнаружение возникновения ЧС. Применение только одних беспилотных летательных аппаратов может оказаться весьма эффективным для медленно развивающейся ЧС или ЧС в относительной близости от размещенных сил и средств по ее ликвидации. При этом в сочетании с данными, полученными от других технических средств космического, наземного или надводного базирования, могут быть детально представлены реальная картина предстоящих событий, а также характер и темпы их развития. Техническое оснащение МЧС России перспективными робототехническими комплексами является актуальной и крайне важной задачей. Разработка, производство и внедрение таких средств является достаточно сложным и капиталоёмким процессом. Однако государственные затраты на подобную технику будут перекрыты за счет экономического эффекта от предотвращения и ликвидации ЧС с применением этой техники. Только от ежегодных лесных пожаров Российская Федерация несет колоссальные экономические потери. Так для модернизации технической базы МЧС России разработана Программа переоснащения подразделений МЧС России современными образцами техники и оборудования на 2011–2015 гг. Анализ реагирования органов управления и сил на ЧС федерального характера, связанную с прохождением летне-осеннего паводка 2013 г. на территории Дальневосточного федерального округа, подчеркнул актуальность применения беспилотных летательных аппаратов в интересах МЧС России. В связи, с чем было принято решение о создании подразделения беспилотных летательных аппаратов. Наряду с этим существует целый ряд проблем, которые необходимо решать до того, как беспилотная авиация получит широкое распространение. Среди них можно выделить интеграцию беспилотных летательных аппаратов в систему воздушного движения таким образом, чтобы они не представляли угрозу столкновений с пилотируемой авиационной техникой как гражданского, так и военного назначения. При проведении конкретных спасательных операций силы МЧС России имеют право использовать свои технические средства для проведения необходимых работ . В этой связи жестких нормативных ограничений и тем более запретов на применение беспилотных летательных аппаратов в интересах МЧС России в настоящее время нет. Вместе с тем вопросы нормативно- правового регулирования разработки, производства и применения беспилотных летательных аппаратов гражданского назначения в целом до настоящего времени не решены.

– первая поворотная точка маршрута (исходный пункт маршрута (ИПМ) устанавливается рядом с точкой старта.

– глубина рабочей зоны должна быть в пределах устойчивого приема видеосигнала и телеметрической информации с борта БПЛА. (Глубина рабочей зоны

– расстояние от места нахождения антенны НСУ до максимально удаленной поворотной точки. Рабочая зона – территория, в пределах которой БПЛА выполняет заданную программу полета.).

– Линия пути, по возможности, не должна проходить возле линий электропередач (ЛЭП) большой мощности и других объектов с большим уровнем электромагнитных излучений (радиолокационные станции, приемо- передающие антенны и пр.).

– Расчетное время продолжительности полета не должно превышать 2/3 максимальной продолжительности, заявленной изготовителем.

– На выполнение взлета-посадки необходимо предусмотреть не менее 10 минут летного времени. Для общего осмотра территории наиболее целесообразным является кольцевой замкнутый маршрут. Основные достоинства этого метода – охват большой площади, оперативность и быстрота проведения мониторинга, возможность обследования труднодоступных участков местности, относительно простое планирование полетного задания и оперативная обработка полученных результатов. Маршрут полета должен обеспечивать осмотр всей рабочей зоны.

Для рационального использования энергоресурсов БПЛА маршрут полета целесообразно прокладывать с таким расчетом, чтобы первая половина полета БПЛА происходила против ветра.

Рисунок 2 – Построение полета прямолинейного параллельного маршрута.

Параллельный маршрут рекомендуется использовать при аэрофотосъемке участков местности. При подготовке маршрута оператор должен учитывать максимальную ширину поля зрения фотокамеры БПЛА на заданной высоте его полета. Маршрут прокладывается так, чтобы края поля зрения камеры перекрывали соседние поля примерно на 15% -20%.

Рисунок 3– Параллельный маршрут.

Облет заданного объекта используется при проведении осмотров конкретных объектов. Широко применяется в случаях, когда координаты объекта известны и требуется уточнение его состояния.

Рисунок 4 – Облет заданного объекта

Во время осмотра действующих лесных пожаров оператор определяет основное направление распространения огня, наличие угрозы распространения пожара объектам экономики и населенным пунктам, наличие отдельных очагов горения, участков, особо опасных в пожарном отношении, места перехода огня через минерализованные полосы, и по возможности выявляет местонахождения людей и техники, занятых на тушении пожара с целью определения правильности их расстановки на кромке пожара. Одновременно с получением видеоинформации представителями лесной службы принимаются решения о тактических способах тушения, маневрировании людскими и техническими ресурсами. Намечаются естественные рубежи для остановки огня, подъездные пути (подходы) к пожару, участку кромки (дороги, тропы, озера, ручьи, реки, мосты).

Пример применения БПЛА

В апреле 2011 г. были использованы три беспилотных вертолета НЕ300 для визуального наблюдения над пострадавшей ядерной станцией в Фукусиме. Эти БПЛА оснащены профессиональной видеокамерой, тепловизионной камерой, различными датчиками для измерений и съемки, также имеется резервуар для распыления различных жидкостей. Результаты видеосъёмки с БПЛА приведены на Рис 5,6.

Рисунок 5,6 – Японская АЭС после аварии с БПЛА.

В феврале 2014 года БЛА ZALA позволили отрядам МЧС по Кировской области держать под контролем обстановку во время пожара на железнодорожной станции (сошел с рельс и загорелся состав с газовым конденсатом), грамотно концентрировать силы для безопасной эвакуации жителей и ликвидации последствий происшествия. Воздушный мониторинг зоны ЧС осуществлялся в дневное и ночное время суток, полностью исключая 92 риск для жизни населения и аварийно-спасательной группы. Фотографии с места. крушения, снятые БПЛА представлены на Рис 7.

Рисунок 7 – Пожар на железнодорожной станции, снятый камерой БПЛА.

Комплекс с БЛА ZALA был задействован для мониторинга наводнения на Дальнем Востоке в 2013 году. Московский отряд «Центроспас» направил в г. Хабаровск комплекс с беспилотными самолетами, которые осуществляли полеты в дневное и ночное время суток, информируя наземные отряды о затопленных территориях и местонахождении людей, оказавшихся в бедственном положении Рис 8.

Рисунок 8– Обзор зоны затопления

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.

Многоцелевой беспилотный летательный аппарат (БЛА) относится к авиационной технике, в частности к беспилотным летательным аппаратам вертикального взлета и посадки. Задачей полезной модели является повышение запаса устойчивости и расширение технических характеристик. Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в расширении диапазона применения многоцелевого БЛА за счет размещения специального оборудования, в том числе для эвакуации пострадавших из района боевых или стихийных бедствий на поверхности несущего крыла. Поставленная задача достигается тем, что многоцелевой беспилотный летательный аппарат представляет собой свободнонесущее крыло, включающее систему управления, двигательную установку, состоящую из четырех поворотных двигателей, расположенных вне корпуса, а также полезную нагрузку. При этом в многоцелевой БЛА дополнительно введены системы горизонтирования, координатометрирования и аварийного ручного управления работой поворотных двигателей, состоящие из блоков управления и усилительно-преобразующих устройств, связанных с поворотными двигателями и которые равномерно занимают весь объем свободнонесущего крыла, а органы системы аварийного ручного управления размещаются на его поверхности. Основными преимуществами беспилотного летательного аппарата с четырьмя поворотными двигателями являются: возможность размещения любого специального оборудования на наружной поверхности крыла многоцелевого БЛА, возможность реализации шести режимов работы многоцелевого БЛА, возможность взлета и посадки многоцелевого БЛА на любую твердую поверхность, обеспечение режима висения над любой труднодоступной местностью (вода, болото, песок, горы, лес, овраг и т.д.), возможность автоматического поддержания заданного положения многоцелевым БЛА на траектории и в процессе выполнения работ в режиме «Зависания», а также повышенная надежность из-за наличия сразу четырех двигателей. 3 илл.

Полезная модель относится к авиационной технике, в частности к беспилотным летательным аппаратам (БЛА) вертикального взлета и посадки.

В последнее время возрос интерес к использованию беспилотных летательных аппаратов для решения множества задач, выполнение которых пилотируемыми летательными аппаратами в силу различных причин нецелесообразно.

К основным направления использования БЛА относятся:

Дистанционный мониторинг окружающей среды с автоматическим взятием проб элементов окружающей среды из труднодоступных мест с визуальным контролем проводимых замеров и мест отбора проб, а также доставка их к месту проведения анализа;

Высокая оперативность и эффективность поисково-спасательных операций (состояние объектов и масштабы разрушений, опасные зоны и пожары, аварий, стихийных бедствий, техногенных катастроф и выявления в них пострадавших);

Мониторинг морских и речных магистралей и водоемов (выявления на них браконьерства), экологический мониторинг и контроль объектов и трасс производства, добычи и транспортировки электрической энергии, природного газа, сырой нефти и продуктов ее переработки, опасных химических и других веществ;

Непрерывное и скрытое ведение разведки (военной, радиационной, химической, биологической) в реальном масштабе времени и визуальная передача данных на монитор оператора;

Предотвращение попыток осуществления террористических актов на АЭС, ГЭС, ТЭЦ, радиационных, химических и биологических и других опасных объектах (последствия которых могут быть сопоставимы с применением оружия массового поражения), а также выявлении и предотвращении попыток хищения природного газа, сырой нефти, нефтепродуктов;

Патрулирование (сухопутных и водных) границ, военных, административных, экономических объектов, крупных промышленных предприятий с опасным производство, мониторинг стратегических (железнодорожных и автомобильных) транспортных магистралей, наблюдение за мобильными объектами и группами населения, контроль и обеспечение безопасности при массовых мероприятиях (на стадионах, площадях, саммитах, олимпиадах и др.) с применением (по целеуказанию или непосредственно с БЛА) нелетальных средств сдерживания;

Непосредственное участие в борьбе с террористами, а также участие в боевых действиях и военных конфликтах;

Скрытое патрулирование и охрана территории важных военных объектов, захват цели и/или целеуказания, сбор данных организация связи и передача данных, запуск ложных целей, сопровождение военных и опасных грузов, а также наведение ракет, управляемых боевых частей и реактивных снарядов на конечном участке траектории полета;

Геологические исследования, дистанционное наблюдение за вулканической или сейсмической деятельностью;

Оповещение о возникновении и развитии аварий, стихийного бедствия или опасных ситуаций в контролируемых зонах, выявление оперативной обстановки и наличия жертв в криминогенных местах (зоны, закрытые для доступа, места, где совершаются преступления), а также из в мест химического заражения и др.

Широкое распространение нашли конструкции БЛА вертолетной схемы.

Например, патент 2021165 от 15.10.1994 «Способ управления дистанционно-пилотируемым аппаратом и система управления для его реализации», МПК В64С 29/00, В64С 15/00. Однако для большинства из них характерны следующие недостатки:

При большой удельной нагрузке поток от винта будет так силен, что не позволит работать под несущим винтом;

Большой расход топлива;

Небольшая скорость перемещения в горизонтальном направлении.

Частично данные недостатки устранены в схеме «винт в кольце». Однако для данного типа БЛА характерным недостатком является большое аэродинамическое сопротивление из-за размещения большого количества специального оборудования, что приводит к снижению скорости полета БЛА. Например, «Летательный аппарат вертикального взлета и посадки» по патенту 2089458 от 10.09.1997, МПК В64С 29/00.

Частично данные недостатки устранены в беспилотном летательном аппарате по патенту 2288140 от 27.11.2006, МПК В64С 39/00. Он содержит свободно-несущее крыло, снабженное аэродинамическими органами управления, вертикальное оперение, мотогондолу и один двигатель с воздушным винтом. Двигатель установлен в мотогондоле. Беспилотный летательный аппарат выполнен по бесфюзеляжной аэродинамической схеме "летающее крыло".

Однако одним из недостатков данного двигателя является низкий запас статической устойчивости, что приводит к его неустойчивому положению при взлете, когда стабилизатор еще неэффективен. Кроме того, не во всех случаях БЛА может быть использован.

Данные недостатки могут быть устранены в беспилотном летательном аппарате с двумя поворотными двигателями (патент РФ на ПМ 69839, 2008).

Недостатком БЛА является неустойчивое положение при взлете и в случае воздействия возмущающих факторов.

Наиболее близким по принципу действия и технической сущности к заявляемому устройству является беспилотный летательный аппарат с четырьмя поворотными двигателями (патент РФ на ПМ 71960, 2008).

Однако и этот патент полностью не устраняет неустойчивое положение БЛА как при взлете, так и в случае воздействия на него возмущающих факторов. Отсутствие синхронности в работе двигателей может привести к возникновению неустойчивости БЛА, а оно в свою очередь - к потере его работоспособности.

Задачей полезной модели является повышение запаса устойчивости БЛА в процессе работы двигателей и расширение диапазона его технических характеристик.

Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в расширении диапазона применения БЛА за счет размещения специального оборудования, в том числе для эвакуации пострадавших из района боевых или стихийных бедствий на поверхности свободнонесущего крыла.

Поставленная задача достигается тем, что многоцелевой беспилотный летательный аппарат представляет собой свободнонесущее крыло, включающее систему управления, двигательную установку, состоящую из четырех поворотных двигателей, расположенных вне корпуса, а также полезную нагрузку. Причем в него дополнительно введены системы горизонтирования, координатометрирования и аварийного ручного управления работой поворотных двигателей, состоящие из блоков управления и усилительно-преобразующих устройств, связанных с поворотными двигателями и которые равномерно занимают весь объем свободнонесущего крыла, а органы системы аварийного ручного управления размещаются на его поверхности, при этом передние поворотные двигатели расположены ближе к геометрической оси аппарата чем задние на расстоянии не менее одного наружного диаметра двигателя.

На фиг.1 изображен вид многоцелевого БЛА сверху, на фиг.2 вид сбоку и на фиг.3 - блочное устройство управления работой поворотными двигателями, где:

1 - свободнонесущее крыло;

2 - поворотные двигатели;

3 - носовой обтекатель;

4 - подъемный винт;

6 - цилиндрическая оболочка;

7 - стержни крепления двигателя;

8 - колеса;

9 - система управления;

10 - блок системы аварийного ручного управления;

11 - система горизонтирования;

12 - устройство сравнения входных сигналов системы горизонтирования;

13 - блок преобразования системы горизонтирования;

14 - система координатометрирования;

15 - устройство сравнения входных сигналов системы координатометрирования;

16 - блок преобразования системы координатометрирования;

17 - усилительно-преобразующие устройства систем горизонтирования и координатометрирования;

18 - устройство сравнения входных сигналов системы аварийного ручного управления;

19 - блок преобразования сигналов системы аварийного ручного управления;

20 - усилительно-преобразующие устройство блока системы аварийного ручного управления.

Многоцелевой беспилотный летательный аппарат выполнен по бесфюзеляжной аэродинамической схеме "летающее крыло". Он состоит из следующих основных элементов: свободнонесущего крыла 1, поворотных двигателей 2.

Свободнонесущее крыло 1 предназначено для размещения и крепления всех составных частей аппарата. В передней части аппарата установлен носовой обтекатель 3, внутри которого размещаются элементы функционально связанных между собой электронной аппаратуры наблюдения, приемопередающего блока, приемопередающей антенны, пилотажно-навигационной системы и др.

Передняя часть свободнонесущего крыла 1 имеет форму, обеспечивающую минимальное аэродинамическое сопротивление. Внутри свободнонесущего крыла 1 закрепляется бортовое оборудование (система управления, система горизонтирования, система координатометрирования, источники питания). Специальное оборудование в зависимости от назначения многоцелевого БЛА может быть различным и крепится на наружной поверхности. Например, для экологических целей оборудование может быть представлено пробоотборниками, газоанализаторами и т.д.

Двигательная установка состоит из четырех поворотных двигателей 2, расположенных симметрично относительно оси аппарата и вне корпуса. Поворотные двигатели 2 независимо работают от единой системы управления и имеют 3 степени свободы вращения. Каждый двигатель 2 состоит из винта 4, закрепленного с помощью скега 5 к цилиндрической оболочке 6, которая с помощью стержней 7 соединена с корпусом многоцелевого БЛА.

Поворотные двигатели 2 предназначены для создания тяги, необходимой для перемещения многоцелевого БЛА по заданной траектории полета, а также для вертикального взлета и посадки аппарата.

При этом вся полезная нагрузка полностью занимает весь свободный объем свободнонесущего крыла 1.

Многоцелевой БЛА в исходном состоянии может устанавливаться или поступательно перемещаться по твердой поверхности с помощью колес 8. На исходной позиции проводится развертывание наземного пункта дистанционного управления беспилотным летательным аппаратом. Кроме того, проводится предполетная подготовка многоцелевого БЛА.

Многоцелевой БЛА может работать в следующих режимах: запуск, приземление, висение, полет, рабочий режим и ручной режим.

Режим - «Запуск». Запуск многоцелевого БЛА может проводиться как с мобильной, так и со стационарной стартовой установки. Кроме того, он может осуществляться как по командам оператора, находящегося в районе пункта управления, так и быть заложен в память системы управления 9, а также с борта многоцелевого БЛА. В первом случае запуск осуществляется с пусковой установки, а во втором - автономно с места трагедии, катастрофы, заражения и т.д.

При запуске многоцелевого БЛА двигатели 2 начинают свою работу. Как только суммарная тяга, создаваемая двигателями 2 превысит стартовый вес многоцелевого БЛА, он отрывается от поверхности и начинает совершать подъем до набора нужной высоты. Так как центр масс многоцелевого БЛА находится между геометрическими осями валов подъемных двигателей 2, то в процессе подъема аппарат является статически устойчивым. Следует отметить, что в данном случае для запуска БЛА не требуется наличия взлетно-посадочной полосы.

Режим - «Приземление». Приземление многоцелевого БЛА осуществляется при переводе подъемных двигателей 2 в режим взлета и посадки. При этом БЛА плавно приземляется. Следует отметить, что для приземления многоцелевого БЛА не требуется наличие взлетно-посадочной полосы (фиг.1 и фиг.2).

Режим - «Висение». При необходимости многоцелевой БЛА может зависать в воздухе над заданной точкой, например, для ведения наблюдений, разведки и т.д. Для этого поворотные двигатели 2 работают таким образом, чтобы многоцелевой БЛА расположился над заданной точкой пространства. При этом работают система управления и система координатометрирования, а при необходимости - система горизонтирования. Кроме того, для достижения заданной точки траектории может быть использована аварийная ручная система управления. Затем по команде поворотные двигатели 2 переводятся в режим зависания, т.е. создают только вертикально направленную тягу. При этом суммарная тяга, создаваемая двигателями 2, должна равняться стартовому весу многоцелевого БЛА (фиг.1, фиг.2).

Режим - «Рабочий режим». Данный режим используется в случае выполнения погрузочно-разгрузочных работ, проводимых с помощью многоцелевого БЛА и при нахождении его в состоянии «Висение». Для этого многоцелевой БЛА по командам системы координатометрирования занимает требуемые координаты места выполняемых работ: х, у на заданной высоте.

Однако выполнение работ, например, загрузка многоцелевого БЛА сопровождается нарушением координат и высоты его нахождения, а также горизонтирования (фиг.3). Например, в процессе выполнения каких-либо работ с применением БЛА или воздействия на него внешних возмущающих факторов происходит отклонение от его горизонтального положения. При этом с соответствующих датчиков горизонтирования в продольном и поперечном направлениях поступают текущие значения появившихся углов отклонений от горизонтального положения в разных плоскостях. Эти значения в устройстве сравнения входных сигналов 12 системы горизонтирования 11 сравниваются с заданными значениями параметров х, у, Н, которые вырабатывают сигнал рассогласования. Этот сигнал в дальнейшем поступает в блок управления системы горизонтирования 13, а затем на через усилительно-преобразующие устройства 17 поступает на все поворотные двигатели 2. При этом двигатели поворачиваются и изменяют число оборотов, а, следовательно, и тягу таким образом, чтобы многоцелевой БЛА принял горизонтальное положение в пространстве.

Например, в процессе выполнения каких-либо работ с применением многоцелевого БЛА или воздействия на него внешних возмущающих факторов с соответствующих датчиков высоты и координат поступают текущие значения параметров х, у, Н. Эти значения в устройстве сравнения входных сигналов 15 системы координатометрирования 14 сравниваются с заданными значениями параметров х, у, Н, которые вырабатывают сигнал рассогласования. Этот сигнал в дальнейшем поступает в блок управления системы координатометрирования 16, затем на через усилительно-преобразующие устройства 17 поступает на все поворотные двигатели 2. При этом двигатели поворачиваются и изменяют число оборотов, а, следовательно, и тягу таким образом, чтобы свести возникшее рассогласование между текущими и заданными значениями параметров х, у, Н к нулю. Это соответствует занятию БЛА прежнего положения в пространстве. Причем тяга, создаваемая поворотными двигателями 2, постоянно уравновешивает переменный вес многоцелевого БЛА, вызванный его загрузкой (разгрузкой). Это соответствует неизменному положения многоцелевого БЛА в пространстве, независимо от характера выполняемых работ, а также влияния возмущающих факторов.

Режим - «Полет». По команде системы управления поворотные двигатели 2 переводятся в режим горизонтального полета.

Полет многоцелевого БЛА может происходить в соответствии с полетным заданием как по заданной программе, так и по радиокомандам, передаваемым оператором с наземного пункта дистанционного управления. При этом наземный пункт дистанционного управления вырабатывает команды, передаваемые по радиоканалу на бортовое радиоэлектронное оборудование, установленное на многоцелевом БЛА. Эти команды предназначены для управения как полетом летательного аппарата, так и дистанционным обзором местности и передачей видео- и телеметрической информации через приемопередающую антенну на наземный пункт дистанционного управления.

Для поворота многоцелевого БЛА подается команда от системы управления на поворотные двигатели 2, которые непосредственно осуществляют его поворот. При этом изменение положения многоцелевого БЛА происходит по всем углам: тангажа , рыскания и вращения (крена) .

Изменение скорости полета V осуществляется изменением числа оборотов валов двигателей 2. В случае уменьшения скорости полета многоцелевого БЛА или осуществления реверса тяги необходимо или уменьшить число оборотов вала двигателей или осуществить его вращение в обратную сторону с заданной угловой скоростью. При необходимости набора заданной высоты Н поворотные двигатели 2 меняют угол тангажа .

Так как передние поворотные двигатели расположены ближе к геометрической оси аппарата чем задние на расстоянии не менее одного наружного диаметра двигателя, то их работа не скажется на работоспособности задних двигателей в процессе полета БЛА.

Разработанный многоцелевой БЛА экономичен. Это достигается его формой, которая уменьшает его аэродинамическое сопротивление. Свободнонесущие крыло 1 позволяет БЛА планировать.

Ручной режим является аварийным и используется в экстренных случаях, например, в процессе эвакуации пострадавшего из района боевых или стихийных бедствий. При этом пострадавший может частично или полностью пользоваться ручными органами управления 10, расположенными на верхней плоскости свободнонесущего крыла или использовать возможности поддержания автоматического режима работы. В последнем случае работа элементов управления поворотных двигателей будет аналогична вышеописанным режимам.

При этом в устройстве сравнения входных сигналов 18 системы аварийного ручного управления 10 сравниваются текущие значения координат х, у, высота полета Н, скорость полета V и угловые отклонений БЛА , , , которые вырабатывают сигнал рассогласования. Этот сигнал в дальнейшем поступает в блок управления системы аварийного ручного управления 19, затем через усилительно-преобразующие устройства 20 поступает на все поворотные двигатели 2. При этом двигатели поворачиваются и изменяют число оборотов, а, следовательно, и тягу таким образом, чтобы свести возникшее рассогласование между текущими и заданными значениями вышеперечисленных параметров к нулю. Это соответствует занятию многоцелевым БЛА требуемого положения в пространстве.

Беспилотные летательные аппараты с четырьмя поворотными двигателями могут быть выполнены различных типоразмеров и для различных федеральных агенств и ведомств, что позволяет назвать его многоцелевым.

Основными преимуществами многоцелевого беспилотного летательного аппарата с четырьмя поворотными двигателями являются:

Возможность размещения различного специального оборудования на наружной поверхности крыла многоцелевого БЛА;

Возможность реализации шести режимов работы многоцелевого БЛА;

Возможность взлета и посадки многоцелевого БЛА на любую твердую поверхность, а также обеспечение режима висения над любой труднодоступной местностью (вода, болото, песок, горы, лес, овраг и т.д.);

Возможность автоматического поддержания заданного положения многоцелевого БЛА на траектории и в процессе выполнения работ в режиме «Зависания», а также его горизонтирования;

Возможность эвакуации пострадавших из района боевых действий, пожара, наводнения и из других труднодоступных мест;

Повышенная надежность из-за наличия сразу четырех двигателей.

Многоцелевой беспилотный летательный аппарат, состоящий из свободнонесущего крыла, системы управления, двигательной установки, состоящей из четырех поворотных двигателей, расположенных вне его корпуса, и полезной нагрузки, отличающийся тем, что в него дополнительно введены системы горизонтирования, координатометрирования и аварийного ручного управления работой поворотных двигателей, состоящие из блоков управления и усилительно-преобразующих устройств, связанных с поворотными двигателями и равномерно занимающих весь объем свободнонесущего крыла, а органы системы аварийного ручного управления размещаются на его поверхности, при этом передние поворотные двигатели расположены ближе к геометрической оси аппарата, чем задние, на расстоянии не менее одного наружного диаметра двигателя.