Механіка гіроскопічних систем

Система керування орієнтацією мультироторного безпілотного літального апарату гарантованої точності

Максим Усатенко, Олександр Збруцький — вт, 18 лис 2025 00:00:00 +0200

Розв’язана задача підвищення точності та робастності керування орієнтацією мультироторних безпілотних літальних апаратів (БПЛА) в умовах невизначених зовнішніх збурень. Описано повну нелінійну математичну модель динаміки квадрокоптера з використанням кватерніонного формалізму, що дозволяє уникнути сингулярностей при значних кутах нахилу та враховує гіроскопічні моменти роторів. Запропоновано алгоритм системи керування орієнтацією БПЛА. Проведене чисельне моделювання в середовищі MATLAB/Simulink підтверджує здатність розробленого алгоритму компенсації дії невизначених зовнішніх збурень як в усталеному стані, так і під час перехідного процесу.

Експериментальне дослідження способів інтеграції безплатформної інерціальної та супутникової навігаційних систем за слабо зв’язаною схемою

Іван Дорошенко, Фелікс Захарін, Сергій Пономаренко — вт, 18 лис 2025 00:00:00 +0200

У статті розглянуто дослідження впливу варіанту корекції інтегрованої безплатформної інерціальної навігаційної системи (БІНС) за даними супутникової навігаційної системи (СНС) із трьома рознесеними антенами на точність вирішення навігаційної задачі методом напівнатурного моделювання. Алгоритм інтегрованої БІНС досліджено у чотирьох варіантах корекції: позиційній, позиційно-швидкісній, позиційно-кутовій та позиційно-швидкісно-кутовій.

Напівнатурне моделювання проведено на основі експериментальних даних, отриманих з інерціального модуля та СНС, установлених на наземній мобільній платформі.

Інтегрована БІНС реалізована на основі інваріантної слабо зв’язаної схеми інтеграції з використанням фільтра Калмана із зворотними зв’язками та модифікацією Карлсона для підвищення чисельної стійкості алгоритму.

Похибки передачі та візуалізації параметрів руху автономного безпілотного підводного апарату

Євгеній Золотарьов, Надія Бурау — вт, 18 лис 2025 00:00:00 +0200

У роботі розглядаються питання, пов’язані з розробкою навігаційного комплексу для маневрених автономних безпілотних підводних апаратів, на основі інтеграції систем забезпечення руху (функцій навігації та керування) з системами збору та передачі інформації у режимі візуалізації інформації та, за необхідності, дистанційного керування. Проводиться аналіз похибок передачі та візуалізації навігаційних параметрів і положення апарату при його русі за коловою траєкторією зі сталою швидкістю. Розглянуто затримку передачі даних у гідроакустичній системі зв’язку та її вплив на точність і своєчасність відображення навігаційної інформації. За результатами моделювання колового руху апарату отримано залежності похибок передачі та візуалізації даних про кут курсу, горизонтальну швидкість та місце положення апарату на площині руху для різних швидкостей руху та значень часової затримки. Результати моделювання показали, що затримка передачі даних у гідроакустичному каналі зв’язку призводить до відставання відображеної навігаційної інформації від фактичних даних руху апарата, що потребує врахування та зменшення похибок передачі даних при розробці інтегрованих навігаційних комплексів для маневрених безпілотних підводних апаратів.

Оптимальне використання конструктивних ресурсів динамічного стенду для імітації кутових акселераційних дій

Володимир Кабанячий, Бейкан Ібрагімоглу — вт, 18 лис 2025 00:00:00 +0200

Запропоновано метод вирішення проблеми оптимального використання конструктивних ресурсів шестистепеневого динамічного стенду опорного типу авіаційного тренажера, що надає можливість поліпшення якості імітації кутових акселераційних дій. Оптимальне використання конструктивних ресурсів забезпечується використанням розробленого спрощеного оператора перетворення переміщень гідроциліндрів у переміщення динамічного стенду за окремими степенями вільності на засадах квадратичної апроксимації, розробленому критерій оцінки конструктивних ресурсів динамічного стенду за кутовими степенями вільності, сформульованій й розв'язаній задачі визначення залежностей координат осей тангажу й рискання від кута тангажу та залежності координат осей крену від кута крену. Завдяки оптимальному використанню конструктивних ресурсів динамічних стендів координати осі їхнього обертання за тангажем максимально можливо наближаються до координати осі літака. Таким чином, суттєво збільшується якість імітації акселераційних дій за кутовими степенями вільності.

Метод вимірювання пройденої відстані оптичним одометром

Олександр Збруцький, Валентин Степаненко — вт, 18 лис 2025 00:00:00 +0200

Розглядається метод візуальної одометрії для вимірювання пройденої відстані наземним рухомим об’єктом на основі оптичного потоку. Метод полягає у обробці зміщень ключових точок у послідовності зображень, отриманих із камери. Метод відрізняється від відомих способів використанням монокулярної системи технічного зору, що суттєво спрощує апаратну реалізацію та знижує вимоги до обчислювальних ресурсів порівняно зі стереоскопічними системами. Проведені експериментальні дослідження показали, що метод демонструє високу точність на текстурованих і контрастних поверхнях. Причиною зниження точності вимірювання на однорідних та слабко текстурованих поверхнях є недостатня кількість ключових точок на зображенні.

Показана можливість застосування методу вимірювання пройденої відстані у системах навігації наземних транспортних засобів.

Методологія імітації лінійних акселераційних дій на авіаційних тренажерах

Володимир Кабанячий, Сергій Грицан — вт, 18 лис 2025 00:00:00 +0200

Запропоновано метод вирішення задачі імітації акселераційних дій за лінійними степенями вільності на авіаційних тренажерах неманеврових повітряних суден. Він розроблений на основі характеристичних атрибутів сприйняття людиною акселераційних дій (за теорією сприйняття Гібсона: характер, напрямок, тривалість, інтенсивність та час сприйняття руху) та надає можливість покращити якість імітації лінійних акселераційних дій. Цей метод дає можливість, враховуючи існуючий конструктивний ресурс динамічного стенда, максимально наблизити імітовані акселераційні дії за лінійними степенями вільності до імітованих акселераційних дій у реальному польоті із однаковими керуючими діями. Завдяки цьому характер та напрямок імітованих акселераційних дій повністю відповідають реальним акселераційним діям, різниця між часом сприйняття акселераційних дій на літаку та тренажері мінімальна та відповідає сучасним вимогам. Тривалість та інтенсивність сприйняття акселераційних дій на тренажері пропорційні тривалості та інтенсивності сприйняття акселераційних дій на літаку. Такий метод імітації акселераційних дій значно покращує якість навчання та перепідготовки пілотів на авіаційних тренажерах.

Розрахунок критичного моменту втрати стійкості консолі крила під дією аеродинамічного навантаження

Сергій Трубачев, Ольга Алексейчук — вт, 18 лис 2025 00:00:00 +0200

У зв’язку із тим, що розрахунок аеродинамічних характеристик літака є дуже важливою частиною проєктування літака, виникає необхідність розвивати чисельні та аналітичні методи дослідження коливань та стійкості елементів літака, у тому числі і крила. У роботі розглянуто аналітичний розв’язок задачі стійкості крила літака під дією аеродинамічного навантаження. Отримано значення критичного моменту у разі якого крило втрачає стійкість. Розрахунки були проведені для характеристик такого типового матеріалу для авіабудування як алюміній.

Розробка концепції механізму складаного крила безпілотного літального апарату

Данило Задніпровський, Дмитро Конотоп — вт, 18 лис 2025 00:00:00 +0200

Із зростанням попиту на цивільні безпілотні авіаційні комплекси, зокрема, для пошуково-рятувальних і розвідувальних завдань, посилюється потреба у підвищенні їхньої мобільності – компактності під час транспортування та швидкості розгортання, незалежно від способу та місця запуску. Скоротити час розгортання та збільшити компактність під час транспортування можливо завдяки впровадженню в конструкцію БПЛА складаного крила із відповідним механізмом складання/розкладання. Метою роботи є розроблення та опис концептуального механізму складаного крила БПЛА для забезпечення його швидкого розгортання. За допомогою ІС CAD/CAM/CAE було здійснено моделювання складових механізму та їх поєднання у єдину збірку. В результаті, було розроблено концепцію механізму розкладання складаного крила з усіма основними складовими, що дозволяє адаптувати його до БПЛА різних вагових категорій.

Технологія уніфікації та структуризації результатів аеродинамічних випробувань літака транспортної категорії

Володимир Делінгевич, Юрій Бондар — вт, 18 лис 2025 00:00:00 +0200

Представлено концепцію динамічної системи універсального набору даних аеродинамічних випробувань літака транспортної категорії та моделювань на основі алгоритмів штучного інтелекту. Вводиться поняття ієрархії правдоподібності даних та наведено алгоритм призначення рівнів правдоподібності.

Проаналізовано основні методи отримання вхідних даних та підходи до їх імплементації у технологію уніфікації та структуризації даних. Ключовими компонентами системи виступають машинне навчання та штучний інтелект.

Запропонована інформаційна технологія знань в області проєктування, випробування та експлуатації систем, конструкцій та агрегатів літака, які знаходяться під впливом навантажень.

Керування конструкцією з рідиною під дією послідовністі силових імпульсів

Олег Лимарченко, Вікторія Губська — вт, 18 лис 2025 00:00:00 +0200

Розглядається задача керування рухом конструкції з рідиною із вільною поверхнею, на яку діє послідовність силових імпульсів. Метою керування рухом є створення умов для високоточного маневрування конструкції-носія, що забезпечується керівним сигналом, який приводить до зменшення впливу рухомості рідини на рух конструкції. Для визначення такої керівної дії використовується нелінійна модель динаміки сумісного руху конструкції і рідин з вільною поверхнею. За основу покладено принцип компенсації силового відгуку рідини на стінки резервуара. Раніше такого роду задачі розглядалися лише для випадку дії поодиноких імпульсів сили.

Експериментальні дослідження системи стабілізації аеропружих процесів безпілотного повітряного судна

Владислав Школьний, Олександр Бондаренко — нд, 21 гру 2025 00:00:00 +0200

У статті представлено результати експериментального дослідження аеропружних коливань крила безпілотного повітряного судна із системою активного керування поверхнями крила. Для перевірки результатів моделювання було виготовлено експериментальне крило та закріплено на легковому автомобілі. Це дало змогу відтворити умови, подібні до випробувань в реальних умовах польоту без залучення аеродинамічної труби. Під час підключення системи керування елерон компенсував аеропружні коливання, що дозволило зменшити амплітуду коливань більш ніж у три рази. Отримані результати підтверджують доцільність використання елементів керування для підвищення аеропружних властивостей конструкції літака, а також демонструють ефективність дорожніх випробувань як альтернативи традиційним продувкам у аеродинамічній трубі.

Вплив гіроскопічних сил на кріплення двигуна літального апарату під час пілотажу

Гюркан Ортамевзи — нд, 21 гру 2025 00:00:00 +0200

У цій статті досліджується міцність моторами часто використовуваних надлегких гвинтових двигунів. Вихідні показники напруги та коефіцієнту запасу оцінені, зосереджуючись на зонах зварювання моторами, на яку впливають зусилля та сила тяги, які виникають особливо під час пілотажу. Розроблено мотораму для часто використовуваного двигуна, створено її 3D-модель і розрахункову сітку. Створена розрахункова сітка моторами змодельована при різних навантаженнях методом скінченних елементів.

Адитивне виробництво елементів шасі

Родіон Білицький, Юрій Бондар — вт, 18 лис 2025 00:00:00 +0200

Наведено порівняння адитивних та традиційних методів виробництва для виготовлення елементів шасі. Порівняння охоплює економічну доцільність, технологічні можливості та відповідність нормативним вимогам. Особливу увагу приділено механічним і довговічним властивостям алюмінієвих, титанових та сталевих сплавів, виготовлених методами PBF і DED. Визначено основні переваги й недоліки адитивного виробництва елементів шасі та сформульовано висновки щодо подальших досліджень у поставленій задачі.

Визначення критичної швидкості та механізму деградації пропелерних систем БПЛА

Максим Тур, Дмитро Конотоп — вт, 18 лис 2025 00:00:00 +0200

Безпілотні літальні апарати (БПЛА) стають критичним елементом сучасної логістики, промислового моніторингу та спеціальних застосувань. Традиційні мультикоптерні БПЛА з відкритими пропелерами ефективні до 50-70 км/год, однак, при підвищенні швидкості виникають критичні проблеми. При високих обертах пропелера на кінцях лопатей досягаються швидкості близькі до звукових (0,4-0,8 Ма), що призводить до падіння ККД до 50-60% та утворення шумів 100-120дБ.

Стаття присвячена комплексному дослідженню відкритих та закритих пропелерних систем для високошвидкісних БПЛА, розрахованих на роботу у діапазоні швидкостей 0-300 км/год. На прикладі пропелерної системи з гвинтом APC 7x11E при частоті обертання 25000 об/хв розглянуто 5 швидкісних режимів для закритого та відкритого типів систем. Проведено розрахунки та CFD аналіз, результати яких представлені. Підтверджена модель CFD показала, що у випадку закритої конфігурації має місце деградація, що викликана не пропелером, а обтічником, який створює значний лобовий опір. Результати вказують на необхідність змінної геометрії або багатолопатевих конфігурацій для отримання ефективності при швидкості вищої за 200 км/год. Визначено оптимальний діапазон застосування систем та розроблено інженерні рекомендації щодо вибору типу пропелерної групи залежно від крейсерської швидкості БПЛА.