ДИПЛОМ

3. Ұшақтың массалар центірінің горизонталь жазықтыққа бұрыш жасай

ҚOРЫТЫНДЫ

ПAЙДАЛАНЫЛҒAН ӘДEБИEТТЕР TІЗІМІ

ҚOСЫМШA

1

РЕФЕРАТ

Жұмыстың көлемі: кіріспеден, 3 негізгі бөлімнен, қортындыдан,қосымшадан, 18 қолданылған әдебиеттен, 27 сурет, 3 кесте, 1 диаграммадан тұрады.

Зерттеу объектісі: ұшақ типті ұшқышсыз ұшатын апарат.

Жұмыстың мақсаты: ұшқышсыз ұшатын апараттардың түзу сызықты қозғалысының дифференциялдық теңдеуін пайдаланып,есептеулер жүргізу. Түзу сызықты қозғалысқа қажетті жылдамдықтарды анықтау.

Зерттеу әдісі: Wolfram Mathematica бағдарламасында график түрінде көрсету.

Түйінді сөздер: ұшқышсыз ұшатын апарат,тұрақтандырылған қозғалыс, вертикальды жылдамдық.

РЕФЕРАТ

Количества работы состоит из: введения, 3 основных частей, заключения, приложения, 18 использованной литературы, 27 рисунков, 3 таблицы, 1 диаграмма.

Объект исследование: беспилотный летательный апарат самолетного

типа.

Цель работы: выполнить исследование линейный движение беспилотного апарата с помощью дифференциальных уравнений движений самолета. Определить скорость линейных движений самолета.

Метод исследование: в праграмме Wolfram Mathematica показать в виде графика.

Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат, стабилизированный движение, вертикальный скорость.

ABSTRACT

The amount of work consists of: introduction, 3 main parts, conclusions, applications, 18 of literature, 27 figures, 3 tables, 1 diagram.

The object of study: drone aircraft type.

Objective: To perform a study of the linear movement of the unmanned aparata using differential equations of motion of the aircraft. To determine the rate of linear movement of the aircraft.

Methods: in pragramme Wolfram Mathematica show on a graph.

Keywords: unmanned aerial aparat, stable movement, vertical speed.

2

КІРІСПЕ

Қазіргі кезде ұшқышсыз ұшатын аппараттарды пайдалану қарқынды даму үстінде . Қазіргі заманғы ұшқышсыз ұшатын аппараттар авиацияда басты бір жаңалық, әлемдік авиақұрылыстың даму тенденциясы болып отыр. Қoлданушыға көптeген мүмкіндіктeр мен жeңілдіктер бeретіндіктен, ұшқышcыз aвиацияның қoлжетімділігі оны aвиациялық нарықтaғы тeз дaмып кeле жaтқан сeгментке aйналдырды.

Ұшқышсыз ұшатын апараттар әскери және азаматтық салада қолданылуы жылдан-жылға артып келеді. Көптеген сарапшылардың пайымдауынша, ұшқышсыз авиация ұшқыштармен басқарылатын ұшақтарды жақын 20 жылдықта қолданыстан ығыстырып шығарады деп көзделіуде, әсіресе әскери салада. Бұндай жоғары темптегі даму классы бұл аппараттың жеке нақты ерекшеліктері мен оның ұшқышты апараттардың алдында артықшылығы және тапсырмаларды орындау спекторының үлкендігінде деп есептеледі. Ең алдымен аппараттың экипажсыздығы, және оны құрастыру құнының аздығы, ұшу уақытының ұзақтығы, ұшу қашықтығының алыстығы. Қазіргі таңдағы жаңа технологияларды пайдаланудың арқасында ұшқышсыз ұшатын апараттардың көптеген функцияларды, соның ішінде бұрын болмаған немесе басқа апараттармен орындалған тапсырмаларды жоғары деңгейде орындауда.

Негізінен ҰҰА-тар өздерінің басымдылығын бақылау және барлау саласында көрсетуде. [2]

Апараттың негізгі ерекшеліктерінің бірі апарат бортында адамның болмауы соның арқасында ҰҰА-тың орындайтын тапсырмасының қатерлілігі мен қиындығына қарамастан,оны басқарушыға еш қауіп төнбейді. Және мұндай апарат радиациялық немесе химиялық ластанған аймақтардада еркін жұмыс істей алады. Оған күрделі әрі қымбат тұратын «ұшқыштың тіршілігін сақтау жүйесін» жасаудың керегі жоқ.

Өзінің артықшылықтарының арқасында ҰҰА-тар авиацияның көптеген салаларында қарқынды қолданылу үстінде. Ендігі он жылдықта ұшқышсыз авиация авиацияның барлық салаларын толық алмастыратын болады. Бұл типті аппараттар ен алғаш 1933 жылы Ұлыбританияда “Queen Bee” атамасымен жасалынған болатын. Ол кезеңде үш ұшқышсыз ұшатын апарат жасалынып, оның екеуі апатқа ұшырағанмен, үшінші аппарат тиісті аймақты ұшып өтіп, тарихтағы алғашқы ұшқышсыз аппарат болып еептелді. Алғашында ҰҰА-тар тек информацияны алумен шектелген, ХХ ғасырдың 50-ші жылдарнан бастап әскери мақсаттарда, 2000 жылдардың басынан ғана азаматтық мақсаттарда қолданыла бастады. Ұшқышсыз ұшaтын аппaраттардың азaматтық cалада қoлданылу аясы өтe кең: ғылыми зeрттеу салаcында (геoдезия, гeология, кaртография), aуыл шаруашылығындa (егіншілікті бaқылау), мұнaй-газ

3

сeкторында (мұнaй мен гaз oбъектерін монитoрингі), төтeнше жағдaйлар қызмeтінде(тaбиғaт апaттары кeзінде дистaнционды бaқылау),трaнспорттық мaқсатта және тaғы басқa caлаларда кeңінен қoлданылады. Еуро Одақ мемлекеттерінің мәліметіне сәйкес ҰҰА-тардың 2015-2020 жылдардағы азаматтық салада қолданылуы келесідей көрсеткіште болады: 45 % — мемлекeттік құрылымдa, 25 % — өрт сөндірудe, 13 % — aуыл шaруaшылығы жәнe ормaншылық, 10 % — энeргeтикa, 6 % — Жeр бeтін бaқылaудa, 1 % — бaйлaныс саласында.[17]

Жaқындaғы он жылдa ҰҰА-тың әлeмдік нaрықтaғы көлeмі 67,3 миллиард доллaр болaды дeп aмeрикaндық «Aвиэйшн уикэнд cпэйc тeхнолоджи» aптaлық гaзeті хaбaрлaйды. 35,6 миллиaрд доллaр ҰҰA-тың өндірілуінe жұмсaлaды. 28,7 миллиaрд ҰҰА-тың ғылыми зeрттeу сaлaсынa бөлінeді жәнe eкі-үш миллиaрд ҰҰA-тың қызмeт көрсeтілуінe жұмсaлaды.

Өндірістің шығынының 14,2 миллиaрды ҰҰA-ты өндіругe, 6,6 миллиaрды Жeрeгі бaсқaру стaнциясының құрылысынa жәнe 14,8 миллиaрды бoрттaғы пaйдaлы жүктeмeлерге жұмcaлaды.[2]

2014-2023 жылдaры ҰҰA-тың ғылыми зeрттeулeріне 28,7 жұмcaлaтын қaржының 11 миллиaрдын AҚШ бөлeді,бүкіл әлeмдeгі қaржы шығының 38,6 пaйызын aлaды. 7,7 миллaрдын Aзиялық аймaқтaр жұмсaйды, қaржы шығынының 26,85 пaйызын құрaйды. 5,2 миллиaрды Бaтыс Eуропa eлдерінe жұмсaлсa, қaржы шығынының 18,14 пaйызын aлaды. 2,5 миллиaрд Шығыс Eуропa ұлeсінe тиeсілі, әлeмдeгі шығынның 6,59 пайызы тиeсілі. 0,38 миллaрд Лaтын Aмeрикa eлдeрінe тиeсілі, нaрықтың 1,34 пaйызын aлaды.[1]

Aпaрaтты құрaстырмac бұрын oның иммитaциялық мoдeлін жaсaйды. ұшқышсыз ұшатын аппараттың тeстілeуі тікeлей сынaқтaр жүргізу aрқылы өтe тиімсіз, өйткeні aппaрaттың бoрттық жүйecі өтe қымбaт, oны дaйындaуғa уaқыт көп кeтeді жәнe oғaн бір сынaқтaн өткізу жeткіліксіз бoлaды. Сoндықтaн aппaрaтты жaсaудың aлдындa oның ұшу жәнe бaсқaру жүйeсінің мoдeльдeрін жaсaп, oны aнaлиздeп, тoлығымeн тeксeрудeн өткізуіміз қaжeт. Ішкі жүйeнің кoнтрoллeрінің уaқыты шын уaқытпeн сәйкeстeндіру кeрeк. Ұшу aппaрaтының динaмикaсының тeңдeуін сызықты тeңдeугe кeлтіріп, oның бaсқaру aлгoритмін жaсaу кeрeк. Кoнтрoллeрдің қoзғaлысын тұрaқтaндыру қaжeт. Кoнтрoллeр тoлығымeн дaйын бoлғaндa, oны ұшу сынaқтaрынa қосуға болады.

4

1. Ұшқышсыз ұшатын аппараттар

Ұшқышсыз ұшатын аппарат (ҰҰА) — бұл экипажсыз автоматты басқару арқылы ұшырылатын аппарат. Ұшу апаратың көптеген аналогты түрлері бар.бұл материялда ҰҰА-тын самолет типті түрі қарастырылады.дәлірек айтқанда: экипажсыз ұшатын аппарат аэродинамикалық көтеру күштерінің принциптарын қолданады және реактивті қозғалтқышпен жабдықталған пайдалы жук тасмалдауға қауқарлы сәйкесінше нақты әрі арнайы тапсырмаларды орындауға арналған.[3]

1-кесте – Ұшқышсыз ұшатын апараттың түрлері

5

1.1 Ұшқышсыз ұшатын аппараттардың топтастырылуы

Ұшқышсыз ұшатын апараттарды техникалық белгілеріне байланысты төмендегідей жүйелейді:

­қоланылу маштабы бойынша— тактикалық , оперативтік, стратегиялық;

­аэродинамикалық схемасы бойынша — самолёт типті, вертолёт типті немесе гибридті (мысалы, конвертопландар) типті;

­қозғалытқыштарының түрі бойынша — электроқозғалытқыш, іштен жанатын қозғалытқыш, гибридті қозғалытқыш;

­старт түрі бойынша — орынынан жіберілетін , қолдан жіберілетін, катапульттен жіберілетін, ұшырлу жолағымен ұшырылатын (площадки);

-қону түрі бойынша — тік қонатын (верталет типті), самолёт тәсілімен (арнаулы қону жолдарына немесе су бетіне), парашютпен қондырылатын,т.б тәсілдермен қондырылатын ;

­басқару тәсілі бойынша — оператор арқылы басқару каналдарымен басқарылатын, автоматты басқарылатын, с комбинациялық басқару жүйесімен басқару;

­бақылау апаратының қолданылу түрі бойынша — фото және видеобақылағыш көінетін жарық спекторында, радиолокациялық бақылау, тепловизиялық бақылау, радиожәне радиотехнихалық бақылау,химиялық және биологиялық бақылау, ауа-райын бақылау (метеоразведки);

­ұшыру қондырғысының түріне байланысты — жер бетінен,

атмосфералық,теңіздік;

­ қолданылу биіктігіне байланысты — өте аз биіктікте, төмен биіктікте, орта биіктікте және жоғары биіктікте ; ­ әрекет ету аймағы бойынша — өте аз қашықтықта,аз қашықтық,орта қашықтық,алыс қашықтық;

­ ұшу ұзақтығы бойынша — аз , орта және алысқа ұшатын апараттар. Классификациясы бойынша ҰҰА-тарды жақын қашықтықта аз

қашықтықта және орта қашықтықты және алыс қашықтыта әрекет ететін апараттар жиынтығына бөліп қарастырады. Апаратқа жүктелетін тапсырманы орындау кезінде апараттың жұмысты орындау жүйесі бойынша ерекшеліктері ескеріледі.

Орта қашықтықтағы комплекс (500 - 1000 км) қашықтықтағы нысаналарды бағылауда ұстауға арналған. Аз қашықтықты комплекс ( 500 км

6

дейын ) қашықтықтағы объектілерді бақылауда ұстауға арналған. Жақын қашықтықты комплекс (50 км-ға дейын ) нысаналарды бақылауға ыңғайлы.

Ұшқышсыз ұшатын аппараттың ұшу-техникалық характеристикаларына мыналар жатады:

­ұшудың биіктігі,жылдамдығы және ұзақтығы;

­қозғалытқыштың түрі және сипаттамалары ;борттық радиоэлектрондық жабдықтардың құрамы,сипаттамалары;

­Ұшқышсыз ұшатын аппараттың орнықтылық апараттары және ұшуды басқару құрылғылары;

­Ұшқышсыз ұшатын аппараттың ұшу және қону ерекшеліктері. [6]

1.2 Қолданылуы және жүйелік характеристикалары

Ұшқышсыз ұшатын аппаратты пайдалану мен өндірудегі ұшақ типті және тікұшақ типті түрлердің басымдылығын төмендегі диаграммадан анық байқауға болады:

Ұшқышсыз ұшатын апараттардың

РҚТ ҚҚТ СТ ЖҚТ МҚТ ВТ БҚТ

1-диаграмма – самолет және верталет типті апараттардың басқа типтегі ҰҰАға қарағандағы басымдылығы ( UVS International-мәліметтері бойынша)

Ұшқышсыз ұшатын аппараттарға арналған немесе жасалып жатқан бағдарламалар негізінен барлауға арналған,оның ішінде бақылау мен

7

нысаналарды табу т.б, дегенмен басқада мәселелер шешу үшінде қолданылмақшы:

­радиожәне радиотехникалық барлауға;

­радиациялық, химиялық және биологиялық барлауға;

­миналар мен мина жасырылған алаңдарды табуға;

­қарсыластың радио-және радиотехникалық апараттарына шуылмен әсер ету;

­құрлықтық және теңіз артиллерияларының оқ жаудыруы мен нысанаға алуына көмектесу;

­жер бетіндегі нысандарға ауадан соққы беру;

­қарсыластардың АҚК-не қысым көрсету;

­қарсыласқа берілген соққы күші мен шығынын бағалауға;

­ракетаға қарсы қорғаныс , ракетаны анықтау және оны істен шығару;

­мәліметтер мен хабарламаларды жеткізу мен хабарлауды оңайлату;

­ауа райы мәліметтері мен информациялар жинауға және т.б. [6]

Көпмақсатты ұшқышсыз ұшатын аппараттар комплексі инвестициялауға ең тартымды техникалық түр болып табылады. Ұшқышсыз ұшатын аппаратты пайдалану мемлекеттің қорғаныс саласы ғана үшін емес сонмен қатар экономикалық тартымды сала. Қазіргі заманғы ұшқышсыз ұшатын аппараттың комплексі жоғары технологиялық жүйемен жабдықталған,авиация саласындағы ең соңғы жаңалықтармен микроэлектроника және есептеу техникасымен сонмен қатар көп мөлшерлі информацияны тасмалдауға арналған апараттар қолданылады. ҰҰА-тың азаматтық салада пайдалануы үшін техникалық және ұйымдастыру мәселелерін шешу керек.

Әуе кеңістігін пайдалануға қатысты негізгі мәселелердің бірі, ҰҰА-ты басқару үшін апаратқа информация жыберетін және жерде ол сигналды қабылдайтын жиіліктегі диапазонды белгілеу болып табылады.

ҰҰА-пен аэроғарыштық сурет алубұл басқа аэроғарыштық сурет алу тәсілдерімен салыстрғанда өте арзан, тез және сапалы болып табылады. Қазіргі жаманауй апараттар алыс қашықтықта және кең аумақты қамти алады. Жоғары праграммалық қамтамасыз етлуінің арқасында апаратта түсірілген суреттер мен информацияларды өздігінен өңдеп дайын мәліметтерді, апарат жерге қонған соң 1 сағат ішінде өңдеп шығарады.

ҰҰА-тың басқа дәстүрлі ұшақтардан артықшылығы,құрастыру жұмыстарының бағасы, және жұмыс уақытының азайюы, бортта адам болмағандықтан оның өзі апарат құрастыруда көптеген жеңілдіктер алып келеді.ҰҰА-ты құрастыру, және оны автоматты басқару жүйесін дамыту қазіргі таңда инженерлермен праграмистердің негізгі міндеттері болып табылады.

8

2-кесте – ҰҰА-тың артықшылықтары

Артықшылықтар

1.Ешқандай аэродром керек емес,барлық ҰҰА-тар қолдан немесе катапультті апараттан ұшырылады.

2.Бортта ұшқыш болмағандықтан,апарат көлемі кішірейеді,өзіндік құны азаяды. Экономикалық тұрғыда тиімді болып саналады.

3.Бұл апараттарда ұшқыш болмайтындықтан,ол адам өміріне қауіпсіз. Ең қиын әрі қатерлі тапсырмаларды орындауға қолайлы. Және пайдалану мерзіміде әдеттегі ұшақтардан көп немесе шектелмеген мерзімде пайдалануға болады.

Әлемдегі негізгі әскери держава мемлекеттерде ұшқышсыз ұшатын апараттарды әскери салада пайдалану қарқынды жүргізілуде. Ең алдымен барлаушы апараттар,олардың көмегімен кең аумақты барлау мен бақылау жұмыстары жүргізілуде. Бұл апараттар жоғары сапалы камералармен және GPS немесе ГЛОНАСС –тың навигациялық апараттарымен жабдықталған. Сондай апараттардың бірі «Predator» ұшқышсыз ұшағы.

1.2 Зерттелетін ұшқышсыз ұшатын аппараттың техникалық сипаттамалары.

Қазіргі таңдағы ең танымал ҰҰА-тың бірі ол RQ-1 Predator . General Atomics Aeronautical Systems, Inc (GA-ASI) фирмасы өздерінің Predator

ұшақтрын "соңғы он жылықтағы ең сенімді ұшқышсыз ұшақ деп есептейді". Бұл айтылған пікірмен толықтай келісуге болады. Predator азаматтық саладағы апараттарға ұқсамайды, бұл оның атауынанда белгілі « Predator Aircraft» (қазақша аудармасы - (әскери) ұшақ "жыртқыш"), ал комплекс толығымен Unmanned Aircraft System (қазақша баламасы - "ұшқышсыз авиациялық комплекс"). Predator ұшақтары әдеттегі ұшқыштармен басқарылатын ұшақтар сияқты авиациялық, механикалық, электрлік және радиоэлекторндық жүйелердің біріңғай топтастырлуымен құрастырылған. Осындай техникалық шешімдердің арқасында ең сенімді әрі қауіпсіз ҰҰА-ты жасау мүмкін болды.

9

Әрине, Predator ұшақтарынада абсолютты сенімділік жоқ. Барлық Predator самолеттарнан (60-70 дана ) тең жартысына жуығы қазіргі күнде өз жұмысын тоқтатқан, оның негізгі себептерінің бірі техникалық ақаулар, GPS/ГЛОНАСС спутниктерінің мәләметтеріндегі ауытқулар себебінен апатқа ұшырау, немесе қарсыластар тарапынан атып түсірілген.

1.3.1 Ұшқышсыз ұшатын апарат “ Predator МQ-1 ” тарихы.

Ұшқышсыз ұшатын апарат “ Predator RQ-1 ”. бұл аппарат 1994 жылы қаңтар айында ең алғаш сынақтан өткізілген, оның мақсаты ең соңғы озық технологиялардың жетістіктерін сынау үшін пайдаланылған (ACTD). Әскери мақсаттағы аппарат MQ-1 деп өзгертілді. АҚШ қарулы күштері “ Predator МQ-1 ” ҰҰА-тың үлгісін 1994 жылы алғаш пайдалана бастады. Ал 1995-1996 жылдары Боснияда белсенді пайдалана бастады.

2001 жылы ақпан айында лазерлі басқарылатын ракета Predator бортынан нысаналарға бағытталып жіберілді, әрі сынақ ойдағыдай аяқталды. Бұл сынақ Неллис авиабазасында өткізілді. Келесі 2002 жылы Ауғанстанда террористерге қарсы операцияларға қатыса бастады. Сол жылы қыста “Хеллфайр” аты берілген ракеталарымен Йеменде террористер отырған машинаның көзін жойды.

Ресми түрде “Predator A” жүйесі 2004 жылы ғана, яғни 10 жылдан соң жария етілді. “Predator” ұшқышсыз ұшатын апараттары қазіргі таңда Италияның қарулы күштерінде көптеп пайдаланылады. Және 2020-жылдарға таман Қазақстанда құрастырылмақшы. 2007 жылдың қыркуйек айында бұл апарат 300000 сағатқа жуық әуе кеңістігінде болған , оның 80% ға жуығы әскери операциялар үшін және бұл көрсеткіш барған сайын артуда. “Predator” дың әр жүйесі 4 топтан тұрады:

- Ұшқышсыз ұшатын апапраттан; -жерүсті басқару станциясы; -спутниктік байланыс терминалы ;

-55 адам апаратқа техникалық қызмет көрсетеді;

Ұшқышсыз ұшатын апарат “ Predator ” барлау-бақылау жүйесімен, және қуатты қару-жарақпен қамтамасыз етілген. Ол алыс қашықтықты, қауіпті нысандардан нақты мәліметтер алып, оларға тұтқиылдан ракеталық соққы берге арналған. Ол кеңістіктте 40 сағатқа жуық бола алды.

аэродинамикалық характеристикаларға негізделіп жасалған. Ұзындығы 8,22 метр, биіктігі 2,1 метр және қанатының ұзындығы – 14,8 метр.

Аппараттың бос салмағы 512 кг және 1043 кг максималді ауырлығы жүгімен қоса есептегенде. Бұл ҰҰА-тың белсенді жұмыс істеу аймағы 7400 метр биіктікте 217 км/сағ жылдамдықпен. Бұл ұшақ үлкен аумақта 24 сағат бойы

10