Розробка балістичної моделі руху некерованого вантажу при автономному високоточному скиданні з безпілотного літального апарату літакового типу

Автор(и)

  • Андрій Михайлович Гуменний Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0003-1020-6304
  • Сергій Володимирович Олійник Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0001-6073-8531
  • Павло Петрович Малашта Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», Україна https://orcid.org/0009-0000-2652-1507
  • Олександр Дмитрович Підлісний Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба, Україна https://orcid.org/0000-0002-7805-8232
  • Віталій Валерійович Алейніков Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», Україна https://orcid.org/0009-0006-4109-4375

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.313102

Ключові слова:

балістична модель руху, скидання вантажу, безпілотний літальний апарат літакового типу

Анотація

Об’єкт дослідження – процес падіння некерованого вантажу з висот 400 – 600 метрів відносно рівня моря в повітряному середовищі під дією гравітації, сили опору повітря та вітру за наявності початкової повітряної швидкості близько 20 м/с. Дослідження присвячене вирішенню проблеми розроблення балістичної моделі руху некерованого вантажу при автономному високоточному скиданні з безпілотного літального апарату літакового типу. Отримано систему рівнянь, які в явному вигляді описують залежність шляхової швидкості та координат вантажу від часу і враховують дію гравітації, опір повітря та вплив вітру. Область застосування зазначених рівнянь відповідає висотам скидання до 400 м відносно поверхні землі і початковій горизонтальній швидкості вантажа до 20 м/с. Аналіз отриманих рівнянь було проведено на прикладі вантажу сферичної форми масою 10 кг та площею найбільшого перерізу 7,1·10-2 м2. Встановлено, що за відсутності вітру горизонтальна складова швидкості вантажу в момент падіння дорівнює ≈(13–15) м/с, а вертикальна ≈(50 – 60) м/с. При цьому горизонтальне зміщення вантажу за умов слабкого попутного вітру може досягати ≈(150–220) м. За наявності вертикального профілю швидкості вітру експоненціального ступеневого виду можливо визначити еквівалентну швидкість сталого вітру, який призводить до такого ж впливу на вантаж, як і даний вітер змінної швидкості. Запропоновано алгоритм визначення точки скидання вантажу. Проведено оцінку помилки доставки вантажу. Встановлено, що найбільш важливими параметрами при цьому є час польоту вантажа та висота скидання. Для досягнення точності попадання ±5 м допустимою є помилка визначення часу падіння вантажа не більше ≈0,16 с і допустимою є помилка визначення висоти скидання не більше ±8 м

Біографії авторів

Андрій Михайлович Гуменний, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут»

Кандидат технічних наук

Кафедра проектування літаків та вертольотів

Сергій Володимирович Олійник, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут»

Доктор технічних наук

Кафедра фізики

Павло Петрович Малашта, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут»

Аспірант

Кафедра аерокосмічних радіоелектронних систем

Олександр Дмитрович Підлісний, Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба

Науковий співробітник

Науково-дослідна лабораторія факультету автоматизованих систем управління та наземного забезпечення польотів авіації

Віталій Валерійович Алейніков , Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут»

Аспірант

Кафедра проектування літаків та вертольотів

Посилання

  1. Darvishpoor, S., Roshanian, J., Raissi, A., Hassanalian, M. (2020). Configurations, flight mechanisms, and applications of unmanned aerial systems: A review. Progress in Aerospace Sciences, 121, 100694. https://doi.org/10.1016/j.paerosci.2020.100694
  2. Telli, K., Kraa, O., Himeur, Y., Ouamane, A., Boumehraz, M., Atalla, S., Mansoor, W. (2023). A Comprehensive Review of Recent Research Trends on Unmanned Aerial Vehicles (UAVs). Systems, 11 (8), 400. https://doi.org/10.3390/systems11080400
  3. Hassanalian, M., Abdelkefi, A. (2017). Classifications, applications, and design challenges of drones: A review. Progress in Aerospace Sciences, 91, 99–131. https://doi.org/10.1016/j.paerosci.2017.04.003
  4. Petruk, V. H., Bondarchuk, O. V., Trach, I. A., Panasiuk, O. Yu., Tsaruk, Yu. I., Vakoliuk, V. D. (2016). Ekoheohrafiia ta ekoturyzm. Vinnytsia: TOV "Nilan-LTD", 178. Available at: https://files.znu.edu.ua/files/Bibliobooks/Inshi74/0054541.pdf
  5. Shimanovsky, A. V. (2016). Creation of unique long-span constructions with the use of modern methods of mechanics. Visnik Nacional’noi’ Akademii’ Nauk Ukrai’ni, 01, 86–93. https://doi.org/10.15407/visn2016.01.086
  6. Tekhnichni kharakterystyky BpAK PD-2. Available at: https://ukrspecsystems.com/uk/drones/pd-2-uas
  7. Mathisen, S. G., Leira, F. S., Helgesen, H. H., Gryte, K., Johansen, T. A. (2020). Autonomous ballistic airdrop of objects from a small fixed-wing unmanned aerial vehicle. Autonomous Robots, 44 (5), 859–875. https://doi.org/10.1007/s10514-020-09902-3
  8. Liuswanto, C., Jenie, Y. I. (2021). Modelling and design of flight control for quadcopter in ballistic airdrop mission under wind perturbation. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1173 (1), 012064. https://doi.org/10.1088/1757-899x/1173/1/012064
  9. Yang, S., Jeon, S. (2019). Recursive Path Planning and Wind Field Estimation for Precision Airdrop. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 42 (6), 1429–1437. https://doi.org/10.2514/1.g003944
  10. Mitridis, D., Mathioudakis, N., Panagiotou, P., Yakinthos, K. (2021). Development of a Cargo Airdrop Modeling Method for a Tactical Blended-Wing-Body UAV. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1024 (1), 012044. https://doi.org/10.1088/1757-899x/1024/1/012044
  11. Ivanovic, A., Orsag, M. (2022). Parabolic Airdrop Trajectory Planning for Multirotor Unmanned Aerial Vehicles. IEEE Access, 10, 36907–36923. https://doi.org/10.1109/access.2022.3164434
  12. Mardiyanto, R., Pujiantara, M., Suryoatmojo, H., Dikairono, R., Irfansyah, A. N. (2019). Development of Unmanned Aerial Vehicle (UAV) for Dropping Object Accurately Based on Global Positioning System. 2019 International Seminar on Intelligent Technology and Its Applications (ISITIA), 86–90. https://doi.org/10.1109/isitia.2019.8937269
  13. Mathisen, S. H., Grindheim, V., Johansen, T. A. (2017). Approach Methods for Autonomous Precision Aerial Drop from a Small Unmanned Aerial Vehicle. IFAC-PapersOnLine, 50 (1), 3566–3573. https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2017.08.624
  14. Petrov, V., Shalyhin, A., Kudriavtsev, A. (2020). Methodical approach to the solution of the objective of the aim for discharge of freely falling goods from unmanned aircraft. Science and Technology of the Air Force of Ukraine, 1 (38), 84–90. https://doi.org/10.30748/nitps.2020.38.10
  15. Netrobchuk, I. M. (2019). Meteorolohiya ta klimatolohiya. Lutsk: Vezha-Druk, 108.
  16. Chellali, F., Khellaf, A., Belouchrani, A. (2012). Identification and analysis of wind speed patterns extracted from multi-sensors measurements. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment, 27 (1), 1–9. https://doi.org/10.1007/s00477-012-0558-0
  17. Touma, J. S. (1977). Dependence of the Wind Profile Power Law on Stability for Various Locations. Journal of the Air Pollution Control Association, 27 (9), 863–866. https://doi.org/10.1080/00022470.1977.10470503
Розробка балістичної моделі руху некерованого вантажу при автономному високоточному скиданні з безпілотного літального апарату літакового типу

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-10-30

Як цитувати

Гуменний, А. М., Олійник, С. В., Малашта, П. П., Підлісний, О. Д., & Алейніков , В. В. (2024). Розробка балістичної моделі руху некерованого вантажу при автономному високоточному скиданні з безпілотного літального апарату літакового типу. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(7 (131), 25–33. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.313102

Номер

Том 5 № 7 (131) (2024): Прикладна механіка

Розділ

Прикладна механіка

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Andrii Humennyi, Sergey Oleynick, Pavlo Malashta, Oleksandr Pidlisnyi, Vitalii Aleinikov

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.