Владимир Фетисов - Беспилотная авиация: терминология, классификация, современное состояние
Наиболее многочисленные группы беспилотных мобильных средств – это UAV (Unmanned Aerial Vehicles) – беспилотные летательные аппараты, UGV (Unmanned Ground Vehicles) – беспилотные наземные мобильные средства и UMV (Unmanned Marine Vehicles) – беспилотные морские мобильные средства (последние ничто не мешает применять не только в море, но и в других водоемах).
В колонке табл. 1.1, соответствующей UAV (БПЛА), информация приведена без детализации, т.к. далее будет рассмотрена более подробная классификация этих аппаратов.
Кроме приведенных в табл.1 вариантов, возможны и различные гибридные разновидности беспилотных мобильных средств. Например, известна идея беспилотных самолетов- амфибий, способных передвигаться как в воздухе, так и в водной среде [5]. Уже реализованы гибриды UAV+UGV (БПЛА и наземный мобильный робот [6, 7]), амфибии UGV+USV (например, в виде роботов, имитирующих движения земноводных, которые способны и плавать, и ползать [8]), а самоходный аппарат типа "Луноход" можно считать одновременно мобильным роботом (UGV) и космическим аппаратом.
1.2. Беспилотные летательные аппараты
1.2.1. Основные понятия и определения
Существует большое количество различных определений БПЛА. Вот одно из самых простых: "Беспилотный летательный аппарат – это летательный аппарат без человека (экипажа) на борту" [9]. Однако в таком случае к БПЛА нужно причислить вообще все летающие искусственные объекты, что, очевидно, неправильно.
На сегодняшний день наиболее адекватным определением БПЛА представляется то, которое практически повторяет определение для беспилотного мобильного средства, данное в подразделе 1.1. Отличие состоит лишь в указании среды функционирования. Повторим это определение применительно к БПЛА.
Беспилотный летательный аппарат – это летательный аппарат многоразового или условно-многоразового использования, не имеющий на борту экипажа (человека-пилота) и способный самостоятельно целенаправленно перемещаться в воздухе для выполнения различных функций в автономном режиме (с помощью собственной управляющей программы) или посредством дистанционного управления (осуществляемого человеком- оператором со стационарного или мобильного пульта управления).
Заметим, что к БПЛА не относятся все ракеты, снаряды, бомбы (независимо от того, управляемые они или нет), аэростаты без двигателей и другие безмоторные летательные аппараты: планеры, дельтапланы, парапланы. Но беспилотные дирижабли, моторные дельтапланы и парапланы в соответствии с данным определением вполне можно отнести к БПЛА. Существуют другие, более узкие понятия БПЛА. Например, известны такие определения, в которых к БПЛА причисляют только аппараты самолетного и вертолетного типов [10].
Основные термины и аббревиатуры, касающиеся БПЛА, приведены в табл. 1.2. Разница в терминах БПЛА и ДПЛА (дистанционно-пилотируемый летательный аппарат) в том, что первый является более общим понятием. ДПЛА относится к тем аппаратам, которые управляются оператором дистанционно по радио с наземного пункта, тогда как в общем случае БПЛА может выполнять задачу и автономно, по заложенной в нем программе.
Недавно появившиеся термины UAS (Unmanned Aerial System) и соответствующий русскоязычный БАС (беспилотная авиационная система) учитывают не только сам летательный аппарат (аппараты), но также всю инфраструктуру и средства обеспечения (транспортно-пусковое устройство, средства связи, наземный пункт управления и др.) [11]. В наших источниках встречается также термин БАК (беспилотный авиационный комплекс). Многие БАС и БАК считают синонимами, однако между ними есть некоторая разница, которая заключается в том, что БАС является более широким понятием [64]. БАК – это только совокупность материально-технических средств, необходимых для выполнения определенных функций. Однако эти функции выполнены быть не могут без наличия элементов, устанавливающих связи различного типа (информационные, информационно-управляющие и т.п.) между структурными элементами комплекса. Наличие таких элементов и таких связей является отличительной особенностью БАС. Таким образом, кроме всего того, что входит в БАК, в БАС должны быть включены еще: технический персонал, протоколы обмена информацией, нормативно-регламентирующая документация, средства интеграции с другими системами.
Таблица 1.2 Основные англоязычные термины в области БПЛА и их русскоязычные соответствия UAV - Unmanned Aerial Vehicle, Uninhabited Aerial Vehicle БПЛА (БЛА) - беспилотный летательный аппарат drone дрон, беспилотник flying robot воздушный робот ROA - Remotely Operated Aircraft, RPA - Remote Piloted Aircraft ДПЛА - дистанционно-пилотируемый летательный аппарат UAS - Unmanned Aerial System БАС - беспилотная авиационная система, БАК - беспилотный авиационный комплекс1.2.2. Классификация БПЛА по принципу полета
По этому критерию все БПЛА можно разделить на 5 групп (первые 4 группы относятся к аппаратам аэродинамического типа):
1) БПЛА с жестким крылом (БПЛА самолетного типа);
2) БПЛА с гибким крылом;
3) БПЛА с вращающимся крылом (БПЛА вертолетного типа);
4) БПЛА с машущим крылом;
5) БПЛА аэростатического типа.
Кроме БПЛА перечисленных пяти групп существуют также различные гибридные подклассы аппаратов, которые по их принципу полета трудно однозначно отнести к какой-либо из перечисленных групп. Особенно много таких БПЛА, которые совмещают качества аппаратов самолетного и вертолетного типов.
1.2.2.1. БПЛА самолетного типа
Этот тип аппаратов известен также как БПЛА с жестким крылом (англ.: fixed-wing UAV). Подъемная сила у этих аппаратов создается аэродинамическим способом за счет напора воздуха, набегающего на неподвижное крыло. Аппараты такого типа, как правило, отличаются большой длительностью полета, большой максимальной высотой полета и высокой скоростью.
Существует большое разнообразие подтипов БПЛА самолетного типа, различающихся по форме крыла и фюзеляжа. Практически все схемы компоновки самолета и типы фюзеляжей, которые встречаются в пилотируемой авиации [12], применимы и в беспилотной. На рис. 1.1 – 1.6 представлены некоторые примеры.
На рис. 1.1 показан экспериментальный многоцелевой самолет Proteus разработки американской компании Scaled Composites. Разработаны как пилотируемый, так и беспилотный варианты этого самолета. Особенностью конструкции является тандемная схема расположения крыльев. Его длина составляет 17,1 м, размах задних крыльев 28 м, потолок высоты 16 км (при нагрузке 3,2 т), взлетная масса 5,6 т, максимальная скорость 520 км/ч (на высоте 10 км), длительность полета до 18 ч. Силовая установка – два турбореактивных двигателя с тягой по 10,2 кН .
Рис. 1.1. Экспериментальный самолет Proteus (США, 2006). Под фюзеляжем подвешена гондола с радиолокационным оборудованием
На рис. 1.2 показан разведывательный БПЛА RQ-4 Global Hawk, разработанный американской фирмой Teledyne Ryan Aeronautical, дочерним предприятием компании Northrop Grumman. Он отличается необычной формой фюзеляжа, в носовой части которого размещено радиолокационное, оптическое и связное оборудование. Аппарат изготовлен из композитных материалов на основе углеволокна и аллюминиевых сплавов, имеет длину 13,5 м, размах крыльев 35 м, взлетную массу около 15 тонн, способен нести полезную нагрузку массой до 900 кг. RQ-4 Global Hawk может находиться в воздухе до 30 часов на высоте до 18 км. Максимальная скорость 640 км/ч. Силовая установка – турбореактивный двигатель с тяговым усилием 34,5 кН.
Рис. 1.2. БПЛА RQ-4 Global Hawk (США, 2007)
На рис. 1.3 показан перспективный боевой палубный БПЛА Х-47В, разрабатываемый компанией Northrop Grumman (США). Он имеет форму широко выгнутой буквы "V" без хвостовой части. Крылья могут складываться, что немаловажно для ограниченной площади палубы авианосца. Для управления полетом БПЛА оснащен 6-ю рабочими плоскостями. Турбореактивный двигатель канадской фирмы Pratt amp; Whitney обеспечивает высокую скорость полета беспилотного аппарата и расположен в задней части аппарата. Беспилотник состоит из четырех частей, собранных из композитных материалов и соединяющихся примерно в середине корпуса. Самолет имеет длину 11,6 м, размах крыльев 18,9 м (в сложенном состоянии 9,4 м), собственную массу 6,3 т, максимальную взлетную массу 20,2 т. Крейсерская скорость составляет 900 км/ч. Радиус действия 3900 км. Потолок 12,2 км. Предположительно аппарат будет приспособлен для выполнения дозаправки в воздухе. При этом БПЛА будет готов при необходимости беспрерывно выполнять поставленную боевую задачу в течение 80 часов, что на порядок больше длительности полёта боевых самолетов с пилотами [13].
