Анализ существующих подходов к перестроению маршрута полета воздушного судна в процессе его выполнения

В настоящее время большое количество авиационных происшествий связано с потерей управления в полете и столкновением с землей в управляемом полете. Зачастую это происходит вследствие изменения условий полета, относительно которых происходила подготовка к вылету, и связано с необходимостью оперативного перестроения маршрута полета в условиях повышенной психофизиологической нагрузки и дефицита времени на принятие решения. Причинами перестроения ранее принятого и реализуемого в автоматическом, директорном или ручном режимах управления плана полета может стать, например, возникновение на пути следования грозовых очагов или появление не учтенных при планировании искусственных или естественных препятствий. Отсутствие полной ситуационной осведомленности является достаточно частой причиной авиационных происшествий для воздушных судов малой авиации. Авиационные происшествия самолетов транспортной категории, как правило, связаны с неправильными действиями экипажа при обнаружении на пути следования опасных зон полета. В статье, носящей обзорный характер, анализируются современные бортовые средства обнаружения препятствий, а также необходимые действия пилота, связанные с изменением маршрута полета с целью облета препятствий, обнаруженных в ходе полета. Показано, что современный уровень развития авионики обеспечивает необходимую для облета препятствий ситуационную осведомленность, но требует принятия своевременных, правильных и зачастую неочевидных решений экипажем по перестроению маршрута полета. Используемые же в смежных областях робототехническими комплексами различного назначения алгоритмы, обеспечивающие автоматическое перестроение маршрута движения с целью обхода препятствий, не могут быть напрямую использованы или адаптированы для реализации на борту воздушного судна в силу отсутствия учета при построении маршрутов обхода препятствий специфических особенностей воздушных судов – ограничений на управляющие параметры (угол атаки, перегрузка, угол крена); возможности системы управления (располагаемые темп создания перегрузки, располагаемая и максимально допустимая угловая скорость крена и др.). Следовательно, актуальной представляется задача разработки системы поддержки принятия решения пилота по облету препятствий, обеспечивающей синтез альтернативных безопасных маршрутов облета препятствий, оптимальных по заданному пилотом критерию (минимальные потери времени, минимальные дополнительные затраты топлива и т. п.).

1. Дудник П.И. Авиационные радиолокационные комплексы и системы: учебник для вузов / П.Н. Дудник, Г.С. Кондратенков, Б.Г. Татарский, А.Р. Ильчук, А.А. Герасимов. М.: ВВИА им. Н.Е. Жуковского, 2006. 1112 с.

2. Stevenson G. Testing the helicopter obstacle avoidance system / G. Stevenson, H.R. Verdun, P.H. Stern, W. Koechner // In: Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering, 1995. Pp. 93–103. DOI: 10.1117/12.212025

3. Shao M.-L., Yan R.-J., Wu J. et al. Sensor-based exploration for planar twoidenticallink robots // In: Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 2016. Vol. 230, iss. 4. Pp. 655–664. DOI: 10.1177/0954406215618684

4. Якименко О.А. Содержание «интеллектуализации борта» глазами летчика // Техника воздушного флота. 1996. Т. 70, № 3–4. С. 11–16.

5. Казаков К.А., Семенов В.А. Обзор современных методов планирования движения // Труды Института системного программирования РАН. 2016. Т. 28, № 4. С. 241–293. DOI: 10.15514/ISPRAS-2016-28(4)-14

6. Alshammrei S., Boubaker S., Kolsi L. Improved dijkstra algorithm for mobile robot path planning and obstacle avoidance // Computers, Materials & Continua. 2022. Vol. 72, no. 3. Pp. 5939–54. DOI: 10.32604/cmc.2022.028165

7. Макаренко С.И. Метод обеспечения устойчивости телекоммуникационной сети за счет использования ее топологической избыточности // Системы управления, связи и безопасности. 2018. № 3. C. 14–30. DOI: 10.24411/2410-9916-2018-10302

8. Berg M. Computational geometry: Algorithms and applications / M. Berg, O. Cheong, M. Kreveld, M. Overmars. 3rd ed. Springer Berlin, Heidelberg, 2008. 386 p. DOI: 10.1007/9783-540-77974-2

9. Cao L. 3D trajectory planning based on the rapidly-exploring random Tree–Connect and artificial potential fields method for unmanned aerial vehicles / L. Cao, L. Wang, Y. Liu, S. Yan [Электронный ресурс] // International Journal of Advanced Robotic Systems. 2022. Vol. 19, iss. 5. 17 p. DOI: 10.1177/17298806221118867 (дата обращения: 08.10.2022).

10. Mohsen A.M., Sharkas M.A., Zaghlol M.S. New real time (M-Bug) algorithm for path planning and obstacle avoidance in 2D unknown environment // In: 29th International Conference on Computer Theory and Applications, ICCTA 2019. Alexandria, Egypt, 2019. Pp. 25–31. DOI: 10.1109/ICCTA48790.2019.9478801

11. Киселев М.А., Костин А.М., Тюменев В.Р. К оптимизации управления траекторным движением самолета // Научный Вестник МГТУ ГА. 2008. № 125. С. 138–145.

12. Арапов О.Л., Зуев Ю.С. Формирование опорной траектории, обеспечивающей преодоление опасной зоны // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия «Приборостроение». 2015. № 3 (102). С. 14–22.

13. Beliatskaia A.P., Vorobev V.V., Eliseev B.P. Research of the methods of collision avoidance of aircraft with the ground in controlled flight during landing // In: 18th Technical Scientific Conference on Aviation Dedicated to the Memory of N.E. Zhukovsky, TSCZh 2021. Moscow, 29–30 May 2021. Moscow: Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc, 2021. Pp. 1–6. DOI: 10.1109/TSCZh53346.2021.9628239

14. Акимов А.Н., Воробьев В.В. Методика и алгоритмы увода летательного аппарата от пространственной поверхности ограничения // Автоматика и телемеханика. 2001. № 7. С. 18–25.

15. Akimov A.N., Vorobyov V.V., Zatuchny D.A. Aircraft drift away from limiting surfaces along programmed trajectories. In: Limiting modes of aircraft flight. Springer Aerospace Technology. Singapore: Springer, 2022. Pp. 75–91. DOI: 10.1007/978-981-19-6329-2_5

16. Akimov A.N., Vorobyov V.V., Zatuchny D.A. Onboard restraint systems. State of the issue. Formulation of the problem. In: Limiting modes of aircraft flight. Springer Aerospace Technology. Singapore: Springer, 2022. Pp. 1–17. DOI: 10.1007/978-981-19-6329-2_1

17. Акимов А.Н. Особенности проектирования легких боевых и учебно-тренировочных самолетов: монография / А.Н. Акимов, В.В. Воробьев, О.Ф. Демченко, Н.Н. Долженков, А.И. Матвеев, В.А. Подобедов. М.: Машиностроение, 2005. 368 с.