Научно-исследовательская работа “Интеллектуальный аппаратно-программный комплекс БПЛА вертикального взлета и посадки для мониторинга удаленных территорий”
Автор (ы)
Аффилиация
ФГБОУ ВО «Уфимский университет науки и технологий», филиал в г. Кумертау, 3 курс
Научный руководитель
Аннотация
Цель работы — выполнить теоретическое проектирование и расчётное обоснование архитектуры «Интеллектуальный аппаратно-программный комплекс БПЛА вертикального взлета и посадки для мониторинга удаленных территорий», предназначенной для вертикального взлёта и посадки и анализа видеопотока бортовыми средствами искусственного интеллекта.
Для достижения цели решаются следующие задачи:
1. Выполнить сравнительный анализ компоновочных схем VTOL и обосновать выбор схемы для проектируемого комплекса.
2. Разработать расчётные модели аэродинамики и динамики переходного режима полёта, включая моделирование баланса тяги и энергобаланса.
3. Спроектировать архитектуру бортового расчётно-аппаратного комплекса и систему распределения питания с учётом отказоустойчивости и электромагнитной совместимости.
4. Разработать структуру конвейера бортовой обработки видеопотока и алгоритмов обнаружения и сопровождения наземных объектов.
5. Сформировать методику и программу стендовых, модельных и лётных испытаний, а также выполнить расчётную оценку энергетической эффективности и автономности комплекса.
Объект исследования — беспилотный летательный аппарат комбинированной аэродинамической схемы VTOL.
Предмет исследования — архитектура бортовой авионики, алгоритмы автономного оптического мониторинга и динамика переходных режимов полёта.
Методы исследования. Выполнены размерностная и численная проверка аналитических зависимостей на языке Python; применены квазистационарные оценки подъёмной силы и лобового сопротивления, тяговооружённости, удельного расхода энергии, геометрии зоны Френеля и дальности по критерию Джонсона. Переходный режим на данном теоретическом этапе описан концептуальной плоской квазистационарной моделью. Развитие модели до полной 6-DOF постановки с аэродинамическими производными, тензором инерции, приводами и системой управления включено в дальнейшую расчётную и практическую программу.
Научная новизна. В работе разработана теоретическая концепция применения бортового искусственного интеллекта для анализа видеопотока непосредственно на БАС. Проектируемый конвейер объединяет приём кадров оптического или тепловизионного канала, нейросетевое обнаружение объектов (семейство YOLO), межкадровое сопровождение с формированием устойчивых идентификаторов наблюдений (BoT-SORT/SORT), оценку достоверности и координат рамки, временную маркировку и подготовку компактных событийных метаданных для оператора. Синхронизация с навигационной телеметрией и геопривязка рассматриваются как задачи следующей практической части. Отличие работы состоит в системной увязке видеоконвейера с архитектурой VTOL, вычислительными и энергетическими ограничениями, авионикой и зависимостью от радиоканала; новая архитектура нейросети не заявляется. Текущий этап является теоретическим, а интеграция и измерение точности, задержки и энергопотребления предусматриваются далее.
Получены следующие результаты:
- По задаче 1 (сравнительный анализ компоновочных схем) лифт-круизная схема «4+1» принята как предварительный проектный вариант по качественным критериям: отсутствие поворотных силовых узлов и раздельная организация вертикального и крейсерского режимов. Количественное сравнение будет уточнено после фиксации комплекта компонентов и сопоставимой mass budget альтернатив; выбор рассматривается как инженерное решение текущего теоретического этапа, а не как доказанный глобальный оптимум.
- По задаче 2 (расчётные модели) выполнены предварительные квазистационарные оценки аэродинамики, тяги и энергобаланса. Принятая проектная площадь 0,3684 м² даёт V_s ≈ 12,63 / 13,86 / 14,74 м/с при 4,4 / 5,3 / 6,0 кг (C_y,max = 1,2). Ранее сообщённая ошибка V_stall была ошибкой аудита НИР, а не проектного досье. Площадь и удлинение предстоит сверить по первичному чертежу; развитие концептуального описания до полной 6-DOF-модели включено в последующую расчётную и практическую программу.
Показано, что критерий тяговооружённости T/W ≥ 1,5 выполняется при взлётной массе не более 5,33 кг, вследствие чего практический предел взлётной массы принят равным 5,3 кг. Получено аналитическое выражение для удельного расхода энергии на единицу пути и установлено, что в квазистационарном крейсерском режиме он не зависит от скорости, определяясь отношением mg/(K·η). - По задаче 3 подготовлена предварительная схема авионики и питания. Назначение UART/I²C уточнено по pinout Pixhawk 6C, с оговоркой о ревизии по серийному номеру. Для PM07 разделены токовый диапазон измерения и допустимая нагрузка платы/проводов; силовая цепь на расчётные 118 А не признана подтверждённой. Коэффициент бокового ветра пересчитан: 9,4 м/с при предварительных C_бок и площади, без установления эксплуатационного предела. Для критерия Джонсона объектив 13 мм даёт около 460 м распознавания; из рассмотренных вариантов 19 мм даёт около 673 м.
- По задаче 4 сформирована архитектура бортового ИИ для анализа видеопотока; программная основа включает отдельные модули данных, ONNX-адаптер и GUI, для части контрактов подготовлены автоматизированные тесты. Практическая часть предусматривает интеграцию выбранной модели и камеры с целевым вычислителем, оценку трекера и геопривязки. Передача команд управления остаётся отдельным safety-gate и допускается только после SIL/HIL и отдельного решения.
- По задаче 5 сформирована программа перехода от стендовых проверок к SIL/HIL- и лётной отработке. Численные пороги являются стартовыми критериями для согласования и последующего уточнения по конкретной комплектации. Дальность в таблицах — сценарная оценка: около 87 км для 16 А·ч LiPo, 103 км для 18 А·ч P45B и 99 км для условного 20 А·ч варианта при AUW 5,32 кг и K=16; для последнего при K=14 модель даёт около 87 км. Значения не учитывают маршрутный резерв и не являются безопасным радиусом миссии.
Содержание работы
Автор предпочел не показывать работу на сайте
Конкурс, в котором автор работы принял участие:
IX Международный конкурс инициативных научно-исследовательских проектов “Высокие цели” 2026/27
Отрасль наук
Форма представления работы
Дата публикации работы: 15.10.2026
Добавить комментарий