Congratulation from Internet Conference!
Hello
МОДЕЛЮВАННЯ ПОВІТРЯНОГО ПРОСТОРУ З УРАХУВАННЯМ РІЗНИХ КАТЕГОРІЙ БЕЗПІЛОТНИХ ЛІТАЛЬНИХ АПАРАТІВ
27.04.2025 12:18
[3. Technical sciences]
Author: Єна Максим Вікторович, аспірант, Національний аерокосмічний університет «Харківський авіаційний інститут»
ORCID 0009-0006-0664-3244 Єна М.В.
У зв’язку зі зростанням кількості безпілотних літальних апаратів (БПЛА) у повітряному просторі та диверсифікацією їх функціонального призначення, виникає необхідність розробки високоточних математичних моделей, здатних адекватно відображати динаміку руху БПЛА з урахуванням їхніх технічних характеристик, сценаріїв експлуатації та взаємодії з іншими повітряними об’єктами. Особливу складність становить необхідність забезпечення безпеки та ефективності використання повітряного простору в умовах одночасної присутності БПЛА різних типів.
Метою даної роботи є формалізація ключових параметрів моделювання повітряного простору для різних категорій БПЛА та системна класифікація обмежень, що накладаються технічними, аеродинамічними та експлуатаційними характеристиками безпілотних платформ.
1. Ідентифікація ключових параметрів для моделювання
При формуванні моделей повітряного простору важливо ураховувати наступні параметри, які суттєво впливають на точність і адекватність симуляцій:
-Категорія БПЛА (за ICAO/FAA/EASA): визначає обмеження по вазі, висоті польоту, швидкості та зоні експлуатації. Відповідно до класифікації, виділяють micro (до 250 г), small (до 25 кг), medium (до 150 кг) та large (>150 кг) БПЛА.
-Аеродинамічні характеристики: коефіцієнти підйомної сили, лобового опору, маневрові обмеження, радіус розвороту тощо, критичні для побудови траєкторного профілю. Тип рушія та енергетичні характеристики: впливають на тривалість польоту, радіус дії та можливість екстреного маневрування.
-Точність навігаційної системи: ступінь точності позиціювання (GNSS, RTK, SLAM тощо) визначає допустимий радіус відхилення від запланованої траєкторії.
-Тип зв’язку (BLOS/VLOS, LTE/5G, SATCOM): обумовлює затримку команд, наявність зон зв’язку та впливає на можливість централізованого управління.
-Модель навколишнього середовища: щільність забудови, орографія місцевості, наявність зон обмежень (NFZ, CTR, ADIZ), погодні умови.
-Механізми взаємодії з UTM-системами: стандартизовані інтерфейси обміну даними, динамічне резервування маршрутів, алгоритми уникнення конфліктів [1].
2. Виявлення обмежень та особливостей за категоріями БПЛА
Різні категорії БПЛА накладають суттєві обмеження на структуру повітряного простору, потребуючи диференційованого підходу до побудови моделей. Розглянемо основні з них:
2.1. Мікро- та малі БПЛА (до 25 кг)
-Зазвичай працюють у межах VLOS (Visual Line of Sight) до 120 м.
-Висока щільність польотів в урбанізованих зонах.
-Низька інерційність, але висока чутливість до метеоумов.
-Вимагають моделювання в умовах складного рельєфу і середовища з численними перешкодами.
2.2. Середні БПЛА (25–150 кг)
-Часто використовуються для розвідки, спостереження, картографування.
-Потребують частково автономного управління.
-Працюють у вертикальних шарах повітря між 150–600 м, що вимагає створення буферних зон для уникнення конфліктів із мікро-БПЛА та традиційною авіацією.
2.3. Великі БПЛА (>150 кг)
-Підлягають більш жорсткому регулюванню (включно з сертифікацією як пілотовані апарати).
-Використовують повітряні коридори на висотах 600–3000 м.
-Вимагають інтеграції з ATM (Air Traffic Management) системами та моделювання ризиків для населення у разі втрати керування [2].
2.4. БПЛА зі змінною геометрією / вертикального злету
-Потребують моделювання фаз переходу між режимами польоту (VTOL ↔ горизонтальний політ).
-Впливають на розрахунок аеродинамічної стабільності та навігаційних сценаріїв.
Висновки
Комплексне моделювання повітряного простору з урахуванням різних типів БПЛА вимагає міждисциплінарного підходу, що поєднує:
-Системний аналіз повітряного середовища — побудова багаторівневих моделей з урахуванням вертикального розподілу, динамічних зон ризику, регламентованих маршрутів.
-Використання адаптивних алгоритмів — динамічна маршрутизація, побудова сценаріїв реагування на надзвичайні ситуації, підтримка еволюційної реконфігурації повітряного простору.
-Інтеграція з UTM/ATM системами — забезпечення повної сумісності моделей із системами розподілу повітряного трафіку для запобігання конфліктів та забезпечення надійності [3].
Подальші дослідження повинні бути спрямовані на розробку математичних моделей симуляції повітряного трафіку із залученням елементів дискретно-подієвого моделювання, агентно-орієнтованих систем і методів машинного навчання для прогнозування поведінки БПЛА в умовах динамічно змінюваного середовища.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Zhao, P., Erzberger, H., & Liu, Y. (2021). Multiple-Aircraft Conflict Resolution under Uncertainties. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 44(11), 2031–2049. DOI: https://doi.org/10.2514/1.G005825
2. Qian, W., Yi, W., Yuan, S., & Guan, J. (2025). Control-Oriented Real-Time Trajectory Planning for Heterogeneous UAV Formations. Drones, 9(2), 78. DOI: https://doi.org/10.3390/drones9020078
3. Thipphavong, D. P., Apaza, R. D., Barmore, B. E., et al. (2018). Urban Air Mobility Airspace Integration Concepts and Considerations. NASA Technical Memorandum NASA/TM-2018-219822.
Онлайн доступ: https://ntrs.nasa.gov/citations/20180005218
___________________________________
Науковий керівник: Погудіна Ольга Константинівна, кандитат технічних наук, доцент, Національний аерокосмічний університет «Харківський авіаційний інститут»
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter
Сonferences
Conference 2025
Conference 2024
Conference 2023
Conference 2022
Conference 2021
