Беспилотные летательные аппараты, их электромагнитная стойкость и математические модели систем стабилизации

Москва 

ИНФРА-М 

202БЕСПИЛОТНЫЕ 

ЛЕТАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ 

ИХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ 

СТОЙКОСТЬ И МАТЕМАТИЧЕСКИЕ 
МОДЕЛИ СИСТЕМ СТАБИЛИЗАЦИИ

МОНОГРАФИЯ

Черноморское высшее военно-морское

училище имени П.С. Нахимова

В.А. КРАМАРЬ 
А.Н. ВОЛОДИН 

Е.В. ЕВТУШЕНКО 

В.П. МАКОГОН 
А.И. ХАРЛАНОВ

УДК 623.746.-519(075.4)
ББК 39.52
 
К77

Крамарь В.А.

К77 
 
Беспилотные летательные аппараты, их электромагнитная стой-

кость и математические модели систем стабилизации : монография / 
В.А. Крамарь, А.Н. Володин, Е.В. Евтушенко, В.П. Макогон, А.И. Хар-
ланов. — Москва : ИНФРА-М, 2023. — 180 с. — (Научная мысль).

ISBN 978-5-16-015841-9 (print)
ISBN 978-5-16-108221-8 (online)
В монографии рассматриваются беспилотные летательные аппараты, 

их назначение, классификация, история развития, аспекты построения 
математических моделей систем стабилизации беспилотных летательных 
аппаратов как многомерных многотактных непрерывно-дискретных и ин-
теллектуальных систем автоматического управления и электромагнитная 
стойкость их систем стабилизации.

Предназначена для курсантов и адьюнктов военно-морских училищ, 

а также может быть полезна для специалистов в области конструирования 
сложных систем автоматического управления.

УДК 623.746.-519(075.4)

ББК 39.52

ISBN 978-5-16-015841-9 (print)
ISBN 978-5-16-108221-8 (online)

© Черноморское высшее военно-морское 

училище имени П.С. Нахимова, 2020

Р е ц е н з е н т ы:
Новиков В.В., доктор технических наук, профессор;
Скатков А.В., доктор технических наук, профессор;
Зонтова Т.В., кандидат технических наук

А в т о р ы:
Крамарь В.А., доктор технических наук, профессор, профессор Черноморского 
высшего военно-морского училища имени П.С. Нахимова, профессор Севасто-
польского государственного университета;
Володин А.Н., кандидат технических наук, доцент, начальник кафедры бое-
вых средств флота Черноморского высшего военно-морского училища имени 
П.С. Нахимова;
Евтушенко Е.В., адъюнкт Черноморского высшего военно-морского училища 
имени П.С. Нахимова;
Макогон В.П., кандидат технических наук, старший научный сотрудник Черно-
морского высшего военно-морского училища имени П.С. Нахимова;
Харланов А.И., кандидат технических наук, доцент, докторант Военного учеб-
но-научного центра Военно-Морского Флота «Военно-морская академия име-
ни Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова»

Введение

Современные технологии придали ускорение совершен-

ствованию вооружения и военной техники, разработке вы-
сокоточного оружия и оружия, основанного на применении 
новых физических принципов. На вооружение ведущих стран 
мира поступают новейшие интегрированные комплексы высо-
коточного оружия, к которым относятся и комплексы с беспи-
лотными летательными аппаратами (БПЛА).

Одной из основных задач при применении БПЛА на флоте 

является сбор информации для выработки данных целеука-
зания при боевом применении ударного оружия в реальном 
масштабе времени [1].

БПЛА относится к роботизированным комплексам воен-

ного назначения, к которым, в отличие от роботизированных 
комплексов сухопутных войск, предъявляются высокие тре-
бования к стабилизации. Современная система управления 
комплексов БПЛА представляет собой совокупность функ-
циональных наземных (корабельных) и бортовых приборов, 
одновременная работа которых обеспечивает устойчивый 
и управляемый полет БПЛА в заданную точку [2]. 

Система управления БПЛА является совокупностью не-

скольких систем, среди которых одной из основных является 
система стабилизации, обеспечивающая высокие динамиче-
ские качества и аэроупругую устойчивость БПЛА. Качество 
реализации системы стабилизации непосредственно влияет 
на допустимые габариты полезной нагрузки, на возможности 
оптимизации конструкции БПЛА с целью снижения его массы. 
В БПЛА подсистемы, составляющие систему управления, ра-
ботают совместно до конца полета. Они связаны между собой 
функционально и информационно, но система стабилизации 
является более динамичной, а процессы, протекающие в ней, 
более быстротечны [2], что объясняется учетом внешних 

В.А. Крамарь, А.Н. Володин, Е.В. Евтушенко, В.П. Макогон, А.И. Харланов

и внутренних возмущений и их компенсацией с учетом пре-
дельно допустимых для данного БПЛА значений. Системы 
стабилизации нового поколения основаны на применении 
современной цифровой техники, что позволяет реализовать 
сложные законы управления, повысить надежность и чув-
ствительность систем, устойчивость управляемых объектов 
к возмущениям, уменьшить их габариты и массу. Но при этом 
порождает ряд новых проблем, связанных с потерей инфор-
мации между периодами квантования, отсутствием управ-
ления между ними, снижением точности при дискретизации 
сигналов. Это объясняет необходимость разработки новых 
классов моделей процессов управления динамическими объ-
ектами и методологии синтеза систем стабилизации их дви-
жения в частности.

Система стабилизации беспилотного летательного аппа-

рата представляет собой совокупность приборов и реализо-
ванных в бортовых ЭВМ алгоритмов, обеспечивающих устой-
чивое движение центра масс БПЛА [2]. 

Сложность синтеза системы стабилизации БПЛА требует 

наличия адекватной модели [3] ее описания и оценки точности 
движения, особенно над морской поверхностью. Синтез со-
временной системы стабилизации низкоскоростного (в срав-
нении с ракетами) объекта является сложной инженерной 
задачей, обусловленной тем, что процесс управления про-
странственным положением упругого тела переменной массы 
находится под сильным воздействием инерционных, грави-
тационных, аэродинамических сил и силы тяги двигательной 
установки в течение длительного времени выполнения полет-
ного задания.

Актуальными стали задачи синтеза многоконтурных 

систем стабилизации. Возрастающее использование процес-
сорных бортовых ЭВМ для управления беспилотными лета-
тельными аппаратами приводит к необходимости разработки 
многоконтурных систем, содержащих импульсные элементы 
с различными периодами квантования во времени. Период 

Беспилотные летательные аппараты, их электромагнитная стойкость  

и математические модели систем стабилизации

квантования зависит от частоты опроса датчиков сигналов 
через звено опроса, которая зависит от способа считывания 
данных. При этом опрос датчиков измерения физических 
величин (измерительных точек) осуществляется раздельно, 
когда этого требует состояние управляемого процесса. Выбор 
цикла опроса и времени реакции зависит от динамики про-
цесса и функций, выполняемых бортовой вычислительной ма-
шиной. Чем меньше время цикла, тем точнее и полнее получа-
емая информация. Однако если это время выбрано слишком 
малым, то существенно возрастает загрузка ЭВМ и остается 
мало времени на выполнение других программ. При большом 
времени считывания часть информации теряется, поэтому 
процесс может стать нестабильным. При выборе периода кван-
тования необходимо добиваться компромисса между обеими 
возможностями. 

Сложность процессов управления, обусловленных эф-

фектами квантования, наличием непрерывных и дискретных 
элементов, приводит к качественно новым явлениям в пове-
дении систем [4]. В настоящее время применяется два подхода 
к описанию непрерывно-дискретных систем: непрерывный 
и дискретный. В первом случае анализ и синтез проводится 
в непрерывной области, а полученные результаты синтеза под-
вергаются дискретизации. При возникающей аппроксимации 
непрерывных систем сужаются потенциальные возможности 
управления. При втором подходе система рассматривается 
в дискретной области, что приводит к качественным измене-
ниям [4]. 

Каждый из указанных подходов приводит к методическим 

погрешностям, так как связан с заменой непрерывно-дис-
кретной системы либо непрерывной, либо дискретной мо-
делью, каждая из которых отличается от исходной [4]. Аппарат 
формального описания процесса существенно усложняется 
при попытке расширить класс исследуемых систем. Провести 
синтез высокоточной системы стабилизации для такого слож-
ного объекта регулирования, как беспилотный летательный 

В.А. Крамарь, А.Н. Володин, Е.В. Евтушенко, В.П. Макогон, А.И. Харланов

аппарат, длительно выполняющий полетное задание над 
морем, обычными методами не представляется возможным 
из-за вычислительной сложности алгоритмов, реализующих 
эти методы и отсутствия адекватных моделей ее описания.

Для обеспечения устойчивости и повышения точности 

систем стабилизации БПЛА используются два направления: 
конструктивное и алгоритмическое. Кроме этого, одним 
из эффективных средств обеспечения устойчивости систем 
стабилизации БПЛА является рациональное размещение 
и ориентация чувствительных элементов системы управ-
ления, в том числе гироскопов и акселерометров. При исполь-
зовании специальных измерителей приходится определять 
место их размещения в корпусе летательного аппарата. Кор-
пусы современных БПЛА, как правило, представляют собой 
тонкостенные удлиненные конструкции цилиндрической 
формы, тона упругости которых соизмеримы с собственными 
частотами БПЛА как жесткого тела. Подавление упругих ко-
лебаний, которые часто являются причиной неустойчивости 
систем, является одной из наиболее сложных проблем при 
проектировании БПЛА. Упругость конструкции корпуса 
БПЛА оказывает неблагоприятное влияние на устойчивость 
и точность системы стабилизации [5]. Поэтому при синтезе 
системы стабилизации БПЛА необходимо обосновать эффективное 
расположение измерительных устройств на корпусе 
БПЛА.

Конструктивные способы обеспечения стабилизации 

упругих колебаний корпуса БПЛА приводят к усложнению 
конструкции БПЛА или к расширению приборного состава. 
Все это, в свою очередь, приводит к увеличению сухого веса 
БПЛА. Поэтому на практике распространены алгоритмические 
способы, позволяющие изменять частотные характеристики 
контура стабилизации [2]. 

Рассмотренные задачи решаются приближенными методами, 
при существенных допущениях, т.к. в настоящее время 
построение точных моделей является весьма трудоемким про-

Беспилотные летательные аппараты, их электромагнитная стойкость  

и математические модели систем стабилизации

цессом. Таким образом, важной и актуальной задачей является 
разработка адекватных проблемно-ориентированных моделей, 
являющихся основой синтеза системы стабилизации БПЛА. 

Глава 1  

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О БЕСПИЛОТНЫХ 

ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТАХ. РАЗВИТИЕ 

ПРИМЕНЕНИЯ БЕСПИЛОТНЫХ 

ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ 

В СОВРЕМЕННЫХ ВООРУЖЕННЫХ СИЛАХ 

И ПРОБЛЕМЫ ИХ СОЗДАНИЯ

1.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

В настоящее время существует несколько различных определений 
беспилотных летательных аппаратов. Например, 
в работе [6] дается следующее определение: «Беспилотный летательный 
аппарат – летательный аппарат, реализующий свое 
функциональное предназначение в автоматическом режиме 
в соответствии с заложенными в него алгоритмом и программами 
функционирования (крылатые ракеты, самолеты-разведчики 
и т.п.)», а в работе [7] определение имеет вид: «Беспилотные 
летательные аппараты – все летательные аппараты, 
не пилотируемые летчиком, в том числе и те, чей полет заранее 
запрограммирован на земле и не может быть скорректирован 
оператором в процессе его выполнения. Дистанционно пилотируемые 
аппараты могут летать как по заранее введенному 
в память бортового вычислителя маршруту, так и по корректирующим 
командам оператора». При этом в современном 
Военном энциклопедическом словаре [8] дается определение 
крылатой ракеты в следующем виде: «Крылатые ракеты – это 
беспилотные самолеты, которые могут пролететь большое рас-
стояние на высоте ниже пороговой для радиолокаторов ПВО 
противника и доставить к цели обычный или ядерный заряд». 

К классу БПЛА в ряде литературы относят управляемые ави-

ационные бомбы и планирующие бомбы. Современный уровень 

Беспилотные летательные аппараты, их электромагнитная стойкость  

и математические модели систем стабилизации

научно-технического прогресса позволяет при некотором доос-
нащении устройством наведения и аэродинамическими управля-
ющими поверхностями к классу БПЛА отнести и обычные авиа-
ционные бомбы [9]. Однако в дальнейшем, рассматривая объект 
исследования, будет использоваться термин «беспилотный лета-
тельный аппарат» в смысле определений [6, 7, 8, 10].

Опыт военных конфликтов последних десятилетий демон-

стрирует смещение центра вооруженной борьбы в воздушное 
пространство, где фактически обеспечивается достижение цели 
агрессии, в том числе с интенсивным использованием БПЛА. 
Главным в предстоящих военных конфликтах будут одновре-
менные действия высокоточных средств поражения различ-
ного базирования [11]. Применение управляемого оружия по-
зволяет наступающей стороне добиваться успеха без потерь 
пилотируемой авиации, а после подавления системы противо-
воздушной обороны противника обеспечить выполнение этой 
авиацией заданий с минимальными потерями. Боевой потен-
циал вооруженных сил для вооруженной борьбы в перспек-
тиве будет представлять собой совокупность высокоточного 
ударного и оборонного вооружения, которые смогут без при-
менения живой силы выполнять поставленные перед ними за-
дачи. В связи с этим роль сухопутных сил при решении боевых 
задач снижается, а на первый план выходят виды вооруженных 
сил, которые имеют на вооружении высокоточное оружие: воз-
душно-космические силы, военно-морской флот [11].

Использование БПЛА является перспективным направ-

лением в информационном превосходстве над противником, 
а также гарантирует высокоточное поражение важных эле-
ментов его обороны. БПЛА используются для решения раз-
личных задач. При применении над морской поверхностью 
БПЛА считаются эффективными средствами разведки, радиоэлектронной 
борьбы, борьбы с надводными (мобильными) 
целями, поиска минных полей и минных банок, поиска различных 
объектов противодесантной обороны противника, поисково-
спасательных операций. Кроме того, на БПЛА пред-

В.А. Крамарь, А.Н. Володин, Е.В. Евтушенко, В.П. Макогон, А.И. Харланов

полагается возлагать и задачу борьбы с подводными лодками 
противника [1].

В современных войнах в схемах оперативного построения 

массированного ракетно-авиационного удара эшелону беспилотных 
летательных аппаратов различного назначения придается 
передовое значение [12]. При этом БПЛА, включая и крылатые 
ракеты, не являются оружием первого удара в силу своей 
малой скорости полета и сравнительно небольшой массы боевой 
части (следовательно, сравнительно небольшой разрушительной 
силы и кинетической энергии боезаряда). В общем, 
тактические беспилотные ударные средства приобрели стратегический 
характер благодаря информационному обеспечению, 
уникальным летно-техническим и экономическим характеристикам, 
малозаметности и гибкости в организации удара [12].

Особенно эффективным является применение БПЛА длительного 
патрулирования для проведения доразведки цели 
как альтернатива осуществления доразведки крылатыми ракетами. 
С помощью БПЛА удается предотвратить демаскировку 
корабля, с которого производиться стрельба, и уменьшение 
расхода боекомплекта.

Определяя роль и место беспилотных летательных аппаратов 

в системе вооружения ВМФ России, следует исходить из того, 
что они должны использоваться там, где применение пилотируемых 
летательных аппаратов невозможно или нецелесообразно. 

Во-первых, БПЛА целесообразно применять для решения 

задач, сопряженных с высоким риском потерь авиации от воздействия 
сил и средств ПВО противника. Относительная 
простота беспилотных летательных аппаратов определяет 
их более низкую цену по сравнению с пилотируемыми летательными 
аппаратами.

Для современной вооруженной борьбы в воздухе особенно 

важно устранение риска потерь летного состава. Боеспособность 
группировок современной авиации в решающей степени 
определяется наличием подготовленного летного состава. 
Между тем на подготовку квалифицированного летчика не-