МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ГИБРИДНЫХ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК ДЛЯ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Аннотация

Исследование посвящено разработке и оптимизации гибридных силовых установок (ГСУ) для беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), ориентированных на выполнение долгосрочных полётных задач и повышение энергетической эффективности. В работе рассматривается научная проблема выбора эффективной конфигурации и стратегии управления энергией (EMS), которая обеспечивает максимальную продолжительность полёта при сохранении стабильности, надёжности и тепловой безопасности бортовой энергосистемы. Для моделирования режимов работы гибридных архитектур, включающих двигатель внутреннего сгорания, генератор, аккумуляторную систему и силовую электронику, была создана математическая модель. С использованием MATLAB/Simulink и Modelica поведение ГСУ оценивалось на различных этапах полёта — взлёте, крейсерском режиме, манёврах и посадке. Результаты исследования показали, что ключевым фактором увеличения автономности БПЛА является оптимальная стратегия EMS, обеспечивающая работу теплового источника в области максимальной эффективности и перераспределяющая переходные пиковые нагрузки на аккумулятор. Численные эксперименты подтвердили, что гибридизация снижает энергопотребление в крейсерском режиме и улучшает динамический отклик во время манёвров. При этом важнейшим условием является точность модели аккумулятора и соблюдение ограничений по SoC и температуре, поскольку их нарушение снижает теоретические преимущества гибридизации. Научная новизна работы заключается в формировании прикладных рекомендаций по проектированию ГСУ: калибровка карт эффективности, выбор «окон» SoC, правила ограничения тока, а также внедрение адаптивных алгоритмов EMS. Полученные результаты могут быть практически использованы как инструмент научного обоснования при проектировании перспективных платформ БПЛА для длительного патрулирования, высокоточной картографии и комплексного экологического мониторинга, включая выбор параметров гибридной силовой установки, настройку алгоритмов управления энергией и планирование полётных миссий.