AN APPROACH TO THE OPTIMIZATION OF FUEL CONSUMPTION IN UNMANNED AERIAL VEHICLES

Abstract

У статті запропоновано та теоретично обґрунтовано комплексний підхід до оптимізації споживання пального безпілотними літальними апаратами (БПЛА), який базується на інтеграції математичного моделювання енерговитрат, алгоритмічних методів оптимізації та аналізу траєкторій польоту у змінному середовищі. Актуальність дослідження зумовлена необхідністю підвищення рівня автономності БПЛА шляхом раціонального використання обмежених енергоресурсів, що є критичним фактором для успішного виконання тривалих місій. Досліджено вплив конструктивних параметрів апарата, його аеродинамічних характеристик, маси корисного навантаження та мінливих зовнішніх факторів, таких як просторово-змінні вітрові навантаження, складний рельєф місцевості та наявність зон обмеженого доступу. Запропонована нелінійна багатокритеріальна модель дозволяє визначати енергетично оптимальні траєкторії та швидкісні режими польоту, що забезпечують мінімізацію витрат пального при збереженні необхідної точності виконання завдань і дотриманні заданих фізичних та просторових обмежень. Важливою особливістю розробленого підходу є використання принципу ковзного горизонту (Model Predictive Control – MPC), який забезпечує можливість оперативної адаптації траєкторії та режимів роботи БПЛА до змін навколишнього середовища в режимі реального часу. Також обґрунтовано доцільність використання висотного профілю маршруту як активного параметра керування для залучення енергетичного потенціалу атмосферних потоків. Проведене моделювання та аналіз свідчать, що впровадження розробленого підходу дозволяє знизити споживання пального на 10–25 % порівняно з традиційними методами планування, орієнтованими лише на мінімізацію часу або відстані. Практичне значення дослідження полягає у суттєвому підвищенні економічності та надійності функціонування БПЛА, що відкриває нові перспективи для їх ефективного застосування у військових, цивільних, аграрних та комерційних сферах