Формирование дельты

Дельта-форма — это схема полета, при которой несколько летающих объектов собираются вместе в форме буквы V, чтобы летать более эффективно. Каждый хвостовой объект расположен немного выше, чем передний, и использует воздух, перемещаемый передним объектом, для уменьшения сопротивления ветра. ^[1]

Дельта-формирование часто используется птицами для миграции на большие расстояния. ^[2] в самолетах и БПЛА. ^[3]

Самое известное использование дельта-формирования – ВВС США демонстрационная эскадрилья «Тандербердс» . Thunderbirds будут использовать шесть самолетов, которые собираются вместе, обычно в конце авиашоу , и летают плотным строем.

Преимущества и базовая механика

Полет в форме треугольника может обеспечить более длительное время полета с тем же количеством энергии. Это экономит время и ресурсы и снижает потенциальную необходимость остановки на опасных территориях.

Во время полета восходящая волна создается за крылом вихрями на законцовках крыла . Это воздух, который был направлен вверх для создания подъемной силы. В дельта-формации ведомый объект следует позади и немного выше ведущего. Это позволяет восходящему потоку от ведущего объекта создавать подъемную силу для идущего за ним объекта в полете. ^[1]^[2] При использовании избыточной подъемной силы от поводка ведомому объекту не нужно создавать такую большую подъемную силу, что приводит к повышению эффективности. Это можно использовать в больших дельта-формациях, что позволит повысить эффективность в масштабе. Поскольку избыточная подъемная сила от грузила уже создавалась, для этого не требуется больше энергии от грузила, а используется энергия, которая в противном случае не была бы использована. Это позволяет некоторым птицам использовать до 30% меньше энергии при полете дельтавидным строем. ^[4]

Тандерберды ВВС США

Дельта-формирование прославилось благодаря ВВС США воздушной демонстрационной эскадрилье «Тандербердс» . Когда «Тандерберды» летят дельтой, все шесть самолетов эскадрильи летят плотной дельтой . В тесном строю расстояние между самолетами может составлять всего 0,5 метра (1,5 фута). ^[5]

На шоу команда несколько раз формируется в дельте, и самолеты на краю строя отрываются для одиночных трюков, в то время как четверка в центре остается вместе. Трюки с формированием дельты обычно сохраняются до конца шоу. ^[5]

Супер Дельта

В 2021 году ВМФ «Голубые ангелы» и «Тандерберды» ВВС объединились в формирование «супердельта». В супердельте «Голубые ангелы» образуют типичное дельта-формирование в центре и окружены тремя «Тандербердами» с каждой стороны. ^[6] Команды смогли тренироваться вместе, а также получили дополнительное время для тренировок из-за из- за пандемии COVID-19 отмены авиашоу .

Практическое использование

Поскольку управление полетом становится все более автоматизированным, крупномасштабные групповые полеты становятся все более реалистичными. В целях экономии топлива многие производители БПЛА экспериментируют с использованием дельта-форм и подобных ей формирований в коммерческих целях.

БПЛА

Что касается беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), многие производители разрабатывают БПЛА, которые могут летать дельта-формой на большие расстояния для увеличения дальности полета. В этих формированиях, называемых роями, БПЛА будут запускаться с удаленной базовой станции, затем вместе лететь к месту назначения и разделяться, или отдельные подразделения могут отделиться от роя раньше. Затем они могли полететь обратно вместе строем или по отдельности. ^[3]

Применение БПЛА

В БПЛА повышение эффективности сочетается с уменьшением количества людей, необходимых для мониторинга крупных операций по запугиванию. Некоторые из вариантов использования включают в себя: ^[3]

Доставка последней мили : группа доставляет посылки в конечный пункт назначения из ближайшего узла. ^{[ нужна ссылка ]}
Наблюдение за сельскохозяйственными угодьями, где изображения с геотегами высокого разрешения могут помочь рассчитать нормализованный индекс разницы растительности (NDVI).
Сдерживание лесных пожаров , где пожар можно наблюдать, не подвергая людей риску, или использовать замедлители.
Правоохранительные органы , особенно на крупномасштабных мероприятиях
Пограничный патруль
Военное наблюдение

БПЛА связь

В стае БПЛА имеют заданную траекторию движения, головной БПЛА назначается источником информации. За лидером находится ориентир, вокруг которого ориентируются все БПЛА. Используя расположение БПЛА впереди, они рассчитывают для себя наиболее эффективную позицию. ^[8]

Расчет оптимальной позиции в строю БПЛА

${\begin{cases}{\dot {P}}x=Vcos(y)*cos(x)\\{\dot {P}}y=Vcos(y)*sin(x)\\{\dot {P}}z=Vsin(y)\\{\dot {V}}={\frac {Tcos(a-D)}{m-g*sin(y)}}+\Delta V\\{\dot {y}}={\frac {\frac {Tsin(a)cos(\sigma +Lcos(\sigma ))}{mV-gcos(y)}}{V+\Delta y}}\\{\dot {x}}=\left({\frac {T*sin(a)sin(\sigma )+Lsin(\sigma )}{mV+\Delta x}}\right)\end{cases}}$

Эта система уравнений может описать оптимальное расположение БПЛА в рое. «В этой конфигурации БПЛА можно рассматривать как систему точечной массы, где p = [p _x , py _, p _z ] ^Т обозначает положение БПЛА в инерциальной системе координат; V представляет воздушную скорость БПЛА; y, x представляют собой угол траектории полета и угол курса; L , T , D – подъемная сила, сила тяги и сила сопротивления соответственно; g — ускорение свободного падения, α и σ — угол атаки и угол крена соответственно; Δv, Δy, Δx представляют собой игнорируемые элементы модели, связанные с градиентом ветра и внешними возмущениями. Обозначим v _x = V cos(y) cos(x), v _y = V cos(y) sin(x), v _z = V sin y как скорость в инерциальной системе координат. Для простоты ускорение воздушной скорости определяется как , скорость набора высоты и скорость курса определяются как ω _y и ω _x соответственно. Тогда после преобразования динамику роя БПЛА можно приблизительно описать как следующую МАС второго порядка" ^[9]

Птицы

Птицы используют дельта-формацию, чтобы летать дальше, когда они летят группой. Чтобы максимизировать эффект, птицы меняют поводок, когда устают, чтобы позволить стае лететь дальше. Птицы эволюционировали, чтобы максимизировать строй, чувствовать птиц вокруг себя и располагаться в наилучшем возможном месте. Они также используют строй как визуальный ориентир, помогающий им оставаться вместе. ^[2]

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б «Почему гуси летают буквой V?» . Библиотека Конгресса . Проверено 12 ноября 2021 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с «Летайте как птица: наконец-то объяснено формирование V» . Новости Би-би-си . 16 января 2014 года . Проверено 12 ноября 2021 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Кэмпион, Митч; Ранганатан, Пракаш; Фарук, Салех (1 июня 2019 г.). «Архитектуры связи и управления роем БПЛА: обзор» . Журнал беспилотных транспортных систем . 7 (2): 93–106. дои : 10.1139/juvs-2018-0009 . ISSN 2291-3467 . S2CID 56702550 .
^ Патрисия Уолдрон (15 января 2014 г.). «Почему птицы летают V-образным строем» . Наука . doi : 10.1126/article.23697 (неактивен 31 января 2024 г.). {{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на январь 2024 г. ( ссылка )
^ Перейти обратно: ^а ^б «Тандербердс | Авиационная эскадрилья ВВС США | Британника» . www.britanica.com . Проверено 12 ноября 2021 г.
^ Павлик, Джина Харкинс, Ориана (4 марта 2021 г.). «Голубые ангелы и Thunderbirds объединяются, чтобы создать новую летающую группу «Супер Дельта»» . Military.com . Проверено 12 ноября 2021 г. {{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ См. рисунок 2 в Кабрал-Пачеко, Э. Джованни; Вильярреал-Рейес, Сальвадор; Галавиз-Москеда, Алехандро; Вильярреал-Рейес, Серхио; Ривера-Родригес, Рауль; Перес-Рамос, Альдо Э. (2019). «Анализ производительности протоколов многопролетной широковещательной передачи для распределенных приложений управления формированием БПЛА» . Доступ IEEE . 7 : 113548–113577. Бибкод : 2019IEEA...7k3548C . дои : 10.1109/ACCESS.2019.2935307 . S2CID 201651013 .
^ Кабрал-Пачеко, Э.; Вильярреал, Сальвадор; Галавиз-Москеда, Габриэль; Вильярреал-Рейес, С.; Ривера-Родригес, Рауль; Перес-Рамос, Альдо (14 августа 2019 г.). «Анализ производительности протоколов многопролетной широковещательной передачи для распределенных приложений управления формированием БПЛА» . Доступ IEEE . 7 : 113548–113577. Бибкод : 2019IEEA...7k3548C . дои : 10.1109/ACCESS.2019.2935307 . S2CID 201651013 .
^ Дун, Ци; Лю, Жибин (2023). «Управление формированием роя беспилотных летательных аппаратов с возмущениями: схема управления по заданию» . Приложения и методы оптимального управления . 44 (3): 1441–1462. дои : 10.1002/oca.2799 . ISSN 1099-1514 . S2CID 244196917 .

[:0-1] Перейти обратно: ^а ^б «Почему гуси летают буквой V?» . Библиотека Конгресса . Проверено 12 ноября 2021 г.

[:1-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с «Летайте как птица: наконец-то объяснено формирование V» . Новости Би-би-си . 16 января 2014 года . Проверено 12 ноября 2021 г.

[:3-3] Перейти обратно: ^а ^б ^с Кэмпион, Митч; Ранганатан, Пракаш; Фарук, Салех (1 июня 2019 г.). «Архитектуры связи и управления роем БПЛА: обзор» . Журнал беспилотных транспортных систем . 7 (2): 93–106. дои : 10.1139/juvs-2018-0009 . ISSN 2291-3467 . S2CID 56702550 .

[4] Патрисия Уолдрон (15 января 2014 г.). «Почему птицы летают V-образным строем» . Наука . doi : 10.1126/article.23697 (неактивен 31 января 2024 г.). {{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на январь 2024 г. ( ссылка )

[:2-5] Перейти обратно: ^а ^б «Тандербердс | Авиационная эскадрилья ВВС США | Британника» . www.britanica.com . Проверено 12 ноября 2021 г.

[6] Павлик, Джина Харкинс, Ориана (4 марта 2021 г.). «Голубые ангелы и Thunderbirds объединяются, чтобы создать новую летающую группу «Супер Дельта»» . Military.com . Проверено 12 ноября 2021 г. {{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[7] См. рисунок 2 в Кабрал-Пачеко, Э. Джованни; Вильярреал-Рейес, Сальвадор; Галавиз-Москеда, Алехандро; Вильярреал-Рейес, Серхио; Ривера-Родригес, Рауль; Перес-Рамос, Альдо Э. (2019). «Анализ производительности протоколов многопролетной широковещательной передачи для распределенных приложений управления формированием БПЛА» . Доступ IEEE . 7 : 113548–113577. Бибкод : 2019IEEA...7k3548C . дои : 10.1109/ACCESS.2019.2935307 . S2CID 201651013 .

[8] Кабрал-Пачеко, Э.; Вильярреал, Сальвадор; Галавиз-Москеда, Габриэль; Вильярреал-Рейес, С.; Ривера-Родригес, Рауль; Перес-Рамос, Альдо (14 августа 2019 г.). «Анализ производительности протоколов многопролетной широковещательной передачи для распределенных приложений управления формированием БПЛА» . Доступ IEEE . 7 : 113548–113577. Бибкод : 2019IEEA...7k3548C . дои : 10.1109/ACCESS.2019.2935307 . S2CID 201651013 .

[:02-9] Дун, Ци; Лю, Жибин (2023). «Управление формированием роя беспилотных летательных аппаратов с возмущениями: схема управления по заданию» . Приложения и методы оптимального управления . 44 (3): 1441–1462. дои : 10.1002/oca.2799 . ISSN 1099-1514 . S2CID 244196917 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]