Hệ thống tự động điều khiển MiG-21BiS: từ có người lái đến không người lái

Thông tin khoa học công nghệ L. N. Lân, N. Vũ, H. M. Đắc, “Hệ thống tự động điều khiển đến không người lái.” 180 HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN MiG-21BiS: TỪ CÓ NGƯỜI LÁI ĐẾN KHÔNG NGƯỜI LÁI Lê Ngọc Lân1*, Nguyễn Vũ2, Hoàng Minh Đắc1 Tóm tắt: Bài báo đề cập đến hệ thống tự động điều khiển CAY-23ECH của máy bay MiG-21BiS bao gồm cấu tạo, thành phần, công dụng, chức năng; trên cơ sở đó đề xuất các giải pháp công nghệ: cải tạo và bổ sung các trang bị kỹ thuật giúp cho máy bay MiG-21 có thể hoạt động chế độ không người lái, tự động thực hiện: từ cất cánh, điều khiển bay hành trình, cơ động thực hiện nhiệm vụ, đến hạ cánh. Từ khóa: Tự động lái; Hoán cải MiG-21; UAV-MiG-21. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Xu hướng chiến tranh hiện tại và tương lai đang dần thay thế con người bằng các robot chiến trường, tên lửa hành trình, các máy bay không người lái (UAV), ... để hạn chế tối đa thương vong và tăng khả năng tác chiến. Các UAV chiến đấu (UCAV) đang được nhiều sự quan tâm trong những năm vừa qua. Có nhiều xu hướng trong phát triển các máy bay không người lái, một trong những xu hướng luôn được quan tâm và không ngừng phát triển đó là các UCAV cỡ lớn có khả năng mang được khối lượng lớn vũ khí, thiết bị phục vụ tác chiến tầm xa. Trong xu hướng phát triển các UAV cỡ lớn còn có định hướng cải tiến các máy bay có người lái trở thành các máy bay không người lái thực hiện các nhiệm vụ tác chiến phức tạp. Các máy bay này có khả năng mang khối lượng vũ khí lớn linh hoạt, trần bay cao và tốc độ lớn; nhiệm vụ này thực hiện có nhiều ưu điểm hơn với điều kiện công nghệ hiện nay của nhiều nước khó có thể phát triển các máy bay không người lái có khả năng tác chiến như trên. Trong khi đó các máy bay chiến đấu đang niêm cất cũng như tiến tới tiến hành niêm cất trong quân đội ta còn nhiều; những máy bay đó không còn phù hợp cho nhiệm vụ tác chiến có người lái nhưng đủ điều kiện trở thành các phương tiện bay không người lái. Hiện nay, chúng ta chưa có nghiên cứu nào thực hiện cải tạo máy bay chiến đấu thành máy bay không người lái. Trên thế giới đã có chương trình cải tiến MiG-21 trở thành máy bay không người lái (UAV) của Serya đã có công bố thử nghiệm và bay thử, được thực hiện vào năm 2007; ở Mĩ cũng có những thử nghiệm cải tiến máy bay F16 thành máy bay không người lái F-16- UCAV [1-3], đã có những thông tin bay thử thành công. Các công bố này đều ở dạng thông tin, thông báo. Trên cơ sở nghiên cứu các thành phần hệ thống trên máy bay, bài báo tập trung tập trung vào nghiên cứu hệ thống tự động lái của máy bay MiG-21 từ đó đề xuất giải pháp cần thiết để thực hiện hoán cải MiG-21 thành các máy bay không người lái, đánh giá sự khả thi của giải pháp cần thực hiện. 2. TỔNG QUAN HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG LÁI CAY-23ECH TRÊN MiG-21 2.1. Cấu tạo, công dụng và chức năng hệ thống CAY-23ECH 2.1.1. Công dụng, chức năng Hệ thống САУ dùng trên máy bay MiG-21BiS với mục đích nâng cao độ an toàn bay trong mọi chế độ từ cất cánh đến hạ cánh, trong những điều kiện thời tiết đơn giản cũng như phức tạp, bay ngày cũng như bay đêm [8]: + Đưa máy bay từ trạng thái bất kỳ trong không gian về bay bằng; + Đưa máy bay ra khỏi vùng độ cao nguy hiểm, sau đó đưa về bay bằng; Thông tin khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 59, 02 - 2019 181 + Làm giảm mệt mỏi cho phi công nhờ chống rung chu kỳ ngắn; + Ổn định góc nghiêng, góc chúc ngóc, góc hướng và độ cao cho trước; + Đảm bảo các đặc tính ổn định và điều khiển tối ưu nhờ việc tự động thay đổi tỉ số truyền theo tốc độ góc; + Tự động và bán tự động đưa máy bay vào hạ cánh đến độ cao 50  60 m. 2.1.2. Cấu tạo, thành phần hệ thống Cấu tạo và thành phần hệ thống CAY-23ECH được thể hiện trên hình 1. Thành phần chính của CAY-23ECH bao gồm: - Thành phần liên quan đo và xử lý tín hiệu vào: + ДПЛ-3: Truyền cảm quá tải naz. + ДОС (K, T): Truyền cảm liên hệ ngược. + ДУС-155 (K, T): Truyền cảm tốc độ góc nghiêng p, tốc độ góc chúc ngóc q. + ДУA-3: Truyền cảm góc tấn α. + БС-155A: Khối hiệp đồng; biến đổi tín hiệu góc nghiêng , góc chúc ngóc . + КПП: Đồng hồ chỉ huy bay; HПП: đồng hồ dẫn đường bay. + КВ: Bộ hiệu đính độ cao; điều chỉnh tín hiệu độ cao tỷ lệ với độ lệch độ cao khí áp của chuyển bay với độ cao cho trước. - Thành phần điều khiển và cơ cấu chấp hành: + ПУ-21: Bảng điều khiển; giúp phi công thiết lập các chế độ tự động lái. + БТУ: Khối điều khiển quỹ đạo bay; giúp hình thành luật điều khiển tự động và bán tự động vào hạ cánh. + БОВ-21: Khối độ cao nguy hiểm; tạo tín hiệu điều khiển máy bay thoát khỏi độ cao КСИ НПП ФЧВ РСБН КПП АГД КВ БУ-НПП БТУ ПУ Б0В-21 PБK- 155 MП-100 БK Cần lái БС- 155 БУM-K БУ-K PAУ-K Trợ lực a ДOC-K ДOC-T e Trợ lực PAУ-T БУM-T БУ-T ДПЛ-3 ДУA-3 ДУC-T ДУC-K Hình 1. Sơ đồ cấu trúc hệ thống CAY-23ECH. M ô h ìn h m áy b ay  naz α q ΔH apk ,  p Thông tin phản hồi từ máy bay АРК loc gs Thông tin khoa học công nghệ L. N. Lân, N. Vũ, H. M. Đắc, “Hệ thống tự động điều khiển đến không người lái.” 182 nguy hiểm và đưa máy bay về trạng thái bay bằng. + БОP-21: Khối hạn chế các chế độ, ngắt động cơ MП-100 khi α ≥200, thay đổi tỉ số truyền tốc độ góc chúc ngóc khi qua đài xa. + PKБ-155: Khối chuyển mạch: chuyển mạch các chế độ, tạo tỉ số truyền. + БУ-34 (K, T): Khối điều khiển; dùng thay đổi tỷ số truyền tốc độ góc nghiêng và góc chúc ngóc tùy thuộc vào chế độ bay. + РАУ-107 (K, T): Máy lái điều khiển các cánh lái liệng, cánh lái lên xuống. + БУМ -2M (K, T): Khối khuếch đại công suất; dùng tổng hợp và khuếch đại công suất điều khiển máy lái РАУ-107. + MП-100: Động cơ hỗ trợ điều khiển cánh lái lên xuống. + БУТ-21: Khối điều khiển động cơ phi chỉnh; dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ MП-100 theo các chế độ tự động và bán tự động vào hạ cánh. + e, a: cánh lái lên xuống và cánh lái liệng. 2.2. Nguyên lý hoạt động của CAY-23ECH mối liên hệ với các hệ thống khác Theo sơ đồ cấu trúc của hệ thống САУ, để thực hiện điều khiển máy bay trong các chế độ, hệ thống cần sử dụng các tín hiệu điều khiển: - Tín hiệu tốc độ góc nghiêng p và tốc độ góc chúc ngóc q được lấy từ truyền cảm con quay ДУC-155K, ДУC-155Т. - Tín hiệu góc nghiêng ϕ và góc chúc ngóc  được lấy từ truyền cảm AГД-1. - Tín hiệu góc hướng  được lấy từ truyền cảm ГA-2. - Tín hiệu hướng vô tuyến (КУР) lấy từ hệ thống la bàn АРК-10. - Tín hiệu góc lệch hướng Гloc và tín hiệu góc lệch tầm Гgs được lấy từ PCБH. - Tín hiệu quá tải đứng naz được lấy từ ДПЛ-3. - Tín hiệu góc tấn  được lấy từ ДУA-3. - Tín hiệu H được lấy từ bộ hiệu đính độ cao KB. - Tín hiệu chuẩn bị làm việc cho chế độ thoát khỏi độ cao nguy hiểm lấy từ đồng hồ độ cao vô tuyến РВУМ. Khi có lệnh điều khiển, kết hợp với thông tin về trạng thái máy bay được đưa vào trong hệ thống sẽ xác định lệnh điều khiển để đưa đến БУM-2M (K, T) để tác động điều khiển lên máy lái PAУ-107 (K, T) điều khiển cánh lái lên xuống, vị trí cánh lái được phản hồi qua truyền cảm ДOC (K, T). Tuy nhiên máy lái chỉ có tác động làm cánh lái thay đổi một vài độ (30, 10) cho nên bộ điều khiển còn điều khiển động cơ MП-100 để có thể điều khiển góc cánh lái lên xuống lớn hơn. 2.3. Nhận xét, đánh giá Qua nghiên cứu tìm hiểu MiG-21 và hệ thống CAY-23ECH nhận thấy: - Hệ thống đo lường điều khiển trên MiG-21 sử dụng công nghệ cũ có độ chính xác chưa cao, một số cần xây dựng phù hợp và số hóa chúng, một số truyền cảm cần thay thế, bổ sung các bộ đo lường hiện đại để có thêm thông tin cho điều khiển: hệ thống đo tốc độ, độ cao khí áo mới, đo cao lazer, GPS/INS, camera, .... - Hệ thống chỉ có khả năng hỗ trợ cho phi công: ổn định tham số góc và vào hạ cánh chưa có khả năng điều khiển cất hạ cánh, bay hành trình và cơ động thực hiện nhiệm vụ như các UAV. Cần xây dựng hệ thống tự động điều khiển bay: chương trình quản lý nhiệm vụ, thiết lập quỹ đạo và bộ điều khiển bám quỹ đạo theo từng nhiệm vụ và chế độ tương ứng đảm bảo: máy bay tự động cất hạ cánh, bay theo hành trình đặt trước. - Hệ thống điều khiển chỉ tác động cánh lái liệng và cánh lái hướng và góc điều khiển có giới hạn. Cần thêm kênh điều khiển góc hướng, đồng thời bổ sung hiệu chỉnh để đảm bảo điều khiển đủ góc cánh lái như khi điều khiển có người lái. Thông tin khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 59, 02 - 2019 183 - Xây dựng bộ điều khiển động cơ, điều khiển quá trình các cơ cấu chấp hành, bộ điều khiển các thiết bị mang. - Hệ thống đo lường và điều khiển trên máy bay cần thực hiện xây dựng một giao thức truyền thông hiện đại. - Hệ thống cần đảm bảo truyền nhận thông tin từ mặt đất, đảm bảo điều khiển từ xa (hỗ trợ quá trình cất hạ cánh khi cần thiết). - Ngoài ra cần sự hỗ trợ từ mặt đất cần xây dựng: các trạm điều khiển và truyền nhận dữ liệu từ mặt đất, các thiết bị hỗ trợ cất hạ cánh tự động 3. GIẢI PHÁP THỰC HIỆN BIẾN MiG-21 THÀNH UAV Thực hiện nhiệm vụ biến máy bay chiến đấu như MiG-21 thành các UAV là một nhiệm vụ phức tạp cần giải pháp tổng thể: xây dựng hệ thống trạm điều khiển và hỗ trợ mặt đất, đồng thời nâng cấp, hoán cải máy bay MiG-21 đáp ứng khả năng bay tự động. Giải pháp đề xuất có cấu trúc như hình 2 [5]. Toàn bộ hệ thống được thực hiện theo logic được thể hiện trên hình 3. Hình 2. Hệ thống cần xây dựng để biến MiG-21 thành UAV. Hình 3. Logic thực hiện điều khiển xây dựng trên UAV-MiG-21. 3.1. Xây dựng các trạm điều khiển mặt đất - Thu nhận dữ liệu chuyến bay, dữ liệu hình ảnh của chuyến bay về mặt đất; điều khiển thực hiện nhiệm vụ bay (ra lệnh cho máy bay thực hiện nhiệm vụ không trực tiếp điều khiển cơ động bay); - Có thể thực hiện điều khiển từ xa quá trình cất hạ cánh sử dụng phi công mặt đất tại đài chỉ huy CHC trên sân bay: tại đây phi công mặt đất có đầy đủ tham số bay và hình ảnh từ hệ thống quan sát bằng hình ảnh; Hệ thống điều khiển từ mặt đất: - Điều khiển quá trình thực hiện nhiệm vụ; - Điều kiển cất, hạ cánh. Cánh lái liệng, cánh lái lên xuống, cánh lái hướng, lực đẩy và các cơ cấu chấp hành khác của MIG-21 Luật điều khiển cơ bản: - Các bộ ổn định cơ bản - Trạng thái - Tốc độ - Độ cao, Điều khiển cơ động Logic các chế độ và chuỗi quá trình thực hiện nhiệm vụ Thông tin khoa học công nghệ L. N. Lân, N. Vũ, H. M. Đắc, “Hệ thống tự động điều khiển đến không người lái.” 184 - Xây dựng các hệ thống hỗ trợ cất hạ cánh: Trên các sân bay của chúng ta đã có các hệ thống dẫn đường hàng không và hệ thống hỗ trợ cất hạ cánh ILS chuẩn CATII, tuy nhiên để có thể thực hiện cho MiG-21 hạ cánh tự động cần nâng cấp hệ thống ILS chuẩn CATIII hoặc ILS bổ sung; cùng việc sử dụng các hệ thống DGPS. 3.2. Nâng cấp các hệ thống trên máy bay Việc nâng cấp các trang thiết bị trên máy bay là công việc đóng vai trò quyết định trong việc thực hiện biến máy bay chiến đấu thành các UAV, các nội dung cần thực hiện: - Xây dựng hệ thống truyền nhận thông tin từ mặt đất; - Xây dựng hệ thống đảm bảo điều khiển cất hạ cánh từ mặt đất; - Xây dựng các hệ thống quản lý và điều khiển thực hiện quá trình bay tự động (đây là một trong những nội dung quan trọng nhất trong quá trình thực hiện nhiệm vụ biến MiG-21 thành UAV); hệ thống sẽ nhận lệnh điều khiển từ mặt đất và điều khiển các thành phần hệ thống trên máy bay thực hiện theo. Hệ thống sẽ thực hiện nhiệm vụ độc lập khi mất tín hiệu lệnh điều khiển từ mặt đất (kể cả cất, hạ cánh và thực hiện nhiệm vụ chiến đấu). - Xây dựng bộ điều khiển động cơ; - Xây dựng các bộ điều khiển cho các cơ cấu chấp hành; - Xây dựng các bộ điều khiển các thiết bị mang theo; - Bổ sung và nâng cấp các hệ thống đo lường. - Các hệ thống này sẽ được ghép nối với nhau theo chuẩn truyền thông hàng không ARINC-429 (chuẩn truyền thông phổ biến trong các máy bay hiện đại). Cấu trúc của hệ thống đo lường và điều khiển được thể hiện trên hình 4. Hình 4. Cấu trúc hệ thống đo lường và điều khiển xây dựng trên UAV-MiG-21. 4. GIẢI PHÁP THỰC HIỆN CẢI TẠO, BỔ SUNG THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN TRÊN MiG-21 Để thực hiện hoán cải MiG-21 thực hiện bay tự động thì một trong những việc quan trọng cần thực hiện là xây dựng hệ thống tự động lái thực hiện cho phép thực hiện bay tự động, để thực hiện điều đó cần thực hiện nâng cấp cải tạo hệ thống đo lường trên máy bay; đồng thời cải tạo, nâng cấp và xây dựng các hệ thống điều khiển. 4.1. Cải tạo và bổ sung các thiết bị đo lường trên máy bay Hệ thống đo lường là thành phần quan trọng như tai, mắt của hệ thống điều khiển; việc cải tạo bổ sung để giảm thiểu sai số, bổ sung các tín hiệu đo là công việc quan trọng không thể thiếu. Cấu trúc hệ thống đo lường xây dựng cho UAV- Hệ thống điều khiển lái tự động Hệ thống điều khiển các cơ cấu chấp hành Hệ thống truyền nhận dữ liệu từ mặt đất Hệ thống GPS/INS, đo cao lazer và quan sát ảnh Bộ chuyển đổi truyền thông Bộ điều khiển động cơ Bộ điều khiển các thiết bị mang: tên lửa, camera Các hệ thống và truyền cảm trên máy bay Hệ thống điều khiển từ xa ARINC-429 Thông tin khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 59, 02 - 2019 185 MiG-21 được thể hiện trên hình 5. 4.1.1. Xây dựng bộ đo tham số góc Máy bay MiG-21 có con quay АГД và khối con quay ГA-2 để đo góc nghiêng, góc chúc ngóc, góc hướng. Trong hệ thống CAY-23ECH sử dụng БС-155 để khuếch đại và đo tín hiệu góc này tuy nhiên có độ chính xác không cao và cần được số hóa cung cấp cho hệ thống, cho nên cần thiết phải cải tạo hệ thống đo tham số góc cho phù hợp. a) b) Hình 6. Vector không gian điện áp stator và rotor trong hệ trục αβ. АГД và ГA-2 xác định góc nghiêng, góc chúc ngóc, góc hướng có nguyên lý hoạt động tương tự nhau. Đó là các hệ thống bám sát kiểu xen xin. Để thu nhận tín hiệu từ các xen xin phát trên các truyền cảm và biến đổi chúng thành tín hiệu số cung cấp cho hệ thống,  КСИ AРК АГД КВ Б0В-21 Các Bộ biến đổi TT/Số Bộ đo tham số góc РУBM Thiết bị quan sát ảnh Bộ đo tốc độ, độ cao khí áp ARINC-429 ДПЛ-3 ax, ay, az ДУA-3 α, β ДУC p, q, r ΔH Va, Ha apk Hradio ,  C ác b ộ tr uy ền t hô ng INS/ DGPS РСБН p, q, r, , , Pos Гgs, Гloc Các thiết bị hỗ trợ CHC (DT-ATLS) Các bộ thu/phát tín hiệu Trạm điều khiển và thông tin mặt đất Đo cao Lazer Hình 5. Cấu trúc hệ thống đo lường cho UAV-MiG-21. Hệ thống điều khiển lái tự động Trạm mặt đất Thông tin khoa học công nghệ L. N. Lân, N. Vũ, H. M. Đắc, “Hệ thống tự động điều khiển đến không người lái.” 186 cần thiết phải sử dụng 3 pha của các kênh xenxin. Mỗi pha lần lượt cho qua các biến áp đưa đến dải điện áp cho phép đo được; chọn thời điểm lấy mẫu thích hợp và xác định giá trị điện áp của các pha sau đó sử dụng phương pháp vector điện áp quay để xác định góc tương ứng. Theo phương pháp vector điện áp quay, điện áp của từng pha sẽ là hình chiếu của vector điện áp stator lên trục của cuộn dây tương ứng. Hình 6.a (hình trái) biểu diễn vector không gian điện áp stator trong hệ trục αβ. Khi rotor của xenxin quay một góc nhất định tạo ra vector điện áp stator một giá trị tương ứng tạo ra vector không gian điện áp stator tương ứng. Vector không gian điện áp stator là một vector có module xác định ( su  ) quay trong mặt phẳng phức một góc tương ứng góc quay của xenxin. Vector không gian điện áp stator su  và các pha điện áp được thể hiện ở hình 6.b (hình phải). Xác định được giá trị điện áp các pha tương ứng sẽ xác định được vector su  và xác định được góc lệch giữa rotor và stator của xenxin, chính là giá trị cần đo. Để làm cơ sở cho việc lấy mẫu giá trị điện áp các pha, cần thiết phải bổ sung kênh tín hiệu điện áp nguồn nuôi (36V, 400Hz) có tần số tương ứng với các pha của các kênh xenxin. 4.1.2. Xây dựng bộ đo tốc độ, độ cao khí áp và đo cao lazer Xây dựng các bộ đo tốc độ, độ cao khí áp mới: Các truyền cảm tốc độ, độ cao và tốc độ lên xuống theo khí áp trên MiG-21 sử dụng công nghệ cũ có độ chính xác không cao do đó cần sử dụng các bộ đo trên cở sở nguyên lý đo động, tĩnh áp bằng nguyên lý điện trở lực căng có độ chính xác cao hơn, đồng thời xây dựng bộ đo dựa trên cơ sở: Cơ sở lý thuyết về mối liên hệ giữa tham số độ cao tốc độ bay theo các tham số đầu vào là động, tĩnh áp và nhiệt độ không khí bên ngoài. Cơ sở lý thuyết này dùng để tổng hợp ra tham số độ cao và tốc độ khi thiết kế chế tạo các đồng hồ trước đây [4], [7]. Các mối liên hệ trên cụ thể như sau:   0 / 0 1 T P P H gR H                 (1)                           1 112 1 k k P P TRgV k k t d (2) Trong đó: H – độ cao bay; PH, P0 - tương ứng là tĩnh áp ở độ cao H và độ cao 0 m (ở mặt biển); R - hằng số khí lí tưởng; T0 - nhiệt độ chuẩn (288 0K); τ - hệ số thay đổi nhiệt độ theo độ cao. V - Tốc độ bay; g - Gia tốc trọng trường; R - hằng số khí lí tưởng; T - nhiệt độ của luồng khí hãm; Pd, Pt - tương ứng là áp suất động và áp suất tĩnh của dòng khí; k - hệ số (k = 1,4). Tốc độ thực và tốc độ lên xuống được xác định theo công thức:      1 2 00 0 H Hd t PT TPP V (3)  t t zzz daVV 0 0  (4) Trong đó: Pd - động áp của dòng khí; TH, PH - nhiệt độ và tĩnh áp của dòng khí; T0, P0 - nhiệt độ và tĩnh áp chuẩn; ρ0 - mật độ không khí chuẩn; ε - hệ số hiệu chỉnh tính tới độ nén của không khí. Thông tin khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 59, 02 - 2019 187 - Thiết bị đo cao lazer: Bổ sung thiết bị đo cao lazer có độ chính xác cao nhằm thực hiện đo cao ở độ cao thấp (<600m). Các thiết bị sẽ được bổ sung lắp đặt và có chuẩn truyền thông chuẩn cần xây dựng ghép nối với bộ chuyển đổi sang giao tiếp chuẩn ARINC-429. 4.1.3. Tích hợp INS, GPS và thiết bị quan sát ảnh - Tích hợp INS và GPS: Để thực hiện bay tự động cần xác định chính xác vị trí trong không gian do đó việc tích hợp hệ thống INS và GPS (DGPS) là cần thiết. Qua nhiều nghiên cứu cho thấy khi kết hợp INS với GPS và sử dụng các phương pháp lọc (Kalman) cho phép xác định vị trị một cách chính xác [6]. - Thiết bị quan sát ảnh: Sử dụng các camera quan sát toàn bộ phía trước của máy bay, truyền tham số hình ảnh về trạm mặt đất đảm bảo giúp phi công mặt đất điều khiển cất hạ cánh từ xa. 4.1.4. Tích hợp các hệ thống truyền nhận dữ liệu Hệ thống truyền nhận dữ liệu từ máy bay xuống trạm mặt đất cần được tích hợp. Các bộ truyền nhận dữ liệu đã được xây dựng theo các chuẩn truyền thông chuẩn ARINC-429 nên hoàn toàn có thể tích hợp vào hệ thống. 4.1.5. Xây dựng các bộ điều khiển từ xa Các bộ điều khiển từ xa xây dựng nhằm thực hiện các lệnh điều khiển từ mặt đất qua hệ thống truyền nhận dữ liệu điều khiển trực tiếp quá trình bay phục vụ cho quá trình cất hạ cánh từ phi công mặt đất. Bộ điều khiển từ xa sẽ trực tiếp phát lệnh cho các bộ khuếch đại và điều khiển cánh lái liệng, cánh lái lên xuống, cánh lái hướng và bộ điều khiển tay ga. 4.1.6. Xây dựng các bộ biến đổi các tham số đo khác - Góc tấn, góc trượt cạnh: Trên MiG-21 chỉ có truyền cảm góc tấn, cho nên bổ sung thêm truyền cảm góc trượt cạnh (các máy bay từ Su-22, Su-27 về sau này đều sử dụng). Các truyền cảm góc tấn và góc trượt cạnh là các biến trở xoay được cấp nguồn bằng điện áp +27V. Do đó tín hiệu ra chỉ cần đưa vào phân áp và biến đổi ADC để có được giá trị cần đo. Giá trị đo được đưa đến bộ truyền thông để truyền lên hệ thống theo chuẩn ARINC-429. - Quá tải đứng, quá tải ngang, quá tải cạnh: Truyền cảm quá tải sử dụng đo tín hiệu quá tải có tín hiệu ra tỉ lệ với quá tải. Do đó tín hiệu điện chỉ cần qua bộ biến đổi và biến đổi tương tự số sau đó chuyển lên hệ thống đo theo chuẩn ARINC-429. - Tốc độ góc chúc ngóc, góc nghiêng, góc hướng: Các bộ đo tốc độ góc sử dụng con quay 2 bậc tự do, qua cơ cấu biến đổi tạo tín hiệu ra là tín hiệu điện một chiều tỉ lệ với tốc độ góc quay. Do đó tín hiệu điện qua bộ biến đổi và qua bộ truyền thông để đưa lên hệ thống. 4.2. Cải tạo và xây dựng hệ thống lái tự động trên máy bay 4.2.1. Xây dựng hệ thống tự động lái Công việc quan trọng nhất trong việc xây dựng hệ thống tự động lái cho UAV-MiG-21 là thực hiện xây dựng máy tính điều khiển lái tự động. Máy tính điều khiển lái tự động sẽ nhận lệnh từ trạm mặt đất thực hiện xây dựng quỹ đạo thực hiện nhiệm vụ, đồng thời điều khiển bám quỹ đạo thực hiện nhiệm vụ: từ cất cánh, bay hành trình, cơ động chiến đấu và hạ cánh. Máy tính điều khiển lái tự động sẽ thực hiện điều khiển: các bộ khuếch đại và điều khiển các cánh lái; bộ điều khiển động cơ; bộ điều khiển các cơ cấu chấp hành khác và bộ điều khiển các thiết bị mang. Các lệnh điều khiển đều được truyền qua giao diện truyền thông chuẩn ARINC-429. Cấu trúc hệ thống được thể hiện trên hình 7. Thông tin khoa học công nghệ L. N. Lân, N. Vũ, H. M. Đắc, “Hệ thống tự động điều khiển đến không người lái.” 188 4.2.2. Cải tạo cơ cấu chấp hành Hệ thống tự động lái trên MiG-21 có nhiệm vụ hỗ trợ cho phi công trong quá trình bay, hệ thống không có kênh điều khiển hướng đồng thời máy lái PAY chỉ điều khiển cánh lái một vài độ (tùy từng kênh) không đáp ứng yêu cầu lái tự động. Do đó trên UAV-MiG-21 cần bổ sung kênh lái hướng và sử dụng máy lái phù hợp và bổ sung sự hỗ trợ của điều khiển động cơ MП để có thể điều khiển đầy đủ các góc cánh lái của từng kênh điều khiển. Ngoài ra cần thiết kế xây dựng lại bộ khuếch đại và điều khiển máy lái và động cơ MП. Máy lái và động cơ MП là động cơ một chiều 27V chỉ thực hiện quay thuận và quay ngược để thu và thả thanh truyền để thay đổi vị trí cánh lái. Do đó kết hợp với tín hiệu phản hồi vị trí từ ДOC sẽ thực hiện chế tạo bộ khuếch đại và điều khiển. 5. KẾT LUẬN Bài báo đã giới thiệu công dụng, chức năng, thành phần, cấu tạo của hệ thống tự động lái trên máy bay MiG-21; kết hợp với các nghiên cứu về các hệ thống của các UAV hiện đại đưa ra giải pháp cần thiết để thực hiện biến máy bay MiG-21 từ có người lái có thể thực hiện nhiệm vụ không cần người lái trên cabin. Nội dung đề cập giải pháp cần thiết từ các trang bị hộ trợ mặt đất (điều khiển và truyền nhận dữ liệu, hệ thống hỗ trợ cất hạ cánh); cho đến giải pháp xây dựng, cải tạo và bổ sung các trang thiết bị trên khoang cho MiG-21 có thể thực hiện bay tự động. Nghiên cứu đã đưa ra một cấu hình cơ bản, cần thiết của hệ thống đo lường và điều khiển trên UAV-MiG-21. Trên cơ sở đó có thể nghiên cứu để hiện thực hóa thực hiện biến các máy bay đã hết khả năng thực hiện bay có người lái thành các UCAV thực hiện nhiệm vụ của quân đội. Bài báo cho thấy được tính khả thi của nhiệm vụ hiện thực hóa MiG-21 thành UAV thực hiện nhiệm vụ của quân đội. Điều khiển từ mặt đất Điều khiển quản lý nhiệm vụ Các hệ thống: Cơ cấu chấp hành, thiết bị mang, Thiết lập quỹ đạo: CHC, hành trình, t/h nhiệm vụ Điều khiển bám quỹ đạo... Bộ điều khiển lái tự động Bộ điều khiển động cơ Các bộ KĐ và cơ cấu điều khiển bánh lái Hình 7. Cấu trúc hệ thống lái tự động trên UAV-MiG-21. Hình 8. Sơ đồ hệ thống điều khiển cho UAV-MiG-21. Máy tính điều khiển lái tự động Các bộ KĐ và điều khiển cánh lái liệng, cánh lái lên xuống, và cánh lái hướng PAУ-K,T,H Trợ lực a,e,r ДOC-K,T,H MП-100-K,T,H Thông tin khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 59, 02 - 2019 189 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] . Kenneth E. Thompson, “F-16 Uninhabited Air Combat Vehicles”, ISBN- 10: 9781288330188, BiblioScholar (November 21, 2012). [2] . Maj Chip Thompson, USAF, “F-16 UCAVs. A Bridge to the Future of Air Combat?”, Air and Space Power Journal, 155N. Twining Street, Maxwell AFB, AL, 36112-6026. [3] . Weigel, Stephen, “F-16 UCAVs: Adding Capability to the Block 15 Aircraft”. Lockheed Martin Tactical Aircraft Systems, Ft. Worth, TX, (22 Dec 97). [4] . Mike Tooley, “Aircraft Digital Electronic and Computer Systems: Principles, Operation and Maintenance”, ISBN-10: 1138168580, Routledge, 2 edition (2015). [5]. İsmet Çuhadar, Mahir Dursun, “Unmanned Air Vehicle System’s Data Links”, Journal of Automation and Control Engineering Vol. 4, No. 3, (June 2016). [6] . O Petrovska, U Rechkoska-Shikoska, “Aircraft precision landing using integrated GPS/INS system”, Transport Problems, (2013). [7] . Б раславский, Д.А., “Точность измерительных устройств” / Д.А. Браславский, В. В. Петров. – М. : Машиностроение, (1976), 312 с. [8]. Hệ thống tự động lái CAY-23ECH-Thuyết minh kỹ thuật. ABSTRACT AUTOMATIC CONTROL SYSTEM OF MIG-21: AIR COMBAT VEHICLE INTO UNINHABITED AIR COMBAT VEHICLE This work mentions the CAY-23ECH automatic control system of MiG-21BiS; on that basis, the paper proposes technological solutions: modifying and adding technical equipment to support MiG-21BiS automatic flight to perform the following tasks: take-off, cruise control, manoeuvre to perform tasks and landing. Keywords: Flight automatic control; MiG-21 modification; UAV-MiG-21. Nhận bài ngày 02 tháng 5 năm 2018 Hoàn thiện ngày 02 tháng 6 năm 2018 Chấp nhận đăng ngày 16 tháng 4 năm 2019 Địa chỉ: 1 Viện Khoa học và Công nghệ quân sự; 2 Cục khoa học quân sự. *Email: lengoclan12@gmail.com.