Розробка та дослідження високоефективного блочно модульного машинного комплексу для наземного забезпечення польотів авіації

Abstract

Підвищення ефективності процесів наземного (аеродромно-технічного) забезпечення (далі – АТЗ) польотів повітряних суден (далі – ПС) державної авіації (далі – ДА) є важливим науково-практичним і технічним завданням, вирішення якого на основі принципів модульності та інтелектуального управління логістичними потоками дозволяє забезпечити підвищення мобільності та боєздатності авіаційних підрозділів ДА, у тому числі безпосередньо в умовах воєнного стану. В умовах воєнного стану у зв’язку зі зростанням інтенсивності експлуатації ПС ДА особливого значення набуває удосконалення організації процесів наземного (АТЗ) забезпечення польотів ПС ДА з використанням спеціальних транспортних засобів на аеродромах ДА, раціональне використання рухомого складу, зниження енергетичних витрат і мінімізація потреби в обслуговуючому персоналі. Існуюча система перевезень в межах аеродрому ДА характеризується низьким коефіцієнтом використання вантажопідйомності та пробігу, дублюванням транспортної роботи та підвищеною питомою енергоємністю транспортних процесів, що не відповідає принципам енергоефективності та адаптивності, які закладені в основу сучасних тенденцій розвитку автомобільного транспорту. Необхідність удосконалення системи наземного транспортного забезпечення узгоджується з положеннями Закон України «Про національну безпеку України» та Указ Президента України №121/2021 «Про рішення Ради національної безпеки і оборони України від 25 березня 2021 р. «Про Стратегію воєнної безпеки України»», які передбачають розвиток мобільності та технологічного оновлення сектору безпеки і оборони. Завдання впровадження інноваційних технічних рішень у сфері авіаційної інфраструктури закріплено у Постанова Кабінету Міністрів України №951 від 2021 р. «Про затвердження Державної цільової науково-технічної програми розвитку авіаційної промисловості на 2021–2030 роки», що створює нормативні передумови для високотехнологічного розвитку транспортних систем, в тому числі засобів аеродромно-технічного обслуговування (далі ЗАТО) ПС ДА. Актуальним є дослідження процесів формування транспортних потоків на обмеженій території аеродрому ДА, оптимізація структури парку спеціальних транспортних засобів (ЗАТО ПС ДА) та зниження питомих витрат енергії на одиницю виконаної транспортної роботи. Перехід до блочно-модульної технології, за якої один тягач транспортує декілька функціональних модулів змінного призначення, дозволяє розглядати систему наземного (АТЗ) забезпечення польотів ПС ДА як багатоланкову транспортну систему змінної конфігурації, а також впровадження електричного привода ведучих коліс, поворотних мостів і платформ, безпілотних енергомодулів відповідає сучасним вимогам до адаптивності, енергоефективності та маневреності спеціальних транспортних засобів (ЗАТО ПС ДА). Таким чином, розробка та дослідження високоефективного блочно модульного машинного комплексу для наземного (АТЗ) забезпечення польотів ПС ДА є актуальним науково-прикладним завданням, оскільки спрямована на вдосконалення методів організації транспортних процесів, підвищення ефективності використання рухомого складу та зниження енергетичних витрат у спеціальних умовах експлуатації. Дисертаційну роботу було виконано у межах індивідуального плану роботи аспіранта, робота виконувалася: – відповідно до рішення Ради національної безпеки і оборони України від 25 березня 2021 р. Про Стратегію воєнної безпеки України, введеного в дію Указом Президента України від 25 березня 2021 р. № 121/2021; – Державної цільової науково-технічної програми розвитку авіаційної промисловості на 2021–2030 роки, затвердженої постановою Кабінету Міністрів України №951 від 1 вересня 2021 р.; – Дорожньою картою розвитку авіаційних спроможностей України відповідно до стандартів НАТО, розробленою і представленою Міністерством оборони України 3 серпня 2025 р.; – «Транспортної стратегії України на період до 2020 року», схваленої розпорядження кабінету Міністрів України від 20 жовтня 2010 р. № 2174-р.; – Постанови Національної Ради з питань безпеки життєдіяльності населення № 3 від 25 грудня 1997 р. «Про відповідність вимог охорони праці машин, транспортних засобів, устаткування, які виготовляються в Україні»; – згідно з планом виконання науково-дослідної та дослідно конструкторської роботи за замовленням Національної академії Національної гвардії України державний реєстраційний № 0125U003321 від 12 вересня 2025 р. «Обгрунтування раціонального складу сил і засобів ремонтно-відновлювального органу при відновленні озброєння, військової та спеціальної техніки»; – згідно з планом виконання науково-дослідної роботи за державним замовленням державний реєстраційний № 0126U002107 від 23 лютого 2026 р. «Удосконалення системи керування поворотом безпілотних вантажівок з поворотними візками, що мають електропривід коліс». Мета і завдання дослідження. Метою дослідження є підвищення ефективності машинного комплексу для наземного аеродромно-технічного забезпечення польотів повітряних суден державної авіації шляхом використання модульного принципу побудови, за рахунок використання електричного приводу ведучих коліс та інтелектуального управління логістичними потоками. Для досягнення поставленої мети, необхідно виконати наступні завдання: – провести теоретичні дослідження визначення раціонального розподілу ресурсу спеціального автомобільного транспорту – засобів аеродромнотехнічного обслуговування для підготовки повітряних суден на аеродромах державної авіації; – провести теоретичне дослідження можливості використання енергетичних модулів з електричними двигунами; – провести експериментальні дослідження динамічних характеристик безпілотного енергомодуля з електричним приводом ведучих коліс. Наукова новизна отриманих результатів полягає у теоретичному обґрунтуванні та розробці нового методичного підходу до організації та проведення заходів наземного (аеродромно-технічного) забезпечення польотів повітряних суден державної авіації на основі принципів модульності та інтелектуального управління логістичними потоками. При цьому вперше запропоновано та науково обґрунтовано концепцію переходу від традиційної детермінованої схеми обслуговування «одне повітряне судно – один автомобіль» до гнучкої технології використання багатоланкових модульних засобів аеродромно-технічного обслуговування. Це дозволило формалізувати процес транспортування засобів аеродромно-технічного обслуговування як систему змінного складу, де один тягач забезпечує одночасну доставку до чотирьох функціональних модулів, що суттєво змінює топологію логістичних маршрутів на території аеродрому державної авіації. Удосконалено метод розрахунку процесу доставки технологічних матеріалів та інших матеріальних (матеріально-технічних) засобів, що на відміну від існуючих підходів, враховує в єдиному розрахунковому циклі техніко-експлуатаційні параметри рухомого складу, обсяги партій відправки та стохастичні чинники зовнішнього середовища. Отримало подальший розвиток застосування методів лінійного програмування для розв’язання задач раціонального розподілу обмеженого ресурсу спеціального автомобільного транспорту на аеродромі державної авіації. Встановлено раніше не враховану технологічну значущість показника кількості модулів у блоці. Доведено, що цей параметр є ключовим детермінантом мінімізації потреби у наземних авіаційних спеціалістах (технічному персоналі), навіть за умови його низької чутливості до прямих енергетичних витрат тягача. Отримала подальший розвиток теорія проектування модульних засобів аеродромно-технічного обслуговування повітряних суден державної авіації в напрямку використання електричного приводу ведучих коліс. Отримано взаємозв’язок між використанням електроприводу ведучих коліс і зменшенням непродуктивних втрат енергії на рух машин. Отримала подальший розвиток теорія повороту двовісних платформ в напрямку використання на двохланкових модульних засобах наземного забезпечення польотів повітряних суден державної авіації. Практичне значення отриманих результатів полягає у створенні дієвого інструментарію для підвищення оперативної ефективності та боєздатності авіаційних підрозділів державної авіації за рахунок оптимізації наземних логістичних процесів. Розроблено та програмно реалізовано алгоритм визначення оптимальної кількості спеціальних транспортних засобів у середовищі табличного процесора, що дозволяє службам та підрозділам аеродромно-технічного забезпечення польотів повітряних суден державної авіації здійснювати оперативне планування виробничого процесу в режимі реального часу, враховуючи конкретний тип повітряних суден та умови обстановки. Впровадження запропонованої блочно-модульної технології на прикладі авіаційної ескадрильї забезпечує значний системний ефект – пряма економічна вигода від скорочення паливних витрат та пробігу становить 2048,15 грн за один цикл заправки. При цьому досягається радикальна оптимізація людського ресурсу – потреба у наземних авіаційних спеціалістах (водіях засобів аеродромно-технічного обслуговування) зменшується на 75 % (з 21 до 5 осіб), що дозволяє ефективно розподіляти кадровий потенціал під час ведення бойових дій та у складних умовах експлуатації. Результати дослідження забезпечують скорочення загального часу підготовки ескадрильї повітряних суден державної авіації на 3,97 години на добу, що безпосередньо трансформується у підвищення мобільності у підготовці повітряних суден до вильоту та можливість швидкого реагування на динамічні зміни бойової обстановки. Запропоновані рішення щодо використання універсальних енергоблоків (тракторів) дозволяють оновити парк спеціальних транспортних засобів наземного забезпечення польотів повітряних суден державної авіації з меншими капітальними вкладеннями порівняно з придбанням одиничних спеціальних автомобілів на застарілих базових шасі. Основні положення дисертаційної роботи прийняті до впровадження на наступних підприємствах та в організаціях: Харківському національному автомобільно-дорожньому університеті, Харківському університеті національному Повітряних Сил імені Івана Кожедуба. Особистий внесок здобувача. Наукові результати досліджень, що винесені на захист, отримані автором самостійно. У спільних з іншими авторами роботах дисертантом використане наступне: у роботі [1] виконане дослідження транспортно-логістичного забезпечення ПС ДА на аеродромах ДА у контексті зв'язків між компонентами процесу, запропонована система, що оснащена багатоланковими модульними ЗАТО ПС ДА, які є найбільш економічно доцільними; у роботі [2] запропоновано алгоритм визначення оптимальної кількості спеціальних транспортних засобів (ЗАТО ПС ДА), в якому враховані умови підготовки ПС ДА, вплив зовнішніх природних умов та зміна нормативних значень визначених ресурсів; у роботі [3] запропоновано методику побудови транспортно-технологічних схем доставки матеріальних (матеріально-технічних) засобів забезпечення для обслуговування ПС ДА; в роботах [4-6] проведено аналіз проблем, наявних в системі наземного (АТЗ) забезпечення польотів ПС ДА, для подальшої постановки завдань дисертаційного дослідження; в роботі [7] запропоновано методику оцінки та розрахунків обґрунтування доцільності переходу до електроприводів ведучих коліс енергомодулів у складі блочно-модульних транспортно-технологічних систем з підвищеною енергоефективністю для наземного (АТЗ) забезпечення польотів ПС ДА; в роботі [8] розроблено схеми енерготехнологічних агрегатів, що забезпечують підвищення маневреності блочно-модульних ЗАТО ПС ДА та проведено порівняльний аналіз сил і моментів опору повороту при схемі з поворотними колесами та схемі з поворотними мостами; в патенті [9] обґрунтовано доцільність конструкції автотранспортного засобу з можливістю швидкої зміни довжини колісної бази для потреб Збройних Сил України (далі – ЗСУ); в роботах [10-12] проаналізовано доцільність та запропоновано використання електричного або електромеханічного приводу ведучих коліс ЗАТО ПС ДА з метою підвищення їх енергоефективності за рахунок зменшення коливань крутного моменту в порівнянні з приводом від двигуна внутрішнього згоряння; в роботах [13-15] розроблена та апробована методика проведення експериментального дослідження динамічних характеристик безпілотного колісного візка, який може бути складовою комплекса блочно-модульних ЗАТО ПС ДА.