دستیابی به بهترین عملکرد و رفتار اجسام پرنده کنترل پذیر، هدف اصلی مهندسان و طراحان سیستمهایکنترل پرواز می‌باشد. بهینه‌سازی مسیر یک جسم‌پرنده می‌تواند سبب بهبود عملکرد، کاهش هزینه، افزایش قابلیت و نتایج مطلوب دیگر گردد. بهینه‌سازی مسیر دانشی است که در آن راه‌های دستیابی به فرآیندهای دینامیکی بهینه ارائه می‌گردد. یکی از روش‌های یافتن تغییرات بهینه متغیرهای حالت، استفاده از کنترل بهینه است. از آنجائیکه پروازهای با بُرد و مداومت طولانی نیازمند برخی شکل‌های مدیریت سوخت می‌باشند، تحقیقات گسترده‌ای در حوزه‌ی کمینه‌سازی مصرف سوخت در حال انجام می‌باشد. در این مقاله حداقل مصرف سوخت برای یک هواپیمای بدون سرنشین در مرحله گشت‌زنی با مانور دایروی در یک منطقه از پیش تعیین شده ارائه گردید. معادلات حرکت پهپاد بر اساس مدل جرم نقطه‌ای توسعه یافته است. شرایط بهینگی از اصل حداقل‌یابی پانتریاگن با استفاده از تابع همیلتونین به دست آمده است. مصرف سوخت، به-عنوان معیار بهینه انتخاب و روش عددی مورد استفاده تکنیک پرتاب چند نقطه ای بوده است. به طور طبیعی انتظار می‌رود که انرژی باد بر مسیر پرواز تأثیرگذار باشد، به همین دلیل شبیه‌سازی‌های عددی با در نظر گرفتن اثر سرعت و جهت باد بر مانور گردش بهینه انجام شده است. نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که برای داشتن حداقل مصرف سوخت در پرواز گشت‌زنی در مسیر دایروی، لازم است که پهپاد پرواز متناوب نزولی و صعودی داشته باشد.
[1]Harada, M., Bollino, K., & Ross, I. M., “Minimum fuel circling for an unmanned aerial vehicle”, Proceedings of 2005 JSASS-KSAS Joint International Symposium on Aerospace Engineering, No. 025, 2005.
[2] Harada, M., & Bollino, K., “Fuel optimization if figure-8 flight for unmanned aerial vehicles”, AIAA Guidance Navigation, and Control Conference 10-13 August 2009, Chicago, lllinois (AIAA 2009-6011).
[3] Chen, R. H., & Speyer, J. L., “Improved endurance of optimal periodic flight”, AIAA Guidance, Navigation and Control Conference, 2006.
[4] Harada, M., & Bollino, K., “Minimum-cost trajectories for longitudinal flight of UAVs, AIAA Guidance”, Navigation, and Control Conference 2-5 August, Toronto, Ontario Canada, 2010.
[5] Malaek, S. M. B., Marzaabadi, M. A., & Sadati, S. H. “Minimum fuel trajectory in a 3/D time scheduled climb”, First Int. Conf. of the Iranian Aerospace Society, Sharif Univ.of Tech. AERO, 2000.
[6] Grimm, W., Well, K. H., & Oberle, H. J., “Periodic control for minimum-fuel aircraft trajectory”, Journal of Guidance and Dynamics, Vol. 9, No. 2, pp. 169-174, 1986.
[7] Franco, A., Valenzuela, A., & Rivas, D. “Optimal control of cruise flight at constantaltitude”, 27th International Congress of the Aeronautical Sciences, ICAS, 2010.
[8] Lavaei Yanesi, A. L., & Amir Atashgah, M. “Three-dimensional constrained optimal motion planning for a six-degree-of-freedom quadrotor helicopter for urban traffic purposes”, Modares Mechanical Engineering, Vol. 15, No. 5, pp. 13-24, 2015. (in Persian)
[9] Bahrami, M., & Sadati, S. H., “Minimum-time roll around the velocity-vector maneuver of aircraft”, Esteghlal Journal, 20, No. 1, September, 2001. (in Persion)
[10] Bryson, A. E., & Ho, Y. C, “Applied optimal control”, Hemisphere, Washington D. C., 1-89, 197.
[11] Kirk, D. E, “Optimal control theory an introduction”, Prentice-Hall Englewood Cliffs.NJ, pp. 184-310, 1970.
[12]Visser, H. G., Kelley, H. J., & Cliff. E. M., “Energy management of three-dimensional minimum-time intercept”, Journal of Guidance, Control and Dynamics, Vol. 10, No. 6, pp. 574-580, 1987.
[13] Bilimoria K. D., & Cliff. E. M.,“Singular trajectory in airplane cruise-dash optimization”, Journal of Guidance, Control and Dynamics, Vol. 12, No. 3, 304-310, 1989.
[14] Flight Stability And Automatic Control Robert C. Nelson , Second Edition , McGraw-Hill, 1998.
[14] Oberle, H. J., “Numerical computation of singular control functions in trajectory optimization problems”. Jorrnal of Guidance and Dynamics Vol 13 No1. pp.153-159, 1990.
[15] Seywald, H., Cliff, E. M., & Well, K. H, “Range optimal trajectories for an aircraft flying in the vertical plan”, Journal of Guidance, Control and Dynamics, Vol. 17, No. 2, pp. 389-398, 1994.
[16] Maurer, H. “Numerical solution of singular control problems using multiple shooting techniques”, Journal of Optimization Theory and Applications Vol 18 No 2, 153-159, 1990.
[17] Stoer, J., & Bulirsch, R. “Introduction to numerical analysis”, Springer-Verlag, pp.260-630, 1992.
[18] Teukolsky, P., & Flannery, “Numerical recipes in FORTRAN”, pp. 745-775, 1994.
[19] Oberle, H. J., "BNDSCO-A program for the numerical solution of optimal control problems," Internal Report No. 515-89/22, Institute for Flight Systems Dynamics, DLR, Oberpfaffenhofen, Germany, 1989.
)
