Повышение точности и помехозащищенности элементов бортовых систем обеспечения безопасности полета летательных аппаратов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.05, кандидат технических наук Семенов, Алексей Владимирович

• Семенов, Алексей Владимирович
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Семенов, Алексей Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Проблема повышения безопасности полетов объектов авиационной техники.

1.2. Современные принципы построения алгоритмического и программного обеспечения бортовых систем летательных аппаратов

1.2.1. Особенности и средства разработки алгоритмического обеспечения бортовых систем.

1.2.2. Особенности стендовой отладки алгоритмов.

1.3. Системы обеспечения безопасности полета летательных аппаратов

1.3.1. Основные этапы и тенденции развития систем обеспечения безопасности полета.

1.3.2. Классификация систем обеспечения безопасности полета

1.4. Проблемные аспекты разработки систем обеспечения безопасности полета.

ГЛАВА 2. СИНТЕЗ И АНАЛИЗ АЛГОРИТМОВ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СИСТЕМ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ КРИТИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ.

2.1. Методы измерения вектора воздушной скорости вертолета на основе средств восприятия давлений размещенных в некотором опорном потоке.

2.2. Общие алгоритмы вычисления составляющих вектора воздушной скорости на основе показаний двухстепенного флюгера.

2.3. Аэродинамические погрешности приемников воздушных давлений датчика вектора скорости. Математическое моделирование внешнего обтекания датчика ДВС-ВЗ

2.4. Методика проведения летных испытаний вертолета и формирования действительных значений высотно-скоростных параметров

2.5. Разработка алгоритмов вычисления высотно-скоростных параметров на основе показаний датчика вектора скорости ДВС-ВЗ методами регрессионного анализа.

2.6. Статистический анализ точности вычисления основных вы-сотно-скоростных параметров полета вертолета по разработанным алгоритмам.

2.7. Корректировка алгоритмов по результатам ЛИ.

2.8. Результаты и выводы.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ И МЕТОДИК ОЦЕНКИ ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТИ КАНАЛОВ ФОРМИРОВАНИЯ

ПРЕДУПРЕЖДАЮЩЕЙ СИГНАЛИЗАЦИИ.

3.1. Разработка моделей и методики оценки помехозащищенности по каналам формирования сигнализации о достижении максимально-допустимых значений приборной скорости и числа М в условиях турбулентности атмосферы.

3.1.1. Структура математической модели формирования и прохождения турбулентных возмущений по каналам приборной скорости и числа М.

3.1.2. Математическое описание первичной аэрометрической информации.

3.1.3. Математическое описание турбулентных возмущений.

3.1.4. Математическая модель формирования полного давления, искаженного турбулентными возмущениями.

3.1.5. Математическая модель пневмотрактов.

3.1.6. Математическая модель формирования приборной скорости и числа М в системе воздушных сигналов.

3.1.7. Математическая модель формирования текущих (Упр и М) и упредительных (У,|р+АУ1|руПр; М+АМупр) сигналов в системах типа СПКР. по

3.2. Разработка имитационных моделей и апробация методики оценки помехозащищенности по каналу приборной скорости на примере системы воздушных сигналов СВС-В28 с функцией формирования сигнализации о достижении максимально-допустимого значения приборной скорости.

3.2.1. Алгоритмы формирования текущих и упредительных сигналов приборной скорости при отработке предупредительной сигнализации системой СВС-В28.

3.2.2. Разработка имитационной модели и проведение моделиро- 112 вания

3.2.3. Результаты моделирования.

3.3. Разработка моделей и методики оценки помехозащищенности по каналу формирования сигнализации о достижении максимально-допустимого значения угла атаки.

3.3.1. Математическая модель флюгерного датчика аэродинамических углов.

3.3.2. Разработка имитационных моделей и апробация методики оценки помехозащищенности по каналу угла атаки на примере системы воздушных сигналов СВС-В1-25 с функцией формирования сигнализации о достижении максимально-допустимого значения угла атаки.

3.3.2.1. Алгоритмы формирования текущих и упредительных сигналов по углу атаки при отработке предупредительной сигнализации системой СВС-В1-25.

3.3.2.2. Разработка имитационных моделей и проведение моделирования

3.3.2.3. Результаты моделирования.

3.4. Результаты и выводы.

Глава 4. РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ АНАЛИЗА РЕЗУЛЬТАТОВ ЛЕТНЫХ ИСПЫТАНИЙ И ОПТИМИЗАЦИИ АЛГОРИТМОВ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛИЗАЦИИ О ПОПАДАНИИ В СДВИГ ВЕТРА.

4.1. Влияние сдвига ветра на взлет и посадку самолетов и методы его предупреждения и обнаружения.

4.2. Принципы построения бортовой системы обнаружения сдвига ветра.

4.3. Задачи и цели математического моделирования.

4.4. Структура комплекса математических моделей для отработки алгоритмов формирования сигнализации о попадании в сдвиг ветра

4.5. Математическая модель возмущенного движения самолета в условиях ветрового воздействия.

4.6. Математическое описание ветровых возмущений.

4.6.1. Расчетные профили горизонтальной и вертикальной составляющих скорости ветра.

4.6.2. Вертикальная турбулентная составляющая скорости ветра

4.6.3. Горизонтальная турбулентная составляющая скорости ветра

4.7. Оценка параметров настройки фильтров в алгоритмах обнаружения опасного сдвига ветра на базе разработанного комплекса математических моделей.

4.8. Анализ результатов летных испытаний системы КСЭИС-100 с функцией обнаружения опасного сдвига ветра на базе разработанного комплекса математических моделей.

4.9. Результаты и выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение точности и помехозащищенности элементов бортовых систем обеспечения безопасности полета летательных аппаратов»

Научно-технический прогресс во многих отраслях народного хозяйства и в военной области сопровождается проблемами обеспечения надежности и безопасности используемой техники. В связи с широким развитием энергетики, различных транспортных систем, энергетических и экологически опасных производств проблемы надежности и безопасности поднялись на качественно новый уровень, так как связаны с опасностью для жизни людей и окружающей среды. Первостепенное значение приобретают вопросы предупреждения и предотвращения критических режимов работы различных технических объектов и возникающих опасных ситуаций путем использования специальных инструментальных средств обеспечения безопасности.

К области техники, в которой безопасность является проблемой номер один, относится авиация, где все достижения теории и практики безопасности находят наиболее быструю реализацию.

В период начального становления и развития авиации основная ответственность всегда лежала на летчике, на его способностях оценивать ситуацию и принимать меры по ее устранению. Сущность мер безопасности сводилось к умению летчика посадить самолет в любых самых сложных условиях. По мере прогресса авиационной техники совершенствовались и технические средства обеспечения безопасности полета. Появились авиационные парашюты, стали применяться средства защиты от высотных факторов, постоянно расширялся круг приборов и контролируемых показателей, но функция контроля, оценки и принятия решений оставалась за самим летчиком.

Начиная с 40-х гг. основные усилия разработчиков летательных аппаратов были. направлены на повышение надежности авиационной техники. Фактически история развития авиации является ярким примером развития средств и способов защиты экипажей и пассажиров, обеспечения безопасности полетов.

Анализ статистических данных по аварийности военной авиации за период 1961- 2000 гг. в СССР и России свидетельствует о высокой экономической и социальной значимости проблемы обеспечения безопасности полетов. За этот период произошло более 4500 авиационных происшествий, в том числе около 2000 аварий и более 2500 катастроф. В результате авиационных происшествий потеряно более 4600 самолетов, погибло более 5500 человек [89]. Средний налет на одно авиационное происшествие за рассмотренный период для военной авиации составил примерно 20 тыс. часов. Изменение среднего налета на одно авиационное происшествие в военной авиации по годам представлено на рис. В.1.

180 зо

1961- 1966- 1971- 1976- 1981- 1986- 1991- 19961965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000

НШ Среднее количество АП в год —4— Средний налет на 1 АП, тыс.ч

Рис В.1. Уровень аварийности в военной авиации в период с 1961 по 2000 год

Анализ данных аварийности за последние 10 лет указывает на то, что при некотором снижении абсолютного числа авиационных происшествий, общий уровень аварийности в военной авиации (по величине налета на 1 авиационное происшествие) практически не изменился. Заслуживает внимания тот факт, что при существенном снижении уровня аварийности в США и других странах запада, уровень безопасности полетов в военной авиации РФ в 2.3 раза ниже, чем в США. Средний налет на одно авиационное происшествие в военной авиации США составляет 60. 70 тыс, часов. Более того, по оценкам американских специалистов, даже такой уровень безопасности полетов считается неудовлетворительным для существующих ЛА и является неприемлемым для перспективных ЛА из-за их высокой стоимости и большой тяжести последствий от авиационных происшествий.

Тем самым, уровень аварийности в военной авиации РФ остается неудовлетворительным и существенно уступает достигнутому мировому уровню. Аналогичная картина наблюдается и в гражданской авиации РФ.

Таким образом, развитие и эффективность применения авиационной техники неразрывно связаны с проблемой безопасности полетов, обеспечение которой представляется определяющим как для гражданской, так и для военной авиации. Важность проблемы непрерывно возрастает в связи с усложнением авиационной техники, расширением круга выполняемых функциональных задач и интенсификацией ее использования.

На сегодняшний день при проектировании бортовых систем обеспечения безопасности полета (СОБП) остается актуальной задача необходимости создания алгоритмических, аппаратных и программных средств обеспечения их функционирования, а также разработки вариантов построения, методик моделирования и оценки эффективности применения СОБП на различных режимах полета и на различных ЛА.

Целью диссертационной работы является повышение безопасности пилотирования и эффективности применения объектов авиационной техники за счет разработки новых алгоритмов функционирования СОБП, а также математического обеспечения для оценки их эффективности и помехозащищенности, как по результатам вычислительных экспериментов, так и по результатам летных испытаний.

Поставленная цель достигается решением следующих задач.

1. Исследование причин возникновения летных происшествий и опасных факторов, влияющих на снижение безопасности полетов ЛА.

2. Выявление принципов разработки и стендовой отладки алгоритмического и специального программного обеспечения (СПО) бортовых систем ЛА.

3. Разработка методики проведения летных испытаний (ЛИ) вертолета и формирования действительных значений высотно-скоростных параметров (ВСП) для задач синтеза и анализа алгоритмов вычисления вектора скорости.

4. Проведение математического моделирования внешнего обтекания датчика вектора скорости ДВС-ВЗ с целью выявления аэродинамических погрешностей приемников воздушных давлений (ПВД).

5. Разработка алгоритмов вычисления высотно-скоростных параметров на основе показаний датчика вектора скорости ДВС-ВЗ методами регрессионного анализа.

6. Проведение статистического анализа точности вычисления основных высотно-скоростных параметров полета вертолета по разработанным алгоритмам.

7. Проведение корректировки алгоритмов вычисления высотно-скоростных параметров по результатам летных испытаний.

8. Разработка математических моделей и методики оценки помехозащищенности по каналам формирования сигнализации о достижении максимально-допустимых значений приборной скорости и числа М в условиях турбулентности атмосферы.

9. Разработка имитационных моделей и апробация методики оценки помехозащищенности по каналам приборной скорости и числа М на примере типовой системы с функцией формирования сигнализации о достижении максимально-допустимых значений приборной скорости и числа М.

10. Разработка математических моделей и методики оценки помехозащищенности по каналу формирования сигнализации о достижении максимально-допустимого значения угла атаки.

11. Разработка имитационных моделей и апробация методики оценки помехозащищенности по каналу угла атаки на примере типовой системы с функцией формирования сигнализации о достижении максимально-допустимого значения угла атаки.

12. Анализ явления сдвига ветра и принципов построения бортовой системы обнаружения сдвига ветра.

13. Разработка комплекса математических моделей для анализа результатов летных испытаний и настройки алгоритмов формирования сигнализации о попадании в сдвиг ветра под конкретные типы ЛА.

14. Проведение оценки параметров настройки фильтров в алгоритмах обнаружения опасного сдвига ветра на базе разработанного комплекса математических моделей.

15. Проведение анализа результатов летных испытаний типовой системы с функцией обнаружения опасного сдвига ветра на базе разработанного комплекса математических моделей.

При решении поставленных задач предполагается использовать методы математического моделирования, анализа и синтеза измерительных систем при детерминированных и случайных воздействиях, имитационного моделирования и экспериментальных исследований, теории вероятности и математической статистики, методы стендовых и натурных испытаний бортовой аппаратуры.

Особенностью построения диссертационной работы является то, что предложенные алгоритмы и методики их анализа и верификации апробированы в составе тех или иных бортовых СОБП (СВС-В28, СВВД-28, СВС-В1-25, СПКР-85, КСЭИС-100 и др.) в ходе проведения летных испытаний объектов авиационной техники и на стадиях проведения ПЗИ и МВИ (см. Приложение 1).

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 97 наименований, 12 приложений и содержит 194 машинописных страницы основного текста, иллюстрирована 48 рисунками и 22 таблицами.

Заключение диссертации по теме «Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления», Семенов, Алексей Владимирович

Основные результаты работы можно сформулировать следующим образом.

1. Представлен анализ проблемы повышения безопасности полетов объектов авиационной техники, в ходе которого по результатам анкетирования авиационных специалистов дана оценка уровней значимости опасных факторов, снижающих безопасность полетов. Раскрыты основные направления, по которым решается задача повышения безопасности полетов, а именно, теоретическое, техническое, эргономическое и организационно-методическое.

2. Рассмотрены современные принципы построения алгоритмического и программного обеспечения бортовых систем и комплексов ЛА, которые обусловлены имеющимися тенденциями в их развитии, а именно: перераспределение функций между программным и аппаратным обеспечением, повышение степени ответственности и усложнение математического (алгоритмического) обеспечения, необходимость переноса алгоритмической составляющей на различные аппаратные платформы. Выделены две основные задачи, которые необходимо решить при разработке алгоритмического обеспечения бортовых систем: (1) функционально разделить задачи специалиста, формирующего логику работы изделия, и разработчика программного обеспечения в целях обеспечения независимости их работы; (2) обеспечить возможность разработки и предварительной верификации алгоритмического обеспечения вне зависимости от фактического наличия создаваемой аппаратной платформы.

3. Представлен анализ основных этапов и тенденций развития СОБП, предложена их классификация. Показаны проблемные аспекты разработки СОБП, на решение которых направлена диссертационная работа.

4. Рассмотрена проблема измерения малых воздушных скоростей (до 70 км/ч) полета вертолета и пути её решения для устройств и систем, в. которых средства восприятия давлений размещены в некотором опорном потоке. Показано, что устройства и системы, в которых в качестве опорного потока используется индуктивный поток от несущего винта вертолета, обладают рядом преимуществ. При этом, выделены проблемные недостатки, с которыми приходится сталкиваться при разработке бортовых измерителей данного класса.

5. Рассмотрены общие алгоритмы измерения составляющих вектора воздушной скорости вертолета на основе данных с датчика вектора скорости, представляющего собой двухстепенной флюгерный приемник полного и статического давления, установленный в индуктивном потоке несущего винта и свободно ориентируемый по потоку.

6. Проведено математическое моделирование внешнего обтекания датчика вектора скорости ДВС-ВЗ разработки ОАО «УКБП» средствами конечно-элементных методов в системе моделирования движения жидкости и газа Р1о\уУ1бюп у2.1. Получены зависимости погрешности восприятия полного и статического давлений от скорости набегающего воздушного потока. Предложены пути компенсации аэродинамических ошибок восприятия статического давления, как конструктивными, так и программными методами.

7. Разработана методика проведения летных испытаний вертолета с установленным на борту датчиком вектора скорости ДВС-ВЗ с целью формирования действительных значений высотно-скоростных параметров и получения массивов полетной информации для дальнейшего проведения регрессионного анализа и разработки алгоритмов определения составляющих вектора воздушной скорости вертолета. Рассмотрена методика определения действительных значений вектора воздушной скорости, углов атаки и скольжения, статического давления и барометрической высоты, полного давления, а также температуры воздуха с использованием информации СБТИ и бортовых систем. Проведена оценка погрешности эксперимента по определению действительных значений высотно-скоростных параметров с использованием информации СБТИ и бортовых систем. Выдвинуты требования к системе бортовых измерений, а именно к её составу, к перечню подлежащих регистрации параметров, к точности и частоте регистрации параметров, к виду представления массивов полетной информации. Разработана программа летных испытаний и выдвинуты требования по режимам полета, которые должны быть выполнены в процессе летного эксперимента. Выдвинуты требования к методике обработки, анализа и оценки результатов испытаний.

8. Разработаны алгоритмы вычисления составляющих вектора скорости и высоты полета на основе информации от датчика вектора скорости ДВС-ВЗ для вертолета Ми-28Н, в основе которых лежит математическая модель индуктивного потока, определяемая методами регрессионного анализа по результатам летных испытаний. Получены коэффициенты аппроксимирующего полинома для вычисления составляющих вектора индуктивной скорости и поправки по барометрической высоте, которые вычислялись путем многомерной полиномиальной регрессии 2-го порядка в зависимости от тригонометрических функций углов ориентации датчика ДВС-ВЗ относительно связанных осей вертолета в месте установки датчика, модуля вектора суммарной воздушной скорости и воспринятого статического давления.

9. Проведен статистический анализ точности вычисления основных высотно-скоростных параметров полета вертолета по разработанным алгоритмам. Выявлено, что по всей совокупности режимов полета входящих в область регрессионного анализа математические ожидания и среднеквадра-тические значения погрешности вычисления составляющих вектора воздушной скорости в связанной системе координат составили: по продольной составляющей:'шодух =-0.4 км/ч, аДух = 5.82 км/ч; по вертикальной составляющей: т0дуу= 1-27 км/ч, стДуу = 7.65 км/ч; по поперечной составляющей: г^одуг= 0.73 км/ч, стДу2 = 5.89 км/ч; погрешности вычисления абсолютной высоты: тоиабс==2.08 м, стнасс = 6.47 м, что свидетельствует об адекватности разработанных алгоритмов. Кроме того, получена статистика распределения погрешностей по отдельным режимам (висение, боковые перемещения, продольные перемещения, горизонтальные площадки, полеты со скольжением и набором высоты, вертикальные наборы высоты и снижения, разгоны-торможения, пикирование), которая показывает, что систематическая составляющая погрешности (математическое ожидание) укладывается в допуски регламентированные технических заданием на систему СВС-В28Н. Для подавления шумовой составляющей в сигналах полного и статического давления определяющей дисперсию ошибки определения основных ВСП предложен цифровой фильтр второго порядка с постоянной времени Т = 0.5 с, значение которой подобрано исходя из характеристик спектральной плотности шума.

10. Выявлена корреляция погрешности измерения составляющих вектора воздушной скорости в связанной системе координат от значения вертикальной скорости в земной системе координат и от углов ориентации связанной системы координат относительно земной, а именно углов крена и тангажа. Проведена корректировка разработанных алгоритмов с целью повышения точности вычисления составляющих вектора воздушной скорости полета на динамических режимах (вертикальный набор высоты и снижение, разгон-торможение, пикирование, кабрирование и др.). Введены дополнительные поправочные коэффициенты для корректировки составляющих вектора индуктивной скорости, которые вычислялись путем многомерной полиномиальной регрессии 1-го порядка в зависимости от углов крена и тангажа, а также вертикальной бароинерциальной скорости.

11. Разработана методика оценки помехозащищенности по каналам формирования сигнализации о достижении максимально-допустимых значений приборной скорости и числа М в условиях турбулентности атмосферы для систем типа СПКР. Данная методика получила свою реализацию в виде математической модели измерительно-вычислительных трактов формирования, передачи и преобразования информации по каналам приборной скорости У1Тр и числа М, начиная с «зарождения» первичной аэродинамической информации в атмосфере и заканчивая выдачей текущих и «упредительных» сигналов Упр и М системой предупреждения критических режимов. Модель включает в себя следующие структурные составляющие: математическое описание первичной аэрометрической информации; математическое описание турбулентных возмущений, как для «чистого», так и для «грозового» неба; математическая модель вырезающего фильтра рабочих частот; > математическая модель формирования полного давления, искаженного турбулентными возмущениями; ^ математическая модель пневмотрактов; математическая модель формирования Упр и М системой воздушных сигналов, включающая динамические характеристики этой системы; алгоритмическое описание формирования текущих (У„р ; М) и «упреди-тельных» (Упр+АУпр у11р; М + АМу[1р) сигналов в системах типа СПКР, содержащее оптимизируемые цифровые фильтры и дифференциаторы.

12. Проведена апробация методики оценки помехозащищенности по каналу приборной скорости на примере разрабатываемой системы воздушных сигналов СВС-В28 с функцией формирования сигнализации о достижении максимально-допустимого значения приборной скорости.

13. По результатам математического моделирования выявлено, что в условиях турбулентности «чистого» неба уровень ошибок по текущему и «упредительному» значениям ниже допустимых погрешностей, заданных по ТЗ; в условиях «грозового» неба уровень ошибок по текущему значению ниже допустимых погрешностей, но на отдельных режимах имеется превышение по «упредительному» значению (максимальное превышение составило 8.456 км/ч при Упр= 237.885 км/ч; М=0.2; Н= 500 м). Анализ результатов моделирования показывает, что в 67% рассмотренных режимов погрешность по «упредительному» значению находится в допуске по ТЗ на систему, в 21% рассмотренных режимов превышение допуска ТЗ на систему не более 3.2 км/ч и лишь в 12% режимов превышение допуска ТЗ находится в^пределах 3.2^-8.456 км/ч. Учитывая, что руководство по летной эксплуатации запрещает полеты в грозу, канал формирования сигнализации о достижении максимально-допустимых значений приборной скорости можно считать помехозащищенным от действия помех, обусловленных турбулентностью атмосферы.

14. Разработана методика оценки помехозащищенности по каналу формирования сигнализации о достижении максимально-допустимого значения угла атаки для систем типа СПКР. Данная методика получила свою реализацию в виде математической модели измерительно-вычислительного тракта формирования, передачи и преобразования информации по каналу угла атаки, включающей в себя математическую модель флюгерного датчика аэродинамических углов и математическую модель формирования текущих и упредительных сигналов по углу атаки при отработке предупредительной сигнализации.

15. Проведена апробация методики оценки помехозащищенности по каналу формирования сигнализации о достижении максимально-допустимого значения угла атаки на примере разрабатываемой системы воздушных сигналов СВС-В1-25, получающей информацию по углу атаки от датчика ДАУ-19-1. По результатам математического моделирования выявлено, что условие помехозащищённости канала формирования текущего значения угла атаки выполняется во всём диапазоне скоростей выдачи предупреждающей сигнализации (V= 180 -т- 1000 км/ч); условие помехозащищённости канала формирования «упреждающего» значения выполняется для скоростей V > 270 км/ч. Для обеспечения помехозащищённости канала формирования предупреждающего сигнала, выдаваемого системой СВС-В1-25 и формируемого по «упреждающему» значению угла атаки, во всем диапазоне скоростей рекомендовано постоянную времени аналогового фильтра увеличить до значения Т0 = 0.08 с, при этом, с целью компенсации запаздывания, коэффициент динамического упреждения рекомендовано увеличить до значения Кй = 0.62 с.

16. Рассмотрены метеорологические причины возникновения сдвига ветра и его влияние на взлет и посадку самолета, а так же методы его предупреждения и обнаружения. Рассмотрены принципы построения бортовой системы обнаружения сдвига ветра. Основным методом, который используется в настоящее время для измерения сдвига ветра на борту, является сравнение воздушных и инерциальных параметров полета. Показано, что количественными характеристиками сдвига ветра, с точки зрения стабилизации полета самолета, являются значения производной продольной составляющей скорости ветра Wx и величина угла между векторами воздушной и путевой скорости Aaw.

17. Определены задачи и цели математического моделирования работы алгоритмов обнаружения сдвигов ветра, которое является эффективным способом отработки и испытаний системы, реализующей эти алгоритмы.

18. Разработан комплекс математических моделей для отработки алгоритмов формирования сигнализации о попадании в сдвиг ветра и анализа результатов летных испытаний бортовых систем типа СГЖР, включающих данные алгоритмы. Комплекс математических моделей построен на модульной архитектуре и имеет в своем составе:

- Модуль ветровых возмущений, содержащий основные расчетные профили сдвига ветра и модель турбулентных составляющих скорости ветра;

- Математическую модель возмущенного движения самолета в условиях ветрового воздействия, отражающую реакцию ЛА на горизонтальное и вертикальное ветровое возмущение;

- Модуль ввода параметров полета самолета и признаков их достоверности;

- Модуль ввода полетных данных и признаков их достоверности, полученных по результатам летных испытаний;

- Модуль формирования сигнализации о попадании в условия сдвига ветра, включающий алгоритмы формирования текущей величины суммарного значения сдвига ветра, алгоритмы формирования допустимого и критического значений сдвига ветра и сигнализации о их достижении;

- Модуль мониторинга внутренних параметров и сигналов комплекса, а также входной и выходной информации.

Комплекс математических моделей обеспечивает:

- Проведение моделирования как в режиме использования реальных полет. ных данных (результатов летных испытаний), так и в режиме ввода конфигурации, режима и параметров движения ЛА оператором комплекса, в последнем случае имеется возможность подключения в цепь формирования сигнализации о попадании в условия сдвига ветра модуля ветровых возмущений и модели возмущенного движения ЛА.

- Анализ результатов летных испытаний, в ходе которого выявляется адекватность работы алгоритмов программного модуля «Контроль сдвига ветра» систем типа СПКР в различных полетных ситуациях, а так же при отсутствии достоверности входной информации, в частности, позволяет выявлять ложную сигнализацию;

- Контроль формирования допустимых и критических значений сдвига ветра в различных полетных ситуациях, а так же при отсутствии достоверной входной информации, в частности контроль формирования параметра максимальной тяговооруженности и функции максимального значения аэродинамического качества;

- Мониторинг входной и выходной информации, а таюке параметров и сигналов комплекса;

- Решение задач оптимизации алгоритмов под конкретные типы самолетов, а именно задач выбора постоянных времени и коэффициентов упреждения в фильтрах и дифференциаторах, включение тех или иных нелинейных элементов в цепи формирования сигнализации о сдвиге ветра.

19. Проведена оценка параметров настройки фильтров в алгоритмах обнаружения опасного сдвига ветра на базе разработанного комплекса математических моделей. Для проведения математического моделирования в разработанную математическую модель возмущенного движения самолета в условиях ветрового воздействия (п. 4.5) были введены геометрические, массово-инерционные и аэродинамические параметры самолета Ту-134. Проведено моделирование захода на посадку самолёта Ту-134 и получены амплитудно-частотные характеристики для отклонения вертикальной скорости и отклонения угла наклона траектории при воздействии продольной составляющей скорости ветра, определен диапазон частот ветровых возмущений (0.015-^-0.05 Гц), наиболее опасных для самолёта данного типа. Выбраны параметры настройки полосового фильтра в канале формирования продольной составляющей сдвига ветра (Ту = 16с; ТУо = 2с), удовлетворяющие требованию совмещения полосы пропускания фильтра с диапазоном частот ветровых возмущений (0.015-^0.05 Гц), наиболее опасных для самолета данного типа и требованию наименьшего времени запаздывания выдачи сигнализации.

20. Проведен анализ результатов летных испытаний системы КСЭИС-100 с функцией обнаружения опасного сдвига ветра установленной на самолете Ту-334 на базе разработанного комплекса математических моделей. В ходе анализа решены задачи выявления ложных срабатываний сигнализации и причин их вызывающих. Как показали результаты математического моделирования, программный модуль «Контроль сдвига ветра» системы КСЭИС-100 и модель адекватно реагировали на изменение входных параметров при формировании сигнализации о сдвиге ветра. Выявлено два вида ложной выдачи сигнализации: 1) сигнализация в начальный момент запуска модуля «Контроль сдвига ветра», имеющая место в переходном режиме и обусловленная несвоевременным включением модуля в работу и выставкой нулевых начальных условий при реализации дифференцирующего фильтра по параметру истинной воздушной скорости разностными уравнениями в программном модуле; 2) сигнализация на режимах посадки и ухода на второй круг, когда пороги срабатывания сигнализации имеют наименьшее значение. В ходе проведения доработок системы КСЭИС-100 были реализованы требования по выставке ненулевых начальных условий при реализации дифференцирующего фильтра и требования о включении в работу модуля на всех наземных этапах вне зависимости от наличия конкретного этапа, тем самым выдача ложной сигнализации первого вида была исключена. Для исключения второго вида выдачи ложной сигнализации рекомендовано по результатам моделирования увеличить постоянную времени в дифференцирующем фильтре по параметру истинной воздушной скорости до значения 1.2 с. По результатам анализа периода времени действия сигнализации ложных срабатываний выявлено, что для безусловного их исключения возможно введение задержки в 1с при выдаче сигнализации о достижении величиной сдвига ветра её допустимого и критического значений.

Результаты диссертационной работы нашли практическое применение в разработках ОАО «УКБП» в практике опытно-конструкторских работ по разработке и внедрению при непосредственном участии диссертанта бортовых систем СОС-2-7-1, СВС-В28, СВВД-28, СВС-В1-25, СПКР-85, КСЭИС-100 и др., а так же при постановке лабораторного практикума по специальности 19.03 «Авиационные приборы и измерительно-вычислительные комплексы» по дисциплине «Теория, расчет и основы конструирования измерительных устройств и систем» [74].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Семенов, Алексей Владимирович, 2008 год

1. A.C. 1282010 СССР, МКИ GOlp 5/00. Устройство для измерения скорости и направления воздушного потока / Танеев Ф.А., Левин А.Л., Солдаткин В.М., Ференец В.А. 1987.

2. A.C. 1559894 СССР, МКИ В64с 21/00. Измеритель аэрометрических параметров летательного аппарата / Порумов A.A., Солдаткин В.М. и др., 1989.

3. A.C. 1037183 СССР, МКИ GOlp 5/18. Способ измерения скорости потока / Танеев Ф.А., Солдаткин В.М., Ференец В.А. 1983.

4. A.C. 1133967 СССР, МКИ В64с 21/00. Способ определения высоты полета летательного аппарата и устройство для его осуществления/ Лысков B.C., Солдаткин В.М., Ференец В.А. 1984.

5. A.C. 601893 СССР, МКИ В64с 13/18. Устройство для ограничения параметров движения самолета / Ференец В.А., Живетин В.Б., Солдаткин В.М. и др.1978.

6. Авиационные приборы и измерительные системы /. Под ред. В.Г. Воробьева. -М.: Транспорт, 1981.

7. Авиационный стандарт. Дозвуковая система воздушных сигналов. Характеристика ARING 706-4. Act 706-4.

8. Акимов, А.Н. Летные испытания вертолетов / А.Н. Акимов, Л.М. Берестов, P.A. Михеев ~М.: Машиностроение, 1980. — 399 с.

9. Анцелович, Л.П. Надежность, безопасность и живучесть самолета / Л.П. Анцелович. М.: Машиностроение, 1985. — 296 с.

10. Аэродинамика вертолетов / Д.И. Базов. М.: Транспорт, 1969 - 196 с.

11. Аэромеханика самолета: Динамика полета: Учебник для авиационных вузов / А.Ф. Бочкарев, В.В. Андреевский, В.М. Белоконов и др.; Под ред. А.Ф. Бочкарева и В.В. Андреевского. 2-е изд. перераб. и доп. М.: Машиностроение 1985. - 360 с.

12. Безопасность полетов / Сакач Р.В., Зубков Б.В., Давиденко М.Ф. и др.; Под ред. Р.В. Сакача. М.: Транспорт, 1989. - 239 с.

13. Боднер, В.А. Приборы первичной информации: Учебник для авиационных вузов / В. А. Боднер. М.: Машиностроение, 1981.

14. Боднер, В.А. Теория автоматического управления полетом / В.А. Боднер. М.: Наука, 1964. - 698 с.

15. Браславский, Д.А. Приборы и датчики летательных аппаратов / Д.А. Браславский. М.: Машиностроение, 1970. - 391 с.

16. Бриверман, A.C. Динамика вертолета. Предельные режимы полета/ A.C. Бриверман, А.П. Вайнтруб. М.: Машиностроение, 1988. — 280 с.

17. Брюшгенс, Г.С. Аэродинамика самолета: Динамика продольного и бокового движения / Г.С. Брюшгенс, Р.В. Студнев. М.: Машиностроение, 1979.-352 с.

18. Володко, A.M. Безопасность полетов вертолетов / A.M. Володко. -М.: Транспорт, 1981.-223 с.

19. Воробьев, В.Г. Технические средства и методы обеспечения безопасности полетов / В.Г. Воробьев, Б.В. Зубков, Б.Д. Уриновский. М.: Транспорт, 1989. - 151 с.

20. Глазунов, В.Г. Методические рекомендации по оценке сдвигов ветра в нижнем слое атмосферы в районе аэродрома / В.Г. Глазунов. — Д.: Гидрометеоиздат, 1986. 22с.

21. ГОСТ 20058-80. Динамика летательных аппаратов в атмосфере. Термины, определения и обозначения. — М.: Издательство стандартов, 1981. — 54 с.

22. ГОСТ 3295-73. Таблицы гипсометрические для геопотенциальных высот до 50000 м. Параметры. — М.: Издательство стандартов, 1974. — 75 с.

23. ГОСТ 4401-81. Атмосфера стандартная. Параметры. — М.: Издательство стандартов, 1981. 75 с.

24. ГОСТ 5212-74. Таблица аэродинамическая. Динамические давления и температуры торможения воздуха для скорости полета от 19 до 4000 км/ч. Параметры. — М.: Издательство стандартов, 1974. 239 с.

25. Грановский, В.А. Динамические измерения / В.А. Грановский. Д.: Энергоатомиздат, 1984. —220 с.

26. Гультяев, А. Визуальное моделирование в среде MATLAB: учебный курс / А. Гультяев. СПб: Питер, 2000. — 432 с.

27. Динамика и аэродинамика вертолета / П.Р. Пейн. — М.: Оборонгиз,1963.

28. Доброленский, Ю.П. Динамика полета в неспокойной атмосфере / Ю.П. Доброленский. — М.: Машиностроение, 1969. 256 с.

29. Единые нормы летной годности гражданских транспортных самолетов СЭВ (ЕНЛГ-С) / Межведомственная комиссия по нормам летной годности гражданских самолетов и вертолетов СССР. — М., 1985. — 470 с.

30. Жулев, В.И. Безопасность полетов летательных аппаратов / В.И. Жулев, B.C. Иванов. М.: Транспорт, 1986. - 224 с.

31. Исследования требований к характеристикам устойчивости и управляемости самолетов, труды ЦАГИ, вып. 2312, 1986. — 156с.

32. Качурин, Л.Г. Методы метеорологических измерений. Методы зондирования атмосферы / Л.Г. Качурин. Л.: Гидрометеоизда, 1985. — 456с.

33. Клюев, Г.И. Измерители аэродинамических параметров летательных аппаратов: учебное пособие/ Г.И. Клюев, H.H. Макаров, В.М. Солдаткин, И.П. Ефимов; под. ред. В.А. Мишина. — Ульяновск: УлГТУ, 2005. 509 с.

34. Клюев, Г.И. Авиационные приборы и системы: Учебное пособие / Г.И. Клюев, H.H. Макаров, В.М. Солдаткин. —Ульяновск: Изд-во Ульяновск, гос. техн. ун-та, 2000. 343 с.

35. Козицин, В.К. Алгоритмическое обеспечение систем воздушных сигналов вертолета на основе свободно ориентированного приемника давлений / В.К. Козицин // Авиационная техника, 2004. — Вып. 4

36. Котик, М.А. Психология и безопасность / М.А. Котик. Таллин: Валгус, 1981.-408 с.

37. Котик, М.Г. Летные испытания самолетов / М.Г. Котик,

38. A.B. Павлов и др. -М.: Машиностроение, 1968.

39. Котик, М.Г. Полет на предельных режимах / М.Г. Котик,

40. B.В. Филиппов. -М.: Воениздат, 1977. -239 с.

41. Крохин, З.Т. Инженерно-организационные основы обеспечения безопасности полетов в гражданской авиации / З.Т. Крохин, Ф.И. Скрипник, В.З. Шестаков. -М.: Транспорт, 1987. 275с.

42. Лебедев, A.A. Динамика полета беспилотных летательных аппаратов / A.A. Лебедев, Л.С. Чернобровкин. М.: Оборонгиз, 1962. 548 с.

43. Летные испытания систем пилотажно-навигационного оборудования / Е.Г. Харин, П.М. Цветков, В.К. Волков и др.; Под ред. Е.Г. Харина.

44. М.: Машиностроение, 1986. 136 с.

45. Лигум, Т.И. Аэродинамика самолета Ту-134А-3 (Б-3) / Т.И. Лигум- М.: Транспорт, 1987. 261с.

46. Майоров, A.B. Безопасность функционирования автоматизированных объектов / A.B. Майоров, Г.Н. Москатов, Г.П. Шибанов. — М.: Машиностроение, 1988. 264 с.

47. Макаров, И.М. Линейные автоматические системы (элементы теории, методы расчета и справочные материалы) / И.М. Макаров, Б.М. Мен-ский. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1982. - 504 с.

48. Математическое моделирование алгоритмов обнаружения сильного сдвига ветра СПКР-85: отчет / НИИ АО; рук. Никифоров С.П.; исполн.: Лещинская О.П. М., 1987. - 57с. - Библиогр.: с. 33.- № ГР Х10158. - Инв. №192-87-111.

49. Мельников, А.П. Аэродинамика больших скоростей / А.П. Мельников. М.: Воениздат, 1961,- 424 с.

50. Методика обоснования параметров настройки фильтров в канале обнаружения опасного сдвига ветра для системы СПКР-85: отчет / НИИ АО; рук. Никифоров С.П.; исполн.: Лещинская О.П. М., 1987. - 53с. - Библиогр.: с. 26-№ ГРХ10158. - Инв. №943-87-111.

51. Михалев, И.А. Системы автоматической посадки / И.А. Михалев, Б.Н. Окаемов, М.С. Чикучаев. — М.: Машиностроение, 1975. — 416 с.

52. Новицкий, П.В. Оценка результатов измерения / П.В. Новицкий, И.А. Зограф. Л.: Энергоатомиздат, 1985.

53. Норенков, И.П. Разработка систем автоматизированного проектирования. Учебник для вузов / И.П. Норенков. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. - 1994. - 207 с.

54. Осадчий, Е.П. Погрешности датчиков: Учебное пособие / Е.П. Осадчий, В.И. Карпов, Н.В. Мясникова. Пенза: ПГТУ, 1993.

55. Основы метрологии и теории точности измерительных устройств / В.П. Коротков, Б.А. Тайц. М.: Издательство стандартов, 1978.

56. ОСТ 100762-75. Системы статического и полного давлений для питания мембранно-анероидных приборов. Технические требования. — М.: Издательство стандартов, 1975. — 12 с.

57. Острославский, И.В. Аэродинамика самолета / И.В. Острославский. -М.: Оборонгиз, 1957. 560 с.

58. Острославский, И.В. Динамика полета. Траектории летательных аппаратов / И.В. Острославский, И.В.Стражева. — М.: Машиностроение, 1969. 499 с.

59. Пат. 3936613 США, МКИ G08B 29/00. Система предупреждения о сдвиге ветра, реагирующая на состояние траектории полета самолета. Заявл. 21.01.88. Опубл. 02.08.90.

60. Пат. 891642 США, МКИ G08 в 23/00. Система обнаружения сдвига ветра. Заявл. 11.01.88. Опубл. 02.01.90.

61. Пат. 936613 США, МКИ G08 в 29/00. Система предупреждения о сдвиге ветра, реагирующая на состояние траектории полета самолета. Заявл. 21.01.88. Опубл. 02.08.09.

62. Погодаев, A.A. Вляиние различной автоматизации штурвального управления на динамику неманевренного самолета при посадке в условиях атмосферных возмущений / A.A. Погодаев, В.К. Святодух // труды ЦАГИ, вып. 2273, 1985.-с. 3-20.

63. Потемкин, В.Г. Система инженерных и научных расчетов MATLAB 5.x / В.Г. Потемкин. М.: Диалог - МИФИ - 1999. Том 1 - 366 е., том 2 - 304 с.

64. Практическая аэродинамика маневренных самолетов/ Под общ.ред. Н.М. Лысенко. -М.: Воениздат, 1977.-439 с.

65. Приборостроение и средства автоматики: Справочник/ Под общ. ред. А.Н.Гаврилова. -М.: Машиностроение, 1964. Т.2, кн.1. — 569с.

66. Прокофьев, А.И. Надежность и безопасность полетов / А.И. Прокофьев. -М.: Машиностроение, 1985. 184 с.

67. Результаты летных испытаний зарубежных систем измерения воздушной скорости вертолетов (обзор по материалам зарубежной печати)/ Под общ. ред. Абутидзе З.С. ГОНТИ, 1988. - 56 с.

68. Ромасевич, В.Ф. Практическая аэродинамика вертолетов / В.Ф. Ромасевич, Г.А. Самойлов. М.: Воениздат, 1980 - 384 с.

69. Руководство по эксплуатации всенаправленной системы воздушных данных OADS фирмы Pacer Systems. Техн.перевод УВЗ, 1983.

70. Семенов, A.B. К вопросу оценки помехозащищенности каналов приборной скорости и числа М в системах предупреждения критических режимов летательного аппарата в условиях турбулентности атмосферы /

71. A.B. Семенов, И.П. Ефимов. Депонир. в ВИНИТИ 28.02.2005 №279-В2005.

72. Семенов, A.B. К вопросу повышения безопасности пилотирования самолета на критических режимах по скорости и числу М. / A.B. Семенов,

73. B.П. Деревянкин // Научно-технический калейдоскоп: научно-производственный журнал. 2004. - №2. - С. 62-66.

74. Семенов, A.B. Компьютерное моделирование флюгерного датчика скорости вертолета / A.B. Семенов, И.П. Ефимов // Датчики и системы. -2007. -№11. -е. 14-16.

75. Семенов, A.B. Математическая модель формирования составляющих вектора воздушной скорости вертолета / A.B. Семенов // Датчики и системы. 2007. -№12. - с. 43-46.

76. Семенов, A.B. Система предупреждения критических режимов JIA / A.B. Семенов, И.П. Ефимов // Вузовская наука в современных условиях: сборник докладов XL научно-технической конференции / Ульяновск: УГТУ, 2006.-С. 70.

77. Семенов, A.B. Состояние и перспективы развития систем предупреждения критических режимов / A.B. Семенов, И.П. Ефимов // Вузовская наука в современных условиях: сборник статей ХХХУИ научно-технической конференции / Ульяновск: УлГТУ, 2003. С. 84.

78. Солдаткин, В.М. Методы и средства измерения аэродинамических углов летательных аппаратов / В.М. Солдаткин. — Казань: Изд-во Казан, гос. техн. ун-та, 2001. 448 с.

79. Солдаткин, В.М. Методы и средства построения бортовых информационно-управляющих систем обеспечения безопасности полета. / В.М. Солдаткин. — Казань: Изд-во Казан, гос. техн. ун-та, 2004. 350 с.

80. Стандарт. MIL-F-8785B (ASG), August 1969, Flying Qualities of Piloted Airplanes, (извлечения, относящиеся к атмосферной турбулентности).

81. Сухолитко, В.А. Определение роли и места бортовой активной системы безопасности полета на перспективных летательных аппаратах / В.А. Сухолитко // Доклад на конференции МАК, 2001г. (http://www.rusys.ru).

82. Теория автоматического управления / Под. ред. A.B. Нетушила. Учебник для вузов. Изд. 2-ое, доп. И перераб. М.: Высшая школа, 1976. -400 с.

83. Теория и применение цифровой обработки сигналов / Л. Рабинер, Б. Гоулд. М.: Мир, 1978. - 848 с.

84. Техническое задание №17165 на разработку системы воздушных сигналов СВС-В28. ФНПЦ РГПСБ, МВЗ им. М.Л. Миля, 1992 г.

85. Тищенко, A.A. Моделирование при обеспечении безопасности космических полетов / A.A. Тищенко, В.И. Ярополов. — М.: Машиностроение, 1981.- 189 с.

86. Филатов, Г.А. Безопасность полетов в возмущенной атмосфере / Г.А. Филатов, Г.С. Пуминова, П.В. Сильвестров. М.: Транспорт, 1992. - 272 с.

87. Хейфец, М.И. Обработка результатов испытаний. Алгоритмы, номограммы, таблицы / М.И. Хейфец. М.: Машиностроение, 1988 г.

88. Хриган, А.Х. Физика атмосферы / А.Х. Хриган. — Л.: Гидрометеоиз-дат, 1969. — 636 с.

89. Чунтул, A.B. Исследования и оценка значимости современных факторов в авиации снижающих безопасность полетов / A.B. Чунтул. — (http://www.fly-safety.ru/articles/002.htmn.

90. Flight Evaluation Pacer Systems, Inc.Loras II Airspeed System Final Report III, March, 1974.

91. Открытое Акционерное Общество Ульяновское конструкторское бюро приборостроения

92. УТВЕРЖДАЮ директор ОАО «УКБП», ехнических наук1. Макаров H.H. 2008 г.1. АКТо внедрении результатов кандидатской диссертационной работы Семенова Алексея Владимировича

93. Главный конструктор, кандидат технических наук

94. Заместитель генерального дире кандидат технических наук1. Кожевников В.И.1. Деревянкин В.П.1. Главный конструктор1. Белов В.П.