ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВИРТУАЛЬНЫХ ПОЛЕТОВ С ПОМОЩЬЮ БОРТОВОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ПРОГНОЗА РАЗВИТИЯ ЛЕТНОЙ СИТУАЦИИ - С.Г.БАЖЕНОВ (ЦАГИ), Г.С.ВЕРЕСНИКОВ ...

Страница создана Анита Боброва
 
ПРОДОЛЖИТЬ ЧТЕНИЕ
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВИРТУАЛЬНЫХ ПОЛЕТОВ С ПОМОЩЬЮ БОРТОВОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ПРОГНОЗА РАЗВИТИЯ ЛЕТНОЙ СИТУАЦИИ - С.Г.БАЖЕНОВ (ЦАГИ), Г.С.ВЕРЕСНИКОВ ...
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВИРТУАЛЬНЫХ
ПОЛЕТОВ С ПОМОЩЬЮ БОРТОВОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ
  ПРОГНОЗА РАЗВИТИЯ ЛЕТНОЙ СИТУАЦИИ

               С.Г.БАЖЕНОВ (ЦАГИ),
           Г.С.ВЕРЕСНИКОВ, Н.А.ЕГОРОВ
        В.Г.ЛЕБЕДЕВ, Е.Л.КУЛИДА (ИПУ РАН)
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВИРТУАЛЬНЫХ ПОЛЕТОВ С ПОМОЩЬЮ БОРТОВОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ПРОГНОЗА РАЗВИТИЯ ЛЕТНОЙ СИТУАЦИИ - С.Г.БАЖЕНОВ (ЦАГИ), Г.С.ВЕРЕСНИКОВ ...
Основные причины авиационных происшествий
• Столкновение с землей в управляемом полете (СFIT));
• Потеря управления ВС (сваливание, штопор,…);
• Столкновение с другим ВС в воздухе и на земле;
• Атмосферные факторы, включая спутный след;
• Касание ВПП хвостом, крылом и гондолой двигателя;
• Технические неисправности;
• и др.
~ 75-80% АП происходят на этапах взлета, набора
  высоты, предпосадочного маневрирования и посадки;
~ 75-80% АП связано с «человеческим фактором».
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВИРТУАЛЬНЫХ ПОЛЕТОВ С ПОМОЩЬЮ БОРТОВОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ПРОГНОЗА РАЗВИТИЯ ЛЕТНОЙ СИТУАЦИИ - С.Г.БАЖЕНОВ (ЦАГИ), Г.С.ВЕРЕСНИКОВ ...
Основные направления повышения
              безопасности полета
• Автоматизация управления ВС;
• Расширение набора ограничителей параметров движения;
• Повышение надежности;
• Улучшение информационной осведомленности экипажа
  (информационное поле - форматы дисплеев, предупреждения,
  связь,…);
• Повышение траекторной безопасности (системы предупреждения,
  взаимодействие с УВД и другими ВС, ограничители траекторных
  параметров, интегрированная система траекторной безопасности);
• Системы поддержки принятия решения (интеллектуальные системы
  оценки летной ситуации, формирование рекомендаций,…);
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВИРТУАЛЬНЫХ ПОЛЕТОВ С ПОМОЩЬЮ БОРТОВОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ПРОГНОЗА РАЗВИТИЯ ЛЕТНОЙ СИТУАЦИИ - С.Г.БАЖЕНОВ (ЦАГИ), Г.С.ВЕРЕСНИКОВ ...
Функции предупреждения и
           ограничения
АСШУ-КСУ-САУ:
• Ограничение нормальной перегрузки, угла атаки,
  углов тангажа и крена, приборной скорости и
  числа Маха,…
• Совмещенное управление угловым положением и
  траекторными параметрами;
Бортовое оборудование:
• функции предупреждения (T)CAS, T)AWS, ACAS,
  WR, WIMS, GPWS, ACAS, СПКР, СППЗ,…);
• в ближайшем будущем – выход на управление
  для разрешение конфликтов.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВИРТУАЛЬНЫХ ПОЛЕТОВ С ПОМОЩЬЮ БОРТОВОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ПРОГНОЗА РАЗВИТИЯ ЛЕТНОЙ СИТУАЦИИ - С.Г.БАЖЕНОВ (ЦАГИ), Г.С.ВЕРЕСНИКОВ ...
Система траекторной безопасности
          (обобщенная)
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВИРТУАЛЬНЫХ ПОЛЕТОВ С ПОМОЩЬЮ БОРТОВОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ПРОГНОЗА РАЗВИТИЯ ЛЕТНОЙ СИТУАЦИИ - С.Г.БАЖЕНОВ (ЦАГИ), Г.С.ВЕРЕСНИКОВ ...
Функции интегрированной системы мониторинга
 летной ситуации и обеспечения траекторной
            безопасности полёта
- оценка летной ситуации и прогноз её развития на основе
   математического моделирования;
- обнаружение     конфликтных    ситуаций.   Анализируется
   конфликтность траектории с рельефом, участниками
   воздушного движения и атмосферными явлениями;
- расчёт и генерация возможных траекторий разрешения
   конфликтов для текущего состояния и конфигурации
   самолета. Методы и средства ИПУ РАН;
- определение параметров и сортировка траекторий в
   соответствии с выбранной системой приоритетов;
- выполнение виртуальных полётов вдоль траекторий в
   режиме быстрее реального времени с использованием
   математической модели самолёта;
- анализ виртуальных полётов, выбор лучшей из реализуемых
   траекторий и представление её экипажу для реализации.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВИРТУАЛЬНЫХ ПОЛЕТОВ С ПОМОЩЬЮ БОРТОВОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ПРОГНОЗА РАЗВИТИЯ ЛЕТНОЙ СИТУАЦИИ - С.Г.БАЖЕНОВ (ЦАГИ), Г.С.ВЕРЕСНИКОВ ...
Математическая модель самолета
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВИРТУАЛЬНЫХ ПОЛЕТОВ С ПОМОЩЬЮ БОРТОВОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ПРОГНОЗА РАЗВИТИЯ ЛЕТНОЙ СИТУАЦИИ - С.Г.БАЖЕНОВ (ЦАГИ), Г.С.ВЕРЕСНИКОВ ...
Функции комплексной системы
                      управления - КСУ
Функции управления:
- формирование сигналов управления по тангажу, крену и курсу от рычагов
  управления и переключателей;
- обеспечение      удовлетворительных  характеристик   устойчивости    и
  управляемости самолета во всем эксплуатационном диапазоне режимов
  полета в соответствии с нормами лётной годности самолётов транспортной
  категории, таких как АП-25 и FAR-25.
Функции защиты диапазона параметров полета:
  - функции ограничения и предупреждения (угол атаки, нормальная перегрузка,
    число Маха, приборная скорость, углы тангажа и крена);
Комфортные функции:
 автоматическая балансировка самолёта в продольном канале;
– стабилизация углового положения самолета при отсутствии вмешательства
  летчика в управление;
– автоматическое парирование возмущающих моментов, возникающих при
  отказе двигателя;
– компенсация возмущающих моментов при изменении положения механизации
  крыла и тяги двигателей;
– автоматическая координация самолёта в вираже;
– и др.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВИРТУАЛЬНЫХ ПОЛЕТОВ С ПОМОЩЬЮ БОРТОВОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ПРОГНОЗА РАЗВИТИЯ ЛЕТНОЙ СИТУАЦИИ - С.Г.БАЖЕНОВ (ЦАГИ), Г.С.ВЕРЕСНИКОВ ...
Стабилизация крена.
Алгоритм представлен в виде конечного автомата.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВИРТУАЛЬНЫХ ПОЛЕТОВ С ПОМОЩЬЮ БОРТОВОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ПРОГНОЗА РАЗВИТИЯ ЛЕТНОЙ СИТУАЦИИ - С.Г.БАЖЕНОВ (ЦАГИ), Г.С.ВЕРЕСНИКОВ ...
Заданная управляемость по
перегрузке и стабилизация тангажа
Ограничитель по перегрузке и углу
    тангажа (Н=11000, М=0.75)
Ограничитель угла атаки и
угла тангажа (Н=11000, М=0.6)
Ограничитель перегрузки и
   приборной скорости
Ограничитель перегрузки и числа Маха
Формирование траектории (ИПУ)

                  - использование
                  прецедентного подхода;
                  оптимизация на графах;
                   сглаживание траектории с
                  учетом маневренных
                  возможностей самолета;
                   формирование 3D
                  траектории с учетом
                  нескольких препятствий.
Формирование безопасных траекторий с
     учетом рельефа местности
Формирование безопасных траекторий с
учетом динамических зон неблагоприятных
         атмосферных условий
Блок отработки заданных траекторий
Параметры полета
Внесение опережения в заданный
                 сигнал
                  N                                                                      N

                 c  X i   зад (( n  i)T0 )                                           c          i    zi
Х ком (nT0 )    i 0
                             N
                                                Z ( Х ком )  W ( z )  Z ( X зад )    i 0
                                                                                               N
                                                                                                                Z( X зад )
                            c     i                                                      c i 0
                                                                                                        i
                            i 0
Коррекция по рассогласованию с
         траекторией

                                K
n yзза  n yкко  KV y  (1         )  (Vyзза  Vyзза  Vy ),
                              s
Vyзза    K H  ( H зад  H ).
Matlab/Simulink модель блока отработки
           заданной траектории
                                                                                                                              8
                                                                                                                         dny_T) rj
        [T)ime_T) rj]
                                                     T)ime           dNy _T)rj                                                                dNy _T)rj

                                                         Subsystem                                                                                         dNy _com                                  1
                                                                                                               6                              Vcas                                              dny_command
                                                                                                             Vcas

                                                                                                              [Vyg]                           Vy g

                                                                                                                                              Vy T)rj
                                                                                                                                                             Vy sum                                     2
                                                                        Vyg T)rj                                                                                                                   Vy_sum
                                                                                                             [dVy_T)rj]                       In5

                                                                                                                                                   Vy tracking,
                                                                                                                                                  dNy command

                                                                                                                                              H trj

                                                                                                                                                             dVy com               [dVy_T)rj]
                                                                        H T)rj1                                    [H]                        H

                                                                                           T)ime                [Xg]                          X
                                                                                                                                                                   H sum                                3
                                                 4                                         Aoa
                                                                                                                [Zg]                          Z                                                    H_sum
                                           AoA_grad             3                          Vtas
                                                              Vtas                    AoA-Vtas                                                      H tracking,
                                                                                                                                                   Vy command

                                                                                                                [Xtrj]

                                                                                                                                                      X T)rj2
                                                                                                                                                                                                    5
                                                                                 X T)rj                      [Xg]                                                                                 X_sum

                                                                                                                    [Ztrj ]

                        [Vxg]
                                                                                                                                                                Z T)rj1
                                                                                                                                                                                                    6
  2                     [Vyg]                                                    Z T) rj                             [Zg]                                                                         Z_sum
Vxyzg
                        [Vzg]

                                                                                                                                    [Vxg_trj]

                        [Xg]                                                                     Vxg T) rj

  1                      [H]                                                                                                       [Vzg_trj]
XYZg
                                                                                                 Vzg T) rj                                    5
                        [Zg]
                                                                                                                                      Bank_grad
                                                                        Bank_com
                                                                                                                                                                                                    4
                                                             T)ime                                                                                                                              Bank_sum
                                                                           Bank_trj

                                                                Subsystem1
                                                                                                                                                                           Bank1

                                  [Xg]

                                  [Zg]
                                                                                                                                  Bank trj         Bank com                                         7
                                         [Vxg]                                                                                                                                                  Bank_com
                                         [Vzg]
                                                                                      Interpreted                                                                            [T) ime_T) rj]
                                                                                                                                  dBank trj            T)ime trj
                               [Xtrj]                                                MAT)LAB Fcn

                               [Ztrj ]                                                   Lateral                                      Subsystem 2
                                                                                       T)rajectory
                                         [Vxg_trj]
                                                                                        T) racking
                                         [Vzg_trj]
Анализ приемлемости траекторий по
 принадлежности к области полета
Анализатор реализуемости траекторий.
            Анализируемые события.

•   Траектория отрабатывается с заданной точностью;
•   Параметры траектории лежат внутри:
     – нормальной области;
     – эксплуатационной области;
     – предельной области;
•   самолет не в состоянии отработать заданную траекторию –
    ошибки отработки превышают допустимые пределы;
•   самолет выходит на ограничения по отклонению поверхностей
    управления или на ограничения по тяге или режиму работы
    двигателя;
•   параметры полета остаются внутри предельной области, но
    происходит столкновение с земной поверхностью;
•   параметры полета выходят за границы предельной области.
Общая структура стенда ИПУ
Шаг 1 – формирование траекторий
Шаг 2 – предварительный отбор.
Параметры траектории определяются с помощью
             трехгранника Френе
Шаг 3 – выполнение виртуальных
            полетов
Шаг 4 – выбор рекомендуемой траектории
Индикация обстановки на 2 ½D
   навигационном дисплее
Облет зоны неблагоприятных погодных
   условий. Успешный облет сбоку.
Попытка облета сверху зоны неблагоприятных
             погодных условий.
  Нет ограничителей – сваливание и штопор.
12000                                                                               2.5

11500                                                                                   2

                                                                                    1.5
11000
                                                                                        1
10500
                                                                                    0.5
                                                                                                                 Ny1
10000                                        Высота заданная
                                                                                        0                        Ny траекторное
                                             Высота
                                                                                                                 Ny зад АСШУ
9500                                                                                -0.5

9000                                                                                    -1
          0    10    20   30            40      50     60      70   80   90   100            0   10    20   30      40      50       60       70    80   90    100

 25                                                                                 2

 20                            Угол атаки, град
                               Тангаж

 15                                                                                                                         Stop Simulation
                                                                                    1
 10

  5

  0                                                                                 0
      0       10    20    30        40         50      60      70   80   90   100       0             20          40               60              80         100
Попытка облета сверху зоны неблагоприятных
              погодных условий.
Есть ограничитель угла атаки – парашютирование.
Направления дальнейших работ
• Увеличение быстродействия – распараллеливание
  вычислений, использование линий связи для обмена;
• Совершенствование мат. модели самолета;
• Переход на реальные схемы движения в аэропорту –
  схемы STAR;
• Совершенствование алгоритмов синтеза траекторий с
  учетом схем захода на посадку, управления скоростью
  и конфигурацией самолета;
• Использование 2 1/2D дисплеев (пилотажных и
  навигационных);
• Использование более детальных моделей разных
  атмосферных явлений и сигналов их измерительных
  систем;
• Интеграция в систему КБО и КСУ;
• Создание демонстратора и стендовая отработка с
  летным составом.
Спасибо за внимание!
Вы также можете почитать