ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВИРТУАЛЬНЫХ ПОЛЕТОВ С ПОМОЩЬЮ БОРТОВОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ПРОГНОЗА РАЗВИТИЯ ЛЕТНОЙ СИТУАЦИИ - С.Г.БАЖЕНОВ (ЦАГИ), Г.С.ВЕРЕСНИКОВ ...
←
→
Транскрипция содержимого страницы
Если ваш браузер не отображает страницу правильно, пожалуйста, читайте содержимое страницы ниже
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)
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».
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,…);
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.
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.
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.
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