Введение к работе
VKTYAJIbHOCTb ПРОБЛЕМЫ
Збеспечение высокого качества авиационной техники является решающим условием дения ею внутреннего рынка, снижения расходов на ее создание и эксплуатацию, гчения конкурентноспособности на мировом рынке.
Опочевым моментом комплексных систем обеспечения качества продукции авиационной шиенности является непрерывная оценка показателей качества на всех этапах жизненного
изделий и подтверждение их соответствия предъявляемым требованиям (так называемый ип «сквозной» сертификации).
Інформацію, необходимую дня такого «слежения» за качеством изделий, получают путем цения целой гаммы разнообразных испытаний, начиная от математического ирования на ранних этапах разработки до наиболее сложных и дорогостоящих натурных аний.
-ложность и многоплановость проблем создания перспективных образцов авиационной ки, динамика их совершенствования на основе новых прогрессивных технологий, в том , информационных, приводит к необходимости совместного анализа огромной дшости данных, различных по своей физической природе, способам получения и методам шеи.
$ связи с этим развиваемое в диссертации направление ДО созданию системной ологии и разработке методов комплексирования технологий вычислительного и еского экспериментов в единую функциональную систему испытаний является гьным.
актуальность проблемы подтверждается тем, что выполненные исследования и разработки зились по следующим важным государственным программам:
. Постановление правительства СССР от 11.08.79 о "Создании среднемагистрального <ирского самолета ТУ-204".
. Постановление Совета министров СССР от 6.12.90 №1267-178 о "Проведении работ по ию экспериментального ВКС". . Постановление правительства РФ "Резонанс". . Постановление правительства РФ "Кольцо". . Постановление правительства РФ "Синтез".
. Отраслевой стандарт ОСТ 1 02507-92. Самолеты дозвуковые. "Общие требования к ву внешней поверхности".
. Грант ПС РФ ВО "Новые конструкционные материалы в аэрокосмической технике" Ї/8 1992г.
. Постановление правительства РФ №369 от 23.04.94 о "Создании среднего транспортного ггаТУ-330".
, Договор с Госкомоборонпромом РФ №104/96 о "Создании среднемагистрального таТУ-214".
[ЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ.
шью исследования является разработка системной методологии и методов ексирования технологий вычислительного и физического эксперимента в единую иональную систему испытаний на основе блочно - модульной организации мационных и технологических процедур. При этом осуществляется информационная
различных моделей ( математических, физических, информационных), технических эграммных средств, что обеспечивает совместимость разнородных данных, іемьіх в процессе создания изделия.
юдульный подход к решению широкого круга задач испытаний базируется на физации информационных потоков по стадиям жизненного цикла и состояниям ЛА, газированной обработке данных и многоаспектном использовании однократно вводимой лации.
Сформулированная таким образом задача объединяет в себе три основных напраы исследования. Первое - комплексирование физического и вычислительного эксперимент систему технологической подготовки испытаний, что в свою очередь, означает це. согласование и информационную увязку математических (дискретные задачи, моделируї алгоритмы к геометрические модели), технологических (информационных и физическі организационных методов принятия решений; логическим дополнением а комплексирования является специфическая задача разработки эталонов, позволяв проанализировать качество поверхности ЛА (формализация методов сравнения).
Второе направление связано с формализацией основных процедур струкг параметрической идентификации, в частности, идентификации аэродинамических характері (АДХ) ЛА, а также с формализацией частных методик адаптивного плашфования и управ* АДХ ЛА в системе автоматизированной обработки данных.
Третьей компонентой проблемы, отражающей аспекты ее практического использов; является развитие эффективных путей повышения качества внешней поверхности ЛА за разработки оригинальных информациошюемшх технологий производства.
В основу теоретических решений положено применение методов теории многоуровн иерархических систем, методов структурного анализа и синтеза, методов математиче< планирования эксперимента, физического, математического и имитационного моделиров сложных технических систем.
В результате анализа предметной области исследований предложена схематиз проблемы создания единой информационной базы технологий вычислительного и физичес эксперимента.
Структурирование информации выполнено по процессам (стадии жизненного ц самолета) и состояниям ЛА, что позволяет совокупность проектных и технояогиче процедур описать в риде так называемой "электронной" матрицы изделия в системах управл проектами и качеством ЛА.
Упорядочение информационных связей между элементами матричной модели (в у матрицы) описано к^к система принятия решений
ScXxY на множестве входкыхЛ' и выходных У характеристик системы.
Поскольку система принятия решений формализована посредством построения nepaj моделей "вход-выход", далее в работе основное внимание уделяется формированию семей задач Мл в узлах матрицы и методам комплексирования их в интегрированную сисі обработки данных. '
Математические и физические аспекты проблемы рассматриваются с точки 3pt комплексирования технологий вычислительного и физического экспериментов, доопределі системы принятия решений, разработки дискретных моделей и эффективных вычислитель алгоритмов и алгоритмизации методик физического моделирования.
Использован аксиоматический подход к построению физической модели взаимовпияю:
вихревых структур. Для идентификации АДХ впервые сформулирована порождающая сист
аксиом, определяющая возмущенное движение гела в среде, называемая объемом влияния.
Разработана функциональная структура испытательного комплекса
аэрагидродгенамических исследований и методологическое обеспечешіе задачи идентифика
суммарных и распределенных АДХ моделей ЛА и их частей.
Формализация "правил обработки информации на различных этапах жизнен цикла изделия носит комплексный характер, вытекающий из включения в совокупность
'Г
еских и математических моделей геометрической модели изделия, которая появляется на і проектирования и последовательно "заполняется" физическими характеристиками и логическими данными.
Усматривается системная модель процесса обработки геометрических данных в задачах
іния наружных поверхностей ЛА и его частей, объединяющая математические методы
ярических преобразований (на основе аффинпьгх преобразований), задачи иггерполяции
їхности с использованием теорій приближения функций и механизмы сопряжеїшя системы
ггрического моделирования с другими подсистемами обработки информации с целью
ирования заданных свойств внешней поверхности на основе интегральной системной
їй изделия. Вопросы адекватности геометрических моделей решаются на основе
іеского эксперимента. і
:тандартная технология электронной обработки данных адаптируется к предметной ти исследовании. Рассмотрена концепция комплексированпой системы создания ЛА, в ой в качестве референтных моделей для декомпозиции использованы три пошлинных и:
стратифицированное описание (задано семейством физических и математических іей);
многослойная стратегия (задана структурой принятия решения: выбор, уменьшение «деленности, т. е. самообучение или адаптация и поиск способа действия) и
организационная иерархия, отражающая взаимные связи между элементарными мами принятия решений. >рганизационная иерархия реализована в виде типового набора стандартных модулей для
управления и планирования (вариантного, адаптивного, нового) процессов обработки жации. В работе предлагаются принципы формализации технологической информации. :роме того, в постановку задачи входит формализация основных процедур структурно-іетрической идентификации, а имешю задач адаптивного гоїаїшрования и управления АДХ системе автоматизированной обработки данных. Предложен способ повышения точности елешя ЛТХ ЛА и сокращения объема летных испытаний.
рстижение технической и экономической эффективности ЛА невозможно без учета на с рашшх стадиях проектирования технологии производства, поскольку технологические мя могут привести к необходимости корректировки ранее применявшихся методик и зотки новых. Поэтому в работе рассматриваются методы активного влияния на летно-ческие характеристики самолета с помощью формирования заданных свойств внешней хности. В качестве средства формализации методов сравнения разработано понятие шой поверхности.
недрение частных методик комплексирования семейства физических и математических ей детально рассмотрено в задаче разработки рекомендаций и технологии оперативного ения поверхности летательного аппарата, отличительной особенностью которых являются цинамические исследования биопрототипа оперативного изменения поверхности ЛА.. сновными научными результатами, выдвигаемыми на защиту, являются следующие.
Концептуальная модель шггегрированной системы обработки данных и принятия ий по стадиям жизненного цикла и состояниям ЛА в виде "электронной" матрицы м, упорядочивающая в иерархически организованную матричную структуру модели гая решений на множестве входных X и выходных Y характеристик системы, конкретное кание которых либо идеішіфицируется с помощью физического и вычислительного іиментов, либо является результатом разработки математической модели. Метод комплексирования технологий вычислительного и физического экспериментов в шрованную функциональную систему, обеспечивающий
упорядочение информационных потоков по стадиям жизненного цикла ЛА и его ниям;
доопределение системы принятия решений;
тгвариантностъ структуры мехашізма формирования результатов исследоваї содержим ельному составу информации и
~ алгоритмизацию методик моделирования (как математических, так и физических). .V Сонокуішость формализованных методов:
- математических (дискретные модели, моделирующие алгоритмы, геометрические м<
и том числе, модели аэродинамически эффективных поверхностей);
~ технологических (информационные технологии, физические модели, реша алгоритмы),
организационных (блочно-модульная реализация информационных и технологи1 процедур);
методов сравнения (разработка эталонов поверхности).
-
Формализованные и экспериментальные методики идентификации АДХ ЛА, м адаптивного планироваїшя и управления АДХ. позволяющие выполнить не только поэт снятие неопределенности об АДХ модели ЛА и его частей, но и прогнозировать сумм аэродинамические характеристики. Способ повышения точности определения ЛТХ экономичности летных ишыташй.
-
Методы активного влияния на аэродинамическое качество ЛА, основанные на в компромиссной системи допусков па внешние формы и геометрические размеры ЛА, разр; понятия эталонной поверхности и технологии оперативного изменения повер> летатслы юго аппарата.
-
Результаты внедрения развитых в работе методов в решение практических задач.
В диссертационной работе впервые предложен и реализован (доведен до инжен методик) кошьэтгуальный подход к формализации интегрированного ииформацис взаимодействия не трлько систем обработки данных, но и систем принятия решений по ст жизненного цикла и состояниям ЛА.
Разработана новая методология комплексирования технологій вычислительш: физического экспериментов в интегрированную систему обработки данных, обеспечив; упорядочение информационных потоков в виде матричной структуры, а ипформациі связей между элементами математической модели - в виде элементарных систем при решений.
Для идентификации АДХ несущей поверхности впервые сформулирована порожда система аксиом, определяющая возмущенное движение тела в среде, называемой об: влияния.
Впервые предложены методы и алгоритмы идентификации АДХ тонкой не поверхности при пространственном движении, использующие знание физической м объема влияния. Разработана структурная модель решающего алгоритма, обеспечивш комнлексирование физического и вычислительного экспериментов по определению АДХ з формализации механизма согласования связей для реализации пршщипов механич< подобия, согласования физических условий обтекания в разных средах и доопреде решения - состояния системы: поля скоростей, давлений и плотности при турбулентном те и геометрического подобия модели и натуры из-за невозможности обеспечения идентгл шероховатости их поверхностей.
Раїработапа теоретико-системная модель процесса обработки геометрических дан: <а:шчах описания наружных поверхностей ЛА и его частей. Па основе интегральной спет модели пиемия формалшонан и доведен до программной реализации механизм связи с геометрического моделирования и аэродинамического анализа. Выполнено автомапшров проекгироиание аэррдипамически эффективных поверхностей: зализ, наплывы, закон Адекватность моделей проверена с помощью физического эксперимента.
Предложены алгоритмы адаптивного планирования и управления АДХ ЛА. 6
[редложен способ определения ЛТХ моделей ЛА, позволяющий повысить точность еления АДХ за счет организации гибкой связи между моделью и измерительным
[ЄКСОМ.
азработаны методы активного влияния на аэродинамическое качество ЛА, основанные на
>е компромиссной системы допусков на внешние формы и геометрические размеры ЛА,
Зотке понятия эталонной поверхности и технологии оперативного изменеїшя поверхности
:льного аппарата. Задача обеспечения качества наружной поверхности сформулирована как
оизациошая; в качестве критерия оптимальности выбран критерий минимальной
ости жизненного цикла изделия.
азработана формализованная на теоретико-множественном уровне методика, позволяющая
эить отображение совокупности аэродинамических требований на пршгимаемые
рутстишо-техиологические решения на разных этапах создания ЛА. Разработана
аммная реализация основных информационных процедур.
доказано, что эталонная (или аэродинамически гладкая ) поверхность является важнейшим
гвом при применении методов сравнения.
Одновременно показано, что по мере приближения к аэродинамически гладкой поверхности
Зольше значение приобретают явления, связанные с так называемой «местной
инамикой». В частности, значительные возможности представляет метод изменения
чных условий на стенке путем изменения формы поверхности..
исследованы и рекомендованы геометрические соотношения в структуре микробороздок
тет»).
азвиваемые в диссертациошюи работе методы комплексирования вычислительного и :еского экспериментов использованы в следующих практических задачах.
На АО АНТК им. А.Н. Туполева внедрен экспресс-метод идентификации АДХ на основе вой модели несущей поверхности, позволяющий прогнозировать аэродинамические гва компоновок. Экономический эффект от внедрения метода составил 130 тыс. руб. (по
1982 г.).
На том же предприятии внедрена многофакторная методика выбора минимального шя. допуска на наружные обводы, связывающая в единую количественную модель етры геометрии поверхностей, характеристики конструктивно-технологических решений и ы полета.
недрение методики позволяет получить существенную экономию топлива и, как лие, экономический эффект ориентировочно 0.3% от стоимости жизненного цикла парка гтов.
Нетрадиционные методы идентификации АДХ использованы на этапе разработки эоекта перспективного космического летательного аппарата многократного использования 00. Методы позволяют оценивать вариации аэродинамических компоновок ЛА сложных
На АО ''Взлет" в структуру решения многофункциональных задач исследовательских х испытаний включена в рамках общей методологии испытаний отдельная подсистема іфикации АДХ модели на гибкой связи с заранее оговоренными условиями подобия по татам испытаний. Экономический эффект от внедрения метода составил 750 тыс. руб. (по 1983-1993 гг.).
Развиваемые в диссертационной работе методы были использованы в задачах роения, автомобилестроения, биомеханики, экологии; при создании механо-этической модели, описывающей движение спортсмена и позволяющей имитировать шые варианты техники скольжения на ЭВМ, и др.
Материалы работы используются в учебном процессе МАТИ - РГТУ им. К.Э. овского в лекционных курсах по дисциплинам: "Аэродинамика самолета"
"Гидроаэродина.мик^Г, "Динамика полета ЛА'', "Методы планирования эксперимент;; исследований", "Высшая математика", "Компьютерная геометрия"; при прові практических занятий и лабораторных работ, а также при курсовом и дошл проектировании. :
Результаты разработок представлялись на тематических выставках, ВДНХ СССР и удостоены бронзовых медачей - в 1984 году за экспериментальные исслед< азродииаміїческих характеристик моделей ЛА и его частей в напорной щдротрубе и в 198 за исследование аэродинамических характеристик моделей частей ЛА.
Основное содержание диссертации отражено в 45 работах, опубликованных в 1984-2( и написанных как самостоятельно, так и в соавторстве с Фабрикантом :Н.Я., Туполевым Черемухииым Г.А-І Рулиным В.И., Костылевой Н.Е., Белоглазовым Б.П., Пуховым Салаховым М.А;, Беляковой. З.Н. и другими, принимавшими участие в совместных работах
Основные разделы работы докладывались за этот период на 22 междунарс всесоюзных, всероссийских, отраслевых и вузовских научно-технических конференц семинарах.
Материалы диссертации вошли в 23 технических отчета по хоздоговорным и госбюдо»
НИР, в которых автор принимал участие в качестве ответственного исполнителя и на>
руководителя.
По результатам исследований, отраженных в работе, получено 5 авторских свидете опубликовано 11 учебных пособий и 1 монография, получено 4 диплома первой степе научное руководств? НИРС на Всесоюзных конкурсах студенческих научно-технических в 1977 (г. Гащкент),:1984(г. Москва), 1988 (г. Уфа), 1990 (г. Москва) гг.
Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, выводов, списка литер (272 наименований), изложена на 448 страницах машинописного текста, содержит 22 табл: иллюстрирована 186 рисунками.
СОДЕРЖАНЩ: РАБОТЫ
