Введение к работе
Актуачнность темы. Основной задачей гражданской авиации (ГА) России, как части транспортной системы страны, является надежное и регулярное выполнение потребного объёма перевозок. Выполнение поставленной задачи требует максимальной экономической эффективности летной эксплуатации (ЛЭ) при высоком уровне безопасности полетов (БП) воздушных судов (ВС)
Актуальными задачами математического моделирования динамики V полета ВС являются: подтверждение соответствия ВС Нормам летной годности (НЛГС); определение области предельных эксплуатационных ограничений; совершенствование Руководств по летной эксплуатации (РЛЭ); анализ экстремальных ситуаций, которые не могут быть реализованы в летных испытаниях (ЛИ) по условиям безопасности или из-за крайне редкой повторяемости некоторых атмосферных явлений.
Очень важной проблемой в авиации по-прежнему остается проблема повышения эффективности ЛЭ и уровня БП ВС на этапах взлета и посадки,і, являющихся наиболее сложными и потенциально-опасными режимами полета. Для ее решения в части динамики полета, необходимо учитывать: значительное влияние внешних атмосферных условий; отличные от используемых в течение «сего остального полета методы пилотирования, требующие большой точности и четкости действий экипажа; возможные отказы авиационной техники (AT) и т.д.
Необходимость решения указанных и многих других задач делает проблему исследования движения ВС на режимах взлета и посадки в нормальных и особых условиях полета весьма актуальной. Именно поэтому вполне оправданным является большой объем проводимых в нашей стране и за рубежом исследований, направленных на повышение эффективности ЛЭ и уровня БП ВС на этапах взлета и посадки
Основными направлениями исследований указанной проблемы в настоящее время являются летный эксперимент и математические средства, включающие аналитические методы, моделирование на ЭВМ и пилотажных стендах. Хотя теоретические основы построения и применения математического моделирования движения ВС сейчас все еще находятся в стадии разработки и становления, тем не менее, как показывает практика, математическое моделирование полета самолета является наиболее перспективным методом предварительного определения его характеристик (как дислретных, так и статистико-вероятностных) до начала ЛИ, в процессе их проведения и по окончании испытаний для распространения полученных в
Дисешртацкя не сомскгнме ученой степей* каидмяагл (вінігмсіи яаук
Ш Жучков М.Ю.
j. АВТОРЕФЕРАТ i-
результате испытаний данных на весь объем ожидаемых условий эксплуатации.
В последние годы во многих авиационных организациях разработаны, с теми или иными допущениями, более полные математические модели (ММ) жесткого самолета, которые позволяют уже сегодня проводить внедрение ^комплексного цикла исследований на ЭВМ в практику ЛИ.
К настоящему времени уже опубликовано достаточно много материалов, посвященных решению частных задач движения ВС в нормальных условиях взлета и посадки, но совсем мало материалов, касающихся особых случаев при взлете и посадке, в частности, вопросов инженерного обеспечения БП, связанных с анализом отказов двигателей и систем, влиянием внешней среды и ошибочными действиями экипажа. Отсутствие на сегодняшний день надежных результатов по данным вопросам во многом объясняется недостаточным использованием при математическом моделировании движения ВС современных теоретических методов анализа и синтеза особых условий полета и статистических методов планирования численных экспериментов, что значительно затрудняет интерпретацию результатов проведенных исследований.
Существующие методы исследования повышения эффективности ЛЭ и уровня БП ВС в особых случаях взлета и посадки не позволяют в полной мере реализовать все преимущества математического моделирования движения самолёта и требуют их совершенствования. В предлагаемой диссертационной работе решена проблема повышения эффективности ЛЭ и уровня БП ВС в нормальных и особых случаях взлета и посадки за счет использования математического моделирования движения ВС, применения современных теоретических методов исследования особых случаев полета с целью разработки на этой основе рекомендаций по совершенствованию техники '' пилотирования.
Решение указанной проблемы позволяет существенно расширить и углубить уровень изучения динамических свойств ВС в сложных условиях эксплуатации при возможности уменьшения объема ЛИ, а также выдавать до проведения ЛИ рекомендации по обеспечению безопасности и регулярности полетов, расширению летных ограничений и делать заключения по соответствию нормам летной годности гражданских транспортных самолетов.
Диссертационная работа базируется на материалах теоретических исследований, выполненных автором в Московском государственном техническом университете гражданской авиации (МГТУ ГА) в период 1993-1999 гг
Ниже приводится краткая характеристика целей, задач, основных результатов диссертационной работы и ее содержание.
Лтссшртаимя км сомежанмв учлиоя сгвоянж тяндкалгя техиычтехмх иа/к
Ш Жучков М.Ю.
з< АВТОРЕФЕРАТ *
Цель работы и забачи исследования. Цель работы - внедрение в систему математического моделирования движения ВС современных математических методов решения задач большой размерности для получения более широкой и надежной информации о полетах ВС в особых случаях взлета и посадки и повышения их качества путем эффективного использования ЭВМ и современных математических методов при уменьшении объема ЛИ, что приводит к экономии финансовых и людских ресурсов.
Главными задачами работы являлись'
+ применение и анализ общей системы математического моделирования движения ВС на этапах взлета и посадки,
+ реализация в системе математического моделирования современных теоретических методов и алгоритмов на основе методов планирования эксперимента и теории катастроф для решения задач большой размерности, оценки эффективности ЛЭ и уровня БП ВС,
+ обоснование и разработка методов оценки адекватности математического моделирования движения ВС на взлете и посадке;
> исследование с помощью системы математического моделирования особых случаев полета ВС на этапах взлета и посадки для совершенствования РЛЭ;
+ разработка рекомендаций и предложений по обеспечению безопасной ЛЭ ВС в особых случаях взлета и посадки.
Основная идеи диссертационной работы состоит в том, чтобы в основу разработки рекомендаций по обеспечению БП ВС в особых случаях взлета и посадки положить математические средства, как наиболее дешевые и доступные, а дорогостоящие летные эксперименты использовать лишь для уточнения и контроля расчетных результатов, подтверждения их достоверности и точности.
Методы исследования. В работе использован комплексный подход исследования, включающий методы численных решений дифференциальных уравнений, теории функций и функционального анализа, матричной алгебры, теории групп, теории катастроф, вероятностей и математической статистики.
Научная новизна работы состоит в
v применении методов планирования эксперимента для
принципиальной возможности осуществления сложного
многофакторного вычислительного эксперимента по определению безопасных условий взлета и посадки,
Дмссвртацмж ил соксжаклг* ученом стаяамж жзндкя'га глхякчвежях hwljx
Ill Жучков М.Ю.
jC АВТОРЕФЕРАТ *
применении методов теории катастроф к совокупному анализу
результатов вычислительных экспериментов по особым случаям
взлета и посадки,
у применении обоснованных методик оценки адекватности математического моделирования движения ВС в виде готовых алгоритмов оценки точности и достоверности,
определении предельных безопасных границ факторов взлета и
посадки ВС в сложных внешних условиях, с учетом отказов систем,
расширяющих диапазон ожидаемых условий эксплуатации
конкретных типов DC,
/ рекомендациях и предложениях к руководящей документации по ЛЭ конкретных типов ВС на этапах взлета и посадки в сложных метеоусловиях
Достоверность результатов исследовании подтверждается:
1- Непосредственным сопоставлением численных расчетов с летным экспериментом на этапах взлёта и посадки
2 Непротиворечивостью численных расчетов летному эксперименту с помощью статистических критериев типа Пирсона, Аббе и т.д.
3. Критериями устойчивости и управляемости самолета в переходных процессах при фиксированных "дачах" рулей
Положения, выносимые на защиту:
* теоретическое обоснование и рекомендации по применению математического моделирования движения ВС на этапах взлета и посадки для оценки эффективности ЛЭ и уровня БП ВС;
+ методы проверки достоверности и точности результатов математического моделирования;
+ использование метода оптимального планирования численного эксперимента и алгоритма обработки результатов математического моделирования взлета и посадки ВС. позволяющего существенно сократить затраты времени и средств при постановке сложного численного эксперимента;
+ применение метода теории катастроф для решения задач математического моделирования динамики полета ВС с использованием анализа совокупности особых условий полета с целью выявления и анализа критических ситуаций;
+ обоснование использования теоретической модели состояния взлетно-посадочной полосы (ВПП), различных способов
Дшсеартаакя яа аонскакмв гчлиой сгоатяя жаядявата тахянчлсхкх наук
Ш Жучков М.Ю.
* АВТОРЕФЕРАТ *
торможения ВС на скользкой ІИІІ1. меюлов определения теоретических минимальных эволютнвных скоростей ВС II манеры их пилотирования на этапах взлета и посадки;
+ результаты теоретических исследований движения ВС в особых случаях взлета и посадки с помощью системы математического моделирования.
Практическая ценность работы состоит в том, что внедренные теоретические методы применительно к системе математического моделирования движения ВС позволяют:
! Исследовать особенности ЛЭ ВС как в нормальных, так и в особых случаях взлета и посадки.
2 Обеспечивать экономию топлива за счет сокращения объема ЛИ.
-
Проводить анализ особых условий эксплуатации ВС на взлете и посадке, которые выходят за рамки разрешенных, с целью разработки атласа предельных эксплуатационных возможностей самолета.
-
Решать задачи безопасных режимов полета ВС для получения дополнительной информации к существующим РЛЭ и выработки первой редакции новых РЛЭ перспективных ВС, которая будет уточняться результатами ЛИ.
-
Совершенствовать НЛГС как вновь создаваемых ВС, так и находящихся в эксплуатации.
б Разрабатывать рекомендации и предложения экипажам ВС по выполнению взлета и посадки в различных ожидаемых условиях эасплуатации
Апробация работы Результаты выполненных исследований
докладывались и получили положительную оценку на трех международных конференциях (март 1994г, май 1996г., апрель 1999 г.), а также обсуждались на ежегодных отраслевых и вузовских научно-технических конференциях и семинарах.
Публикация По материалам диссертационной работы опубликовано 17 печатных работ в период 1993-1999 гг., полученные результаты отражены в шести отчетах по научно-исследовательской работе МГТУ ГА.
Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемых источников, списка сокращений и двух приложений. Основная часть работы изложена на 146 страницах машинописного текста, всего работа содержит 75 рисунков, 19 таблиц и 146 библиографических названий (из них 16 - на иностранных языках), общий объем работы 253 страницы.
Дяссергяикя на соясхаяяя гксиоя сгеляян кандидата з-вхничвехнх наук
UJ Жучков М.Ю. * АВТОРЕФЕРАТ *
