Введение к работе
Актуальность работы. Непрерывное повышение требований к безопасности полетов, необходимость максимального использования летно-техниче-ских возможностей летательных аппаратов (ЛА) требуют выделения в составе бортового оборудования систем обеспечения безопасности полетов (СОБП), которые включены в контур директорного и автоматического управления полетом.
Целью СОБП является обеспечение экипажа и систем автоматического управления (САУ) сигналами о приближении к границам максимально-допустимых значений параметров и эксплуатационных режимов полета, что позволяет снизить вероятность выхода ЛА на критические режимы полета. При этом не должно быть лишней перестраховки при выдаче уведомляющих и предупреждающих сигналов, что в свою очередь выдвигает требования по достоверности и своевременности выдачи сигнализации. Эти требования обеспечиваются необходимой точностью входных параметров СОБП и оптимальностью настройки алгоритмов функционирования этих систем.
Типовыми представителями класса СОБП являются: система предупреждения критических режимов (СПКР), система ограничительных сигналов (СОС), система воздушных сигналов (СВС) с функциями формирования максимально-допустимых значений основных воздушно-скоростных параметров (ВСП), ряд целевых систем обеспечения безопасности на конкретных этапах полета, таких как система контроля разбега (СКР), система предупреждения приближения земли (СППЗ) и другие. Кроме того, новейшие комплексные системы, такие как комплексная система электронной индикации и сигнализации (КСЭИС), комплексная система управления (КСУ) всегда несут в себе функции обеспечения безопасности полета.
Значительный вклад в разработку СОБП внесли такие организации как: «УКБП», ФГУП «НИИ АО», Казанский государственный технический университет, Гос НИИ АН, Гос НИИ ГА, ФГУП «ЛИИ им. М.М.Громова», а так же ученые и инженеры Никифоров СП., Абрамов Б.М., Бельфор Г.Е., Лещинская О.П., Клюев Г.И., Деревянкин В.П., Солдаткин В.М., Чачикян Р.Г., Кушельман В.Я., Острославский И.В., Котик М.Г., Ференец В.А. и многие другие. За рубежом лидерами в области разработки СОБП являются фирмы и корпорации: Allied Signal (США), Rockwell Collins (США), Honeywell (США), Thales Avionics (Франция), SFIM Inc. (Франция), BAE Systems Avionics (Англия).
На сегодняшний день при проектировании бортовых СОБП остается актуальной задача создания алгоритмических и программных средств обеспечения их функционирования, а также задача разработки методик и математических моделей для оценки эффективности применения СОБП на различных режимах полета и на различных ЛА.
Говоря о проблемных аспекты разработки СОБП можно отметить, что на современном этапе развития авиационной техники программно-математическое
обеспечение (ПМО) является наиболее значимым элементом системы, на который возлагаются не только функции формирования тех или иных уведомляющих и предупреждающих сигналов, но и задачи обеспечения достоверности и своевременности их выдачи, задачи контроля достоверности входной информации, обеспечения помехозащищенности и другие. Тем самым, разработка новых СОБП, а так же доработка и совершенствование уже находящихся в эксплуатации систем требует разработки новых алгоритмов их функционирования, методик и математических средств для их верификации, как в условиях отсутствия макетных образцов, так и по результатам натурных испытаний, в частности, по результатам летных испытаний.
Целью диссертационной работы является повышение безопасности пилотирования и эффективности применения объектов авиационной техника 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.
Задача научного исследования заключается в разработке математических моделей каналов СОБП, методик верификации алгоритмического обеспечения СОБП средствами математического моделирования и анализа летных испытаний, а так же методик и математических моделей для оценки его помехозащищенности .
Решение поставленной задачи исследования проводилось по следующим основным направлениям:
анализ современных принципов построения алгоритмического и программного обеспечения бортовых систем ЛА;
разработка алгоритмов вычисления составляющих вектора истинной воздушной скорости и высоты полета вертолета на основе данных комплексного измерителя аэрометрических параметров, представляющего собой флюгерный приемник полного и статического давления, установленный в индуктивном потоке несущего винта и свободно ориентируемый по потоку;
разработка методики проведения летных испытаний (ЛИ) с целью подготовки массивов полетной информации для проведения регрессионного анализа и определения действительных значений составляющих вектора истинной воздушной скорости и высоты полета вертолета по показаниям спутниковой системы бортовых траекторных измерений (СБТИ);
разработка методики и математических моделей трактов формирования, передачи и преобразования информации по воздушной скорости и числу М в условиях турбулентности атмосферы для оценки помехозащищенности алгоритмов СОБП по каналам формирования сигнализации о достижении максимально-допустимых значений воздушной скорости и числа М;
разработка методики и математических моделей для оценки помехозащищенности алгоритмов СОБП по каналу формирования истинного угла атаки в условиях возмущающих воздействий;
- разработка комплекса математических моделей для анализа результатов ЛИ и перенастройки алгоритмов формирования сигнализации о попадании в условия сдвига ветра под конкретные типы самолетов; Методы исследования. При решении поставленной задачи использовались 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.
Научная новизна диссертации определяется следующими результатами.
Разработаны новые алгоритмы вычисления составляющих вектора истинной воздушной скорости и высоты полета вертолета, в основе которых лежит статическая характеристика комплексного измерителя аэрометрических параметров, представляющего собой флюгерный приемник полного и статического давления, установленный в индуктивном потоке несущего винта и свободно ориентируемый по потоку.
Разработана новая методика проведения ЛИ и формирования действительных значений основных ВСП для верификации алгоритмического обеспечения (АО) средств измерения величины и направления вектора истинной воздушной скорости и высоты полета вертолета во всем диапазоне эксплуатационных скоростей.
Разработаны новые методики и математические модели для оценки помехозащищенности алгоритмов СОБП по каналам воздушной скорости и числа М в условиях турбулентности атмосферы.
4. Разработана новая методика и математическая модель для оценки
помехозащищенности алгоритмов СОБП по каналу формирования истинного
угла атаки в условиях возмущающих воздействий.
5. Разработан комплекс математических моделей, позволяющий прово
дить настройку алгоритмов формирования сигнализации о попадании в условия
сдвига ветра под конкретные типы самолетов и анализ результатов ЛИ.
Практическая ценность. Работа выполнялась в соответствии с направлениями Федеральной целевой программы «Развитие гражданской авиационной техники России на 2001-2010 г.г. и на период до 2015 года» и заданием отраслевой программы «Повышение научно-технического уровня систем и агрегатов ЛА военной авиации». Практическая ценность подтверждается использованием результатов работы (алгоритмов, математических моделей, методики проведения ЛИ) при проектировании систем СВС-В28, СВВД-28, СВС-В1-25, СПКР-85, СПКР-85-1 СПКР-85-2, СПКР-85-3, КСЭИС-100, входящих в комплекс бортового оборудования самолетов Су-25, Ту-204, Ту-214, Ту-204-300, Ту-334, Ил-96-300, Ил-96-400Т и вертолета Ми-28.
Достоверность полученных результатов базируется на тщательном имитационном моделировании, на построении адекватных математических моде-
лей, натурных испытаниях опытных образцов систем, а также на опыте внедрения и использования полученных научно-технических результатов.
Реализация результатов работы. Полученные в работе научные и практические результаты внедрены на ОАО «Ульяновское конструкторское бюро приборостроения» в практике опытно-конструкторских работ по разработке и внедрению при непосредственном участии диссертанта бортовых систем СВВД-28, СВС-В1-25, СВС-В28, СПКР-85, СІЖР-85-l СПКР-85-2, СПКР-85-3, КСЭИС-100. Ряд полученных результатов внедрен в учебный процесс подготовки инженеров по специальности «Авиационные приборы и измерительно-вычислительные комплексы».
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на ежегодных научно-технических конференциях УлГТУ «Вузовская наука в современных условиях» (Ульяновск, 2003 - 2007 г.г.), международных конференциях «Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроинформатика в науке, технике и экономике» (Ульяновск, 2003 - 2007 г.г.), на Международной заочной научно-технической конференции «Актуальные вопросы промышленности и прикладных наук» (Ульяновск, 2004 г.), а также на НТС в ОАО «Ульяновское конструкторское бюро приборостроения» (2000 - 2007 г.г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ, в том числе 7 статей, 2 из них в журналах списка ВАК, 6 материалов и тезисов докладов, 1 методическое руководство к лабораторной работе, получено 3 патента на изобретение, оформлено более 20 научно-технических отчетов в ОАО «Ульяновское конструкторское бюро приборостроения».
На защиту выносятся:
Статическая характеристика комплексного измерителя аэрометрических параметров.
Методика оценки помехозащищенности алгоритмов формирования сигнализации СОБП по каналам воздушной скорости и числа М в условиях турбулентности атмосферы.
Методика оценки помехозащищенности алгоритмов формирования сигнализации СОБП по каналу угла атаки в условиях возмущающих воздействий.
Комплекс математических моделей, позволяющий проводить анализ результатов ЛИ и разработку алгоритмов формирования сигнализации о попадании в условия сдвига ветра под конкретные типы самолетов.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения и 12 приложений. Основная часть работы изложена на 194 листах машинописного текста. Работа содержит 48 рисунков и 22 таблицы. Библиография включает 97 наименований.
