• Стрелец Игорь Владимирович
  • 2000
  • 24

Моделирование захода на посадку и посадки воздушных судов в условиях предельных профилей сдвига ветра автореферат диссертации для написания диплома, курсовой работы, тема для доклада и реферата

Моделирование захода на посадку и посадки воздушных судов в условиях предельных профилей сдвига ветра - темы дипломов, курсовиков, рефератов и докладов Ознакомиться с текстом работы
Специальность ВАК РФ: 05.22.14 — Эксплуатация воздушного транспорта
  • Реферун рекомендует следующие темы дипломов:
  • Классификация сдвига ветра
  • Метеорологические условия возникновения сдвига ветра
  • Математическая постановка задачи поиска допустимых значений параметров сдвига ветра на критических профилях ветровых возмущений
  • Реферун советует написать курсовую работу на тему:
  • Физическое описание базовой оптимизационной задачи
  • Алгоритм формирования критического профиля сдвига ветра
  • Алгоритм формирования кусочно-линейной аппроксимации критического профиля ветра, когда узлы аппроксимации лежат внутри области
  • Реферун советует написать реферат на тему:
  • Алгоритм сплайн-аппроксимации профиля вертикального порыва ветра
  • Идентификация математических моделей движения самолетов
  • Особые ситуации, предусмотренные
  • Реферун предлагает написать доклад на тему:
  • Влияние продольной, боковой и вертикальной составляющих скоростей ветра
  • Математическое моделирование посадки в условиях СВ (усиление встречной составляющей)
  • Математическая модель продольного движения самолета в условиях св
Поделиться с друзьями:

Выдержки из автореферата диссертации Стрелец Игорь Владимирович, 2000, 05.22.14 — Эксплуатация воздушного транспорта

Актуальность темы. Анализ тенденции развития гражданской авиации (ГА) во всем мире показывает, что основной проблемой, неизменно стоящей в процессе создания и эксплуатации авиационной техники (АТ), является проблема постоянного повышения эффективности летной эксплуатации (ЛЭ) неодновременно с этим,обеспечения заданного уровня безопасности полетов (БП) воздушных судов (ВС) на различных этапах полета. Повышение эффективности ДЭ ВС требует обеспечения полетов практически в любую погоду, днем и но-' чью, в самых различных природно-климатических условиях. Для этого совершенствуется АТ, усложняются автоматические устройства, но при этом одновременно усложняется и эксплуатация самолета.

Наиболее сложными и ответственными с точки зрения обеспечения БП, по-прежнему, являются режимы взлета, захода на посадку и посадки ВС, специфика которых обусловлена:

— существенно нелинейным характером аэродинамических характеристик (АХ) самолета на больших взлетно-посадочных углах атаки;

— проявлением существенных перекрестных связей продольного и бокового движений самолета;

— значительным влиянием близости земли как на АХ, так и непосредственно на условия пилотирования самолета;

— наличием особых этапов движения самолета (в отличие от обычных полетных) — отрыва и касания, а также участков движения ВС по взлетно-посадочной полосе (ВПП);

— значительным повышением психофизической нагрузки на экипаж в связи с резким возрастанием объема и сложности задач, которые необходимо решить в течение коротких периодов времени;

— необходимостью применения особых, отличных от используемых в течение всего остального полета, методов пилотирования ВС, требующих большой точности и четкости действий экипажа;

— значительным влиянием внешних атмосферных условий;

— существенным разбросом эксплуатационных параметров в рассматриваемых режимах полета.

Необходимость решения указанных и многих других вопросов делает задачу исследования движения ВС на режимах взлета и посадки в нормальных и особых случаях полета весьма актуальной.

По данным отечественных и зарубежных органов информации на взлет, который составляет 2% общего времени полета, приходится 21% катастроф, а на посадке (4% общего времени полета) происходит 54% катастроф. Иначе говоря, на 6% летного времени приходится 75% авиационных происшествий (АП), при этом на долю ошибок пилотов отводится 62,5% всех катастроф. Наличие столь весомой доли АП, приходящихся на этапы захода на посадку и посадки, делает эти этапы потенциально более опасными, чем взлет. Поэтому все вышесказанное обусловило необходимость проведения в данной работе исследований движения ВС на этапах захода на посадку и посадки в условиях опасных внешних воздействий и, в частности, в условиях сдвига ветра (СВ) с целью выявления предельных возможностей самолетов ГА.

Проблема СВ в последние годы, точнее в последние десятилетия, входит в перечень основных научно-технических проблем, решаемых Аэронавигационной комиссией Международной организации гражданской авиации (ИКАО). В нашей стране работы по проблеме СВ ведутся под контролем Федеральной службы воздушного транспорта (ФСВТ), в них участвуют ведущие организации ГА и авиационной промышленности.

Сложность пилотирования на этапах захода на посадку и посадки ВС в условиях СВ заключается в отсутствии запасов по высоте, скорости и времени полета, когда несвоевременное и неправильное управление проявляется как решающий фактор возникновения аварийной ситуации. Поэтому при полете в опасных ситуациях, особенно на этапах захода на посадку и посадки, пилоту важно иметь в активе возможные варианты принятия грамотного решения, что требует исследования динамических свойств самолетов

в условиях СВ. Как правило, источником выработки рекомендаций действий в таких условиях являются летные испытания (ЛИ). Однако, ввиду недостаточного аппаратурного обеспечения замера параметров СБ, сложности его обнаружения, сравнительной быстротечности явлений, а также трудности и дороговизны проведения ЛИ последние проводятся мало. Поэтому в настоящее время с учетом мощного развития вычислительной техники все большую роль начинает играть математическое моделирование.

Успешное создание математических моделей (ММ) движения ВС невозможно без хорошо организованного системного анализа методов, развиваемых в базовых науках — аэродинамике, динамике полета, теоретической механике, теории упругости и автоматике.

Сейчас уже заметен неоспоримый прогресс в развитии методов математического моделирования динамики полета самолета, который связан с вводом новых быстродействующих ЭВМ. В настоящее время во многих авиационных организациях и учебных центрах (ЦАГИ, ЛИИ им.Громова, ГосНИИГА, МАИ, ВАТУ, МГГУГА, КМУГА, РАУ и др.) разработаны с теми или иными допущениями ММ самолета.

К настоящему времени опубликовано достаточно много результатов решения частных задач движения ВС в условиях СБ на взлете и посадке. Но необходимы исследования особых случаев захода на посадку и посадки ВС, в частности, с отказами двигателей и систем, а также при ошибочных действиях экипажа.

Такие внешние воздействия, как СВ и турбулентность, в настоящее время не определяются метеонаблюдениями с достаточной точностью, поэтому и рекомендации по ЛЭ имеют весьма общий характер. Для более глубоких исследований необходимо иметь модели СВ, позволяющие выявить самые неблагоприятные условия в атмосфере — критические профили СВ.

Таким образом, в предлагаемой работе решается важная для ГА проблема повышения эффективности ЛЭ и уровня БП ВС на этапах захода на посадку и посадки за счет определения и исполь-

зования в ММ движения ВС критических профилей СВ с целью разработки на этой основе рекомендаций по совершенствованию техники пилотирования.

Решение указанной проблемы позволяет существенно расширить и углубить уровень изучения динамических свойств ВС на этапах захода на посадку и посадки в условиях СВ, а также выдавать до проведения ЛИ рекомендации по обеспечению БП, расширению ожидаемых условий эксплуатации (ОУЭ) и делать заключения по соответствию нормам летной годности гражданских транспортных самолетов (НЛГС).

Диссертационная работа базируется на материалах теоретических и экспериментальных исследований, выполненных автором в Киевском международном университете гражданской авиации (КМУГА, ранее — Киевском институте инженеров гражданской авиации — КНИГА) и в Московском государственном техническом университете гражданской авиации (МГТУГА, ранее — Московском институте инженеров гражданской авиации — МИИГА) в период 1985—2000 гг.

Цель работы — разработка предложений и рекомендаций по обеспечению БП и технике пилотирования ВС на этапах захода на посадку и посадки в условиях критических профилей СВ на основе результатов математического моделирования.

Объектом исследования являются широкофюзеляжный и узкофюзеляжный самолеты (Ил-96-300, Ту-154М).

Анализ руководящей и технической документации по ЛЭ ВС на этапах захода на посадку и посадки позволил сформулировать следующие конкретные задачи исследования:

— разработка метода определения допустимых значений параметров СВ на критических профилях ветровых возмущений;

— исследование с помощью системы математического моделирования динамики полета ВС поведения самолета на этапах захода на посадку и посадки в условиях критических профилей СВ;

— разработка рекомендаций и предложений по обеспечению безопасной ЛЭ ВС на этапах захода на посадку и посадки в условиях СВ.

Главная идея диссертационной работы состоит в том, чтобы в основу разработки рекомендаций и предложений по обеспечению БП ВС на этапах захода на посадку и посадки в условиях СВ положить математическое моделирование, как наиболее дешевое и доступное средство, а дорогостоящие и трудновыполнимые летные эксперименты использовать лишь для оценю! адекватности и уточнения (идентификации) ММ.

В качестве методов исследования в работе использовался широкий спектр методов математического моделирования динамики полета: идентификации и оценки адекватности ММ, оптимизации и интерполяции, разностные методы решения дифференциальных уравнений и методы математической статистики.

Научная новизна работы состоит в том, что на комплексной основе анализа АП и метеоусловий, применения математического моделирования в задачах ЛЭ:

— создан метод разработки рекомендаций по ЛЭ ВС на этапах захода на посадку и посадки в условиях СВ;

— разработан метод определения допустимых значений параметров критических профилей СВ, которые обеспечивают БП на этапах захода на посадку и посадки при отказах функциональных систем;

— предложены и обоснованы методы пилотирования ВС в ожидаемых условиях эксплуатации (ОУЭ) на этапах захода на посадку и посадки в условиях СВ.

Достоверность результатов решения поставленных задач подтверждается:

— идентификацией ММ по данным ЛИ конкретных типов самолетов;

— адекватностью результатов вычислительных экспериментов (ВЭ) данным ЛИ конкретных типов самолетов, оцененной с помощью статистических критериев точности и непротиворечивости, а также с помощью эвристического подхода.

Практическая ценность работы состоит в том, что она позволяет:

— решать задачи эффективности и оптимизации режимов полета ВС в условиях СВ на этапах захода на посадку и посадки для получения дополнительной информации к существующим руководствам по летной эксплуатации (РЛЭ) и выработки первой редакции новых РЛЗ перспективных ВС, которая будет уточняться результатами ЛИ;

— совершенствовать РЛЭ как вновь создаваемых ВС, так и находящихся в эксплуатации;

— разрабатывать рекомендации и предложения по обучению и тренировке экипажей ВС в условиях СВ на этапах захода на посадку и посадки;

— расширить границы исследований ЛЭ ВС в условиях СВ на этапах захода на посадку и посадки и сделать ЛИ в аналогичных условиях более безопасными и информативными;

— обеспечить экономию ресурсов за счет сокращения объема ЛИ;

— проводить анализ особых ситуаций в полете за рамками эксплуатационных ограничений на этапах захода на посадку и посадки ВС с целью определения предельных возможностей самолета.

Апробация работы. Основные материалы выполненных исследований и отдельные результаты работы докладывались и получили положительную оценку на заседаниях кафедральных семинаров в КМУГА (г.Киев) и МГТУГА (г.Москва) в период 1985— 2000 гг., а также обсуждались на межотраслевых и международных научно-практических конференциях.

Реализация и внедрение результатов работы. Основные результаты диссертационной работы были использованы в авиакомпаниях ГА при повышении квалификации экипажей на этапах захода на посадку и посадки в условиях СВ, а также нашли применение в отраслевых учебных пособиях по курсам аэродинамики и динамики полета летательных аппаратов (ЛА), в курсах лекций по указанным дисциплинам.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 6 печатных работ (4 — в КМУГА и 2 — в МГТУГА).

Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников, перечня сокращений и двух приложений. Основная часть работы изложена на 203 страницах текста. Работа содержит 66 рисунков, 17 таблиц и 108 библиографических названий (из них 21 — на иностранных языках). Общий объем работы 263 страницы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационная работа выполнена согласно общим требованиям ГА стран СНГ и решениям ИКАО по вопросам обеспечения БП ВС в процессе их эксплуатации.

Работа направлена на решение большой и важной проблемы ГА — повышение эффективности ЛЭ и обеспечение БП ВС на этапах захода на посадку и посадки в условиях СВ в части разработки обоснованных рекомендаций по ЛЭ, предложений для профессиональной подготовки экипажей ВС по технике пилотирования.

Основные выводы проведенных исследований сформулированы в конце каждой главы диссертации. Общими результатами, полученными в работе, являются следующие:

1. Проведен анализ авиационных происшествий и инцидентов с воздушными суднами по отечественным и зарубежным источникам, связанным со сдвигом ветра. Показано, что наиболее опасными этапами полета являются заход на посадку и посадка ВС. Рассмотрены причины возникновения сдвига ветра, средства их обнаружения и предложены методы исследования поведения воздушных судов в указанных условиях.

2. Разработан расчетный метод определения значений допустимых параметров СВ при заходе на посадку и посадке транспортных самолетов.

3. В качестве метода исследования выбрана СММ ДП ЛА, позволяющая получить параметры движения транспортных самолетов на различных этапах полетов с высокой степенью адекватности с учетом разнообразных внешних условий, в том числе СВ любой формы.

4. Рассмотрены основные требования к содержанию и разработана программа расчетных случаев по оценке последствий внешних воздействий среды и отказов систем самолетов Ту-154М и Ил-96-300 на этапах захода на посадку и посадки.

5. С помощью вычислительных экспериментов решен ряд прикладных задач летной эксплуатации воздушных судов при заходе на посадку и посадке в условиях предельных профилей СВ с учетом влияния опасных внешних воздействий среды и отказов систем согласно разработанной программе РС. Подтверждена эффективность применения СММ ДП ЛА для сопровождения практических задач ЛИ, ЛЭ и обоснованных изменений в РЛЭ транспортных самолетов.

6. На основании результатов ВЭ сформулированы выводы и рекомендации по летной эксплуатации самолетов Ту-154М и Ил-96-300 для обоснования эксплуатационных ограничений, выработки рекомендаций экипажам по технике пилотирования и оценки БП при заходе на посадку и посадке в условиях СВ на границе ОУЭ.

7. Результаты проведенных исследований были переданы в ГосНИИГА, ФСВТ РФ, учебные заведения и авиакомпании ГА для использования в работе, что подтверждается соответствующими актами внедрения.

ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ СЛЕДУЮЩИЕ РАБОТЫ:

1. Стрелец И.В., Боярский Г.Н. Алгоритм расчетной оценки допустимых параметров сдвига ветра при заходе самолета на посадку в автоматическом режиме. — В кн.: Прикладная аэродинамика. - К.: КНИГА, 1997. - С.106-117.

2. Стрелец И.В., Рубец М.И. Алгоритмы кусочно-линейной аппроксимации критических профилей ветровых возмущений в задачах моделирования полетов самолетов в условиях сдвига ветра. — Кировоград: Труды КВАУГА, 1997. - С.21-40.

3. Стрелец И.В. Концепция построения программного комплекса изучения влияния сдвига ветра на полет воздушного судна. — В кн.: Аэродинамика для эксплуатантов и пилотов. — Кировоград: КВАУГА, 1996. - С.75-92.

4. Стрелец И.В., Боярский Г.Н. Проблемы сертификации автоматической системы управления самолета по парированию сдвига ветра. — В кн.: Моделирование полета и идентификация характеристик воздушных судов гражданской авиации, тезисы докладов Международной научно-технической конференции. — К.: КИИГА, 1991. - С.114—115.

5. Стрелец И.В., Жучков М.Ю., Бехтина Н.Б., Трушковский К.П. Особенности посадки самолета Ил-86 на ВПП, покрытую слоем осадков. — В кн.: Научный Вестник МГТУГА №33, сер. Аэромеханика и прочность. — М.: МГТУГА, 2000. — С.69—71.

6. Стрелец И.В., Жучков М.Б., Косачевский С.Г., Столяров H.H., Таршин П.Ю. Анализ моделей пилотирования Ил-96-300 с одним отказавшим двигателем при посадке с боковым ветром. — В кн.: Научный Вестник МГТУГА №33, сер. Аэромеханика и прочность. - М.: МГТУГА, 2000. - С.72-75.

Поделиться с друзьями: