Алгоритм обнаружения попадания самолета в условия сдвига ветра и оптимизация вывода - Дипломная работа

Немаловажное влияние на безопасность полетов оказывает такое атмосферное явление, как сдвиг ветра - изменение направления и (или) скорости ветра в атмосфере на очень небольшом расстоянии. Сдвиг ветра, как правило, возникает вблизи или под кучево-дождевыми облаками, в зоне атмосферных фронтов, при наличии инверсий у поверхности земли, а также в горной местности и прибрежных районах. Особо опасным является резкое изменение ветрового режима в приземном слое вдоль траектории движения самолета, которое может оказаться неожиданным для экипажа. Летательный аппарат пересекает самый нижний слой атмосферы в такое короткое время, что ограниченный запас высоты, скорости и приемистости двигателей не всегда позволяет своевременно парировать влияние резкого изменения ветра, что явилось в ряде случаев одной из главных причин летных происшествий.Интенсивность сдвига ветра (качественный термин) Вертикальный сдвиг ветра (восходящий и нисходящий потоки) на 30 м высоты; горизонтальный сдвиг ветра на 600 м, м/с Влияние на управление воздушным судном Вертикальный сдвиг ветра (включая восходящие и нисходящие потоки), равный 4-6 м/с и более, в слое 30 м высоты относится к опасным для полетов метеорологическим условием в районе аэродрома. Взлет и заход на посадку летательного аппарата в условиях сильного сдвига ветра запрещаются. Летный состав во время предполетной подготовки должен учитывать синоптические условия, благоприятные для возникновения сильных сдвигов ветра при взлете и посадке воздушного судна, так как сдвиги ветра относятся к опасным условиям, являются невидимыми и возникают неожиданно. самолет сдвиг ветер вывод 1-11] приведены данные идентификации параметров на основании измеренных профилей ветра в ситуациях, приведших к катастрофам самолетов В-727 на взлете в Нью-Орлеане в 1982 году и L-1011 на посадке в городе Даллас в 1985 году.После того, как мы обнаружили, что самолет попал в условия сдвига ветра, встает следующий вопрос: - Какими должны быть действия летчика либо автопилота, чтобы обеспечить минимальную потерю высоты? Рассмотрим данную задачу для конкретного самолета - Сигма-Классик, имеющего следующие зависимости Vy от Vпр. Vy, Vпр - вертикальная и приборная скорости при различных положениях закрылков: гладкое крыло, положение закрылков 10°, положение закрылков 20°. Сделаем дальнейшее предположение, что при относительно небольших скоростях полета и небольшой высоте поправки на сжимаемость несущественны, и плотность воздуха незначительно отличается от плотности на уровне земли. Запишем, как будут выглядеть компоненты скорости в земной системе координат: где Vy - вертикальная скорость самолета относительно воздуха, которая из предыдущей поляры может быть записана как Vx - горизонтальная составляющая скорости самолета относительно воздуха, Пусть за момент времени dt самолет пролетит расстояние в порыве dr со скоростью VxgДалее все полученные и изложенные выше результаты (математическая модель нисходящего порыва, алгоритм обнаружения попадания самолета в условия сдвига ветра) были реализованы на пилотажном стенде самолета Сигма-Классик. Алгоритм вывода самолета из условий сдвига ветра строился на основе полученной расчетным путем оптимальной стратегии вывода - выдерживании определенной скорости на гладком крыле, обеспечивающей минимальную потерю высоты при движении в зоне микропорыва.На тренажере легкого самолета Сигма-Классик реализована математическая модель сдвига ветра, которая использовалась для проведения полунатурного эксперимента. Решена задача оптимального вывода самолета из условий сдвига ветра с наименьшей потерей высоты. Эффективность предложенного алгоритма обнаружения сдвига ветра и оптимального вывода самолета из условий сдвига ветра опробована в полунатурном эксперименте на тренажере. Предложенный в работе подход к разработке алгоритма обнаружения сдвига ветра и оптимального вывода самолета из условий сдвига ветра представляет научный интерес, заслуживает внимания с точки зрения дальнейших исследований на эту тему, опробован в полунатурных экспериментах на тренажере и по результатам проведенных экспериментов показал свою работоспособность.

Содержание

Введение

1. Ветровые возмущения, возникающие при сдвиге ветра

1.1 Моделирование нисходящего порыва

2. Разработка алгоритма обнаружения попадания в сдвиг ветра

3. Поиск оптимальных параметров для вывода самолета из условий, связанных с попаданием в сдвиг ветра

4. Результаты полунатурного моделирования на стенде

Выводы

Заключение и рекомендации по внедрению в практику

Немаловажное влияние на безопасность полетов оказывает такое атмосферное явление, как сдвиг ветра - изменение направления и (или) скорости ветра в атмосфере на очень небольшом расстоянии. Сдвиг ветра, как правило, возникает вблизи или под кучево-дождевыми облаками, в зоне атмосферных фронтов, при наличии инверсий у поверхности земли, а также в горной местности и прибрежных районах.

Особо опасным является резкое изменение ветрового режима в приземном слое вдоль траектории движения самолета, которое может оказаться неожиданным для экипажа. Летательный аппарат пересекает самый нижний слой атмосферы в такое короткое время, что ограниченный запас высоты, скорости и приемистости двигателей не всегда позволяет своевременно парировать влияние резкого изменения ветра, что явилось в ряде случаев одной из главных причин летных происшествий. В связи с этим в совместных решениях Комиссии по авиационной метеорологии ВМО и ИКАО указывается на необходимость сообщения экипажам подробной информации об изменениях ветра в нижнем слое атмосферы для взлета и захода на посадку.

В еще большей степени сдвиг ветра опасен для самолетов сверхлегкого класса, имеющих малую массу, относительно небольшую скорость полета и невысокую тяговооруженность.

Бортовое оборудование в авиастроении всегда играло огромную роль. С его совершенствованием увеличивалась простота управления летательным аппаратом и безопасность полетов, сокращалось время на обучение экипажа. В настоящее время все большую часть функций стали брать на себя системы дистанционного управления и бортовые вычислители. Поэтому разработка алгоритмов бортовой системы обнаружения сдвига ветра является актуальной и может найти свое применение.

Целью данной работы является разработка алгоритма обнаружения попадания самолета в условия, связанные со сдвигом ветра, в предположении что спутниковая система навигации (GPS, ГЛОНАСС) отсутствует, либо изза недостатка спутников, не выдает путевую скорость или отказывает; информирование летчика и поиск оптимального выхода самолета из этих условий. Проверка разработанных алгоритмов проводились на тренажере самолета Сигма-4, имеющим уровень FNPT II по нормам JAR-FSTD-A.

На тренажере легкого самолета Сигма-Классик реализована математическая модель сдвига ветра, которая использовалась для проведения полунатурного эксперимента.

Предложен алгоритм обнаружения сдвига ветра.

Решена задача оптимального вывода самолета из условий сдвига ветра с наименьшей потерей высоты. Разработана методика выбора оптимального значения скорости для конкретного самолета по его аэродинамическим полярам.

Эффективность предложенного алгоритма обнаружения сдвига ветра и оптимального вывода самолета из условий сдвига ветра опробована в полунатурном эксперименте на тренажере. Результаты проведенных экспериментов показывают их работоспособность.

Автор работы А. А. Махмутов

Заключение и рекомендации по внедрению в практику

Предложенный в работе подход к разработке алгоритма обнаружения сдвига ветра и оптимального вывода самолета из условий сдвига ветра представляет научный интерес, заслуживает внимания с точки зрения дальнейших исследований на эту тему, опробован в полунатурных экспериментах на тренажере и по результатам проведенных экспериментов показал свою работоспособность.

Работа заслуживает отличной оценки, а ее автор присвоения ему звания магистра по специальности прикладные математика и физика.

Результаты и выводы работы могут быть рекомендованы для ознакомления студентам авиационных ВУЗОВ, обучающимся по соответствующим специальностям, специалистам авиапредприятий Российского авиапрома для практического применения на тренажерах и пилотажных стендах.

Научный Руководитель

В.И. Ахрамеев

«____»_________ 2013 г.

1) Бюшгенс Г.С., Студнев Р.В. Динамика продольного и бокового движения самолета. М. Машиностроение. 1979 г.

2) P.G. Saffman Vortex Dynamix . Cambridge University Press 1992.

3) H. Lamb Hydrodynamix Cambridge University Press 1975.

4) M. Ivan A Ring-Vortex Downburst Model for Flight Simulations. J.Aircraft. vol.23. №3. March 1986

5) Zhao Y. A Simplified Ring-Vortex Downburst Model. //AIAA Paper. №580, 1990, pp. 1-11

Размещено на .ru