Другие журналы

научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана

НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Издатель ФГБОУ ВПО "МГТУ им. Н.Э. Баумана". Эл № ФС 77 - 48211.  ISSN 1994-0408

Управление маневренным самолетом при дозаправке топливом в воздухе

# 01, январь 2013
DOI: 10.7463/0113.0500331
Файл статьи: Чеглаков_P.pdf (444.91Кб)
автор: Чеглаков Д. И.

УДК 681.5.01

Россия, МГТУ им. Н.Э. Баумана

Россия, ОАО «РСК «МиГ»

dimacheglakov@mail.ru

 

Введение

Целью исследования является разработка специального режима КСУ (комплексной системы управления) самолетом, обеспечивающего приемлемые характеристики управляемости летательного аппарата (ЛА) при дозаправке топливом в воздухе.

Обзор предшествующих работ, посвященных дозаправке топливом в воздухе маневренных летательных аппаратов [1], позволяет выделить несколько направлений исследований:

-      Исследования в области аэродинамического взаимовлияния танкера, заправочного шланга и конуса, заправляемого самолета, уточнение математических моделей.

-      Разработкам систем измерения взаимного положения танкера, заправочного шланга и конуса, заправляемого самолета.

-      Разработка алгоритмов ручного и автоматического управления самолетом.

-      Проведения летных испытаний.

 Данная работа включает в себя исследование аэродинамических особенностей, разработку специализированного алгоритма ручного управления самолетом и проведение летных испытаний.  Определим отличие ручного режима управления самолетом от автоматического [2]:

-      В режиме ручного управления ЛА КСУ отрабатывает команды, которые задает летчик, используя ручку управления самолетом (РУС), педали, ручку управления двигателем (РУД).

-      В режиме автоматического управления КСУ обеспечивает полет по заданной летчиком траектории. При этом летчик исключен из контура управления короткопериодическим движением самолета [2].

Проанализировав предшествующие работы в области разработки систем управления ЛА при дозаправке топливом в воздухе [1], можно выделить некоторые особенности данного исследования, составляющие его научную новизну:

-      Синтез законов управления КСУ проводился с учетом  аэродинамического влияния конуса дозаправки на флюгерный датчик угла атаки [3, 4].

-      В КСУ был реализован принцип управления длиннопериодическим движением с помощью РУС, и полное разделение движения по углам крена и рысканью в ручном режиме управления самолетом [2].

 

 

Рис. 1. Дозаправка «Торнадо» GR.4 от танкера VC10

 

1. Постановка задачи

Дозаправка топливом в воздухе - один из самых напряженных с точки зрения нагрузки на летчика режим пилотирования самолета. В данной статье рассматривается принятый в России метод дозаправки топливом в воздухе штанга-конус (рис. 1) [1]. В этом режиме летчик должен обеспечивать перемещения самолета с точностью в десятки сантиметров, чтобы обеспечить успешную стыковку штанги с конусом дозаправки. Для успешной стыковки необходимо обеспечить попадание штангой дозаправки в центр конуса с ошибкой не более 0.3 м, выдерживая относительную скорость в пределах от 1.2 до 2.5 м/с. Управление самолетом в условиях таких ограничений на параметры полета называется режимом точного пилотирования.

2. Результаты исследования

Целый ряд негативных факторов и возмущений, вызванных спутным следом (вихревым полем) самолета-заправщика (рис. 2), действуют на заправляемый самолет при приближении к танкеру [1]: боковая сила, направленная в сторону танкера; возмущающий момент по крену; дополнительные турбулентность и ветровая составляющая. К этим факторам следует прибавить движение конуса, которое обычно носит гармонический характер, с доминирующей первой гармоникой [1]. Все эти внешние воздействия усложняют точное пилотирование самолета, поэтому целесообразно переключить КСУ в специальный режим. В этом режиме КСУ должна обеспечивать стабилизацию и изменение вертикальной скорости () и скорости изменения курса по командам РУС, обеспечивая управление длиннопериодическим движением в ручном режиме [2, 3]. Режимы полета, на которых выполняется дозаправка топливом в воздухе характеризуется малыми балансировочными углами атаки и тангажа (до 7 °) и малыми отклонениями параметров движения от балансировочных [4 - 6]. Поэтому верны следующие формулы [2, 3]:

                                                          (1)

                                                    (2)

                                                                                                         (3)

где  - угол крена, º;  -  курс, º;  - угол тангажа, º;  - вертикальная скорость, м/с; Н – высота, м; ,  - угловые скорости вращения, º/с;  - угол наклона траектории, º;  - скорость самолета, м/с.

Из формул (1) и (3) следует, что вертикальная скорость и скорость изменения курса пропорциональны углам тангажа и крена самолета. Так как угол крена и тангажа измеряются точнее и с меньшими запаздываниями, чем вертикальная скорость и скорость изменения курса, то целесообразно обеспечить изменение текущих углов  крена и тангажа самолета по командам от ручки управления, задаваемым летчиком. Это обеспечит непосредственное ручное управление длиннопериодическим движением и  снизит влияние спутного следа танкера на особенности пилотирования.

Первоначально при разработке законов управления в режиме ДЗ для КСУ самолета были использованы алгоритмы управления со статической обратной связью по углу крена и тангажа, аналогичные применявшимся для самолетов с механической проводкой управления [2]. После этого были проведены летные испытания с применением самолета заправщика Ил-78. В результате были выявлены следующие особенности режима: необходимость дополнительного триммирования ручки управления самолетом (РУС) по крену из-за влияния спутного следа (так как статическая обратная связь не компенсировала полностью возмущающий момент); влияние потока обтекающего конус на датчик угла атаки (появление статической ошибки в измерении датчиком текущего угла атаки),   влияние воздушного потока, обтекающего носовую часть самолета, на положение конуса дозаправки (влияние увеличивается с ростом относительной скорости сближения самолета и конуса).

 

Рис. 2. Картина вихревого поля крыла и хвостового оперения танкера

 

По результатам летных испытаний в КСУ были реализованы ряд доработок:

-      Для компенсации влияния спутного следа в боковом канале управления был использован пропорцонально-интегральный закон управления по сигналу угла крена (см. рис. 3) [4 - 6]. Это позволило получить  автоматическую компенсацию ветровых возмущений, момента по крену от несимметричных подвесок, спутного следа от танкера, а также обеспечить позиционное управление по крену в диапазоне ±35º, развязанное управление по крену и углу рысканья, непосредственное управление длиннопериодическим движением самолета по сигналам от РУС.

-      В продольном канале доработки включали исключение влияния статической ошибки по углу атаки и ряд изменений в корректорах сигналов обратной связи [4 - 6].

Для проверки новых алгоритмов в ходе математического и полунатурного моделирования исходная математическая модель аэродинамики самолета, полученная на основе данных исследований в аэродинамических трубах, была доработана с учетом результатов летных испытаний [6].

Результаты, моделирования и летных испытаний полностью подтвердили отличные характеристики алгоритма. Однако наличие интегрального звена в схеме алгоритма предъявляет требования дополнительные к контролю сигнала обратной связи (в данном случае – углу крена). В случае сбоя в работе инерциальной системы навигации значение угла крена может измениться скачкообразно и вызвать вращение самолета. Поэтому необходимо ограничить значение угла крена (рис. 3) максимальным (γmax)  и минимальным (γmin) значениями. Для расчета γmax и γmin  и определения отказа инерциальной навигационной системы предлагается схема контроля (рис. 4). Основная идея схемы контроля состоит в сравнении текущего значения угла крена со значением, получаемым из модели.

 

Чеглаков_ris1

 

Рис. 3. Структурная схема алгоритма управления

 

Чеглаков_ris2

 

Рис. 4. Схема контроля сигнала угла крена

 

Заключение

Основным результатом работы является специальный режим работы КСУ для ручного управления в процессе дозаправки топливом в воздухе. Этот режим прошел полный цикл испытаний и используется на серийных самолетах. В дополнение к этому были получены углубленные знания о динамике движения самолета вблизи танкера, создана методическая основа для дальнейших исследований и разработки автоматического управления ЛА в этом режиме.

 

Список литературы

1.           Чеглаков Д.И. История исследований в области автоматизации процесса дозаправки топливом в воздухе летательных аппаратов // Новый Университет. Сер. Технические науки. 2011. № 4. C. 34-47.

2.           Оболенский Ю.Г. Управление полетом маневренных самолетов. М.: Воениздат, 2007. 480 с.

3.           Бюшгенс Г.С., Студнев Р.В. Динамика самолета. Пространственное движение. М.: Машиностроение, 1983. 320 с.

4.           Орлов С.В., Чеглаков Д.И. Алгоритм комплексной системы управления самолета МиГ-29К/КУБ в режиме дозаправка топливом в воздухе // Сборник аннотаций работ форума «Молодежь и будущее авиации и космонавтики». 2010. C. 62.

5.           Орлов С.В., Чеглаков Д.И. Разработка алгоритма КСУ-941(941УБ) в режиме «Дозаправка» // Сборник работ 1-ой научно-практической конференции «Инновации в Авиастроении». 2010. С. 130-142.

6.           Орлов С.В., Чеглаков Д.И. Алгоритм комплексной системы управления самолета МиГ-29К/КУБ в режиме дозаправка топливом в полете // Труды МАИ (электронный журнал). 2011. № 45. Режим доступа: http://www.mai.ru/science/trudy/published.php?ID=25528 (дата обращения 13.12.2012).

Поделиться:
 
ПОИСК
 
elibrary crossref ulrichsweb neicon rusycon
 
ЮБИЛЕИ
ФОТОРЕПОРТАЖИ
 
СОБЫТИЯ
 
НОВОСТНАЯ ЛЕНТА



Авторы
Пресс-релизы
Библиотека
Конференции
Выставки
О проекте
Rambler's Top100
Телефон: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)
  RSS
© 2003-2020 «Наука и образование»
Перепечатка материалов журнала без согласования с редакцией запрещена
 Тел.: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)