авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Метод построения и информационно-математическое обеспечение бортовой автоматизированной системы снижения риска выкатывания воздушных судов на пробеге

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Завершинский Владимир Витальевич

МЕТОД ПОСТРОЕНИЯ

И ИНФОРМАЦИОННО-МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

БОРТОВОЙ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ

СНИЖЕНИЯ РИСКА ВЫКАТЫВАНИЯ

ВОЗДУШНЫХ СУДОВ НА ПРОБЕГЕ

Специальность 05.22.14 – Эксплуатация воздушного транспорта

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2011

Работа выполнена в Ульяновском высшем авиационном училище гражданской авиации (институте) на кафедре летной эксплуатации и безопасности полетов

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

А.М. Лебедев

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

начальник отдела НЦ ПЛГ ВС ГосНИИ ГА

Г.Е. Масленникова

кандидат технических наук,

старший научный сотрудник НИЦ ЭРАТ

(г. Люберцы) ФГУ 4 ЦНИИ МО РФ

Е.И. Серебряков

Ведущая организация: ГОУ ВПО МГТУ ГА

Защита состоится 02 ноября 2011 года в 16.00 на заседании диссертационного совета Д 315.002.01 при Государственном научно-исследовательском институте гражданской авиации (ГосНИИ ГА) по адресу:

125438, г. Москва, ул. Михалковская, д.67, корп.1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГосНИИ ГА.

Автореферат разослан 28 сентября 2011 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 315.002.01,

кандидат технических наук А.Е. Байков

Общая характеристика работы

Актуальность исследования. Несмотря на постоянное снижение общего числа аварий и катастроф в мировой гражданской авиации, случаи выкатывания воздушных судов (ВС) с поверхности взлетно-посадочной полосы (ВПП) продолжают оставаться достаточно распространенными. Выкатывания составляют примерно четверть всех инцидентов и аварий на воздушном транспорте и 96% всех событий, произошедших на ВПП, в том числе 80% всех катастроф. Так, по данным WAAS (World Aircraft Accident Summary – Ascend, Всемирный фонд данных по авиационным происшествиям), в период с 1998 по 2007 г.г. в мировой гражданской авиации было зарегистрировано 141 случаев выкатывания, в результате которых погибли 550 человек.

Задача минимизации рисков выкатываний ВС на посадке имеет высокий приоритет во всем мире. Это связано с тем, что, с одной стороны, происходит постоянное увеличение габаритов и массы рейсовых ВС и, следовательно, увеличение посадочной скорости и потребной посадочной дистанции, что повышает вероятность выкатывания. С другой стороны, наблюдается бурное развитие инфраструктуры в районе аэропортов, ведущее к увеличению тяжести последствий столкновения ВС с объектами этой инфраструктуры в случае выкатывания.

Поэтому проблема обеспечения эффективной и безопасной эксплуатации ВС за счет снижения риска выкатываний воздушных судов с поверхности ВПП является одной из приоритетных и актуальных и имеет существенное значение для гражданской авиации страны и всего мира.

Степень разработанности вопроса. В России значительный вклад в разработку и внедрение методов обеспечения безопасности полетов на этапах взлета и посадки внесли работы ГосНИИ ГА, МГТУ ГА, ОАО «Аэрофлот», ЦАГИ и других организаций, а также труды отечественных ученых, в том числе выполненные под руководством В.Ф. Брагазина, А.Г. Бюшгенса, Б.В. Зубкова, А.А. Комова, М.С. Кубланова, В. Г. Ципенко и др.

Большинство разрабатываемых и используемых в настоящее время мероприятий по снижению риска выкатываний, относятся к организационным и обучающим. При этом, как отмечается в ряде исследований, действенным вкладом в решение проблемы будет разработка и внедрение автоматизированных систем предупреждения и/или реагирования на потенциальную опасность выкатывания. Оснащение ВС такой системой обеспечит качественно новый уровень информационной поддержки экипажа, основанный на оценке конкретной ситуации, прогнозе ее развития и формировании необходимых рекомендаций экипажу.

Исследования, связанные с разработкой бортовых автоматизированных систем, обеспечивающих снижение риска выкатывания ВС на этапах взлета (прерванный взлет) и пробега после посадки, ведутся как в РФ, так и за рубежом. Однако данные о результатах разработок и внедрении подобных устройств в открытой печати в настоящее время отсутствуют.

В соответствии с действующими документами ИКАО и РФ, воздушные суда, взлетная масса которых превышает 15 000 кг, должны быть оборудованы системой раннего предупреждения приближения к земле (СРППЗ). Так, СРППЗ ТТА-12, функционирующая на ряде типов ВС российского производства, по данным спутниковой навигации в реальном режиме времени определяет местоположение ВС и имеет в своем составе базу данных земной поверхности, содержащую в том числе информацию о взлетно-посадочных полосах. Т.е., имеется техническая возможность в реальном времени и с высокой точностью оценивать текущее положение ВС относительно ВПП, а также фактическую путевую скорость ВС. Следовательно, при некоторой доработке СРППЗ путем введения дополнительных блоков, связей с бортовым оборудованием и программных модулей, представляется возможным реализовать функцию объективного определения угрозы выкатывания ВС с поверхности ВПП и уменьшить величину риска выкатывания за счет своевременного предупреждения экипажа о недопустимости снижения режима реверса тяги или режима торможения.

Объектом исследования является безопасность полетов, обеспечиваемая управлением дистанцией пробега ВС на посадке.

Предметом исследования является прогнозируемая потребная дистанция пробега, определяемая по данным информации, регистрируемой бортовыми средствами в текущих условиях пробега.

Целью исследования является разработка комплекса научно-технических решений, обеспечивающих снижение риска выкатывания воздушных судов с поверхности ВПП на основе определения располагаемой и потребной дистанций пробега в режиме реального времени по информации, регистрируемой бортовыми средствами в текущих условиях пробега.

Поставленная цель достигается решением следующих задач:

- разработка математической модели, наиболее полно описывающей движение ВС на пробеге, для бортовой автоматизированной системы снижения риска выкатывания;

- разработка способа определения фактического реализуемого коэффициента трения (фактического коэффициента сцепления ВПП) в процессе движения ВС по поверхности ВПП с помощью бортового вычислительного устройства;

- разработка структурной схемы, принципа работы и основных технических требований к предлагаемой системе;

- разработка методики оценки точности вычисления потребной и располагаемой дистанций пробега по значениям регистрируемых параметров движения ВС.

Методы исследования. В процессе выполнения работы использовались методы математического анализа, теории численных методов решения обыкновенных дифференциальных уравнений, теории вероятностей и математической статистики, теоретической механики и динамики полета, теории математического моделирования, а также программирование алгоритмов для ЭВМ.

Научная новизна результатов исследования, полученных лично автором, заключается:

1. В усовершенствовании модели продольного движения ВС по поверхности ВПП, за счет включения вновь полученных зависимостей коэффициента трения качения от массы и скорости движения, а также зависимости аэродинамических сил, действующих на самолет в процессе пробега, от тяги двигателей на режиме реверса, что отличает ее от известных моделей.

2. В разработке методики определения уточненных данных продольного профиля ВПП на основании полетной информации, зарегистрированной системами спутниковой навигации.

3. В разработке методики расчета поправок к приборной скорости, обусловленных воздействием потока от реверсивного устройства на приемник статического давления ВС, и определении на ее основе текущей величины продольной составляющей ветра в процессе пробега.

4. В разработке способа определения фактического реализуемого коэффициента трения (сцепления) в процессе движения ВС по поверхности ВПП по информации, регистрируемой бортовыми средствами.

5. В обосновании разработки бортовой автоматизированной системы снижения риска выкатывания ВС на пробеге.

Перечисленные выше научные результаты выносятся на защиту.

Достоверность полученных результатов обеспечивается корректным применением современного математического аппарата, выбором обоснованных моделей движения ВС по поверхности ВПП и подтверждается сравнительным анализом аналитических решений поставленных научных задач с данными реальных полётов и удовлетворительной сходимостью результатов, а также соблюдением правил составления и тестирования вычислительных программ и алгоритмов.

Практическое значение полученных результатов заключается:

- в разработке научно-обоснованного метода снижения риска выкатывания ВС на пробеге за счет автоматизации процесса принятия решения о величине потребного режима реверса тяги (режима торможения), а также получения достоверной информации о фактическом коэффициенте сцепления ВПП на более ранней стадии захода на посадку;

- в разработке структурной схемы и принципа работы бортовой автоматизированной системы снижения риска выкатывания ВС на пробеге.

Полученные результаты могут использоваться организациями (конструкторскими бюро), разрабатывающими технические средства обеспечения безопасности полетов ВС, а также в учебном процессе технических ВУЗов.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертационное исследование выполнено в соответствии с формулой специальности 05.22.14 «Эксплуатация воздушного транспорта», п. 3 «Системы и процессы: …обеспечения безопасности полетов…».

Апробация. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международной научно-технической конференции «Проблемы подготовки специалистов для гражданской авиации» (Ульяновск, УВАУ ГА, 2008 г.), V Международной научно-технической конференции «Современные научно-технические проблемы транспорта» (Ульяновск, УлГТУ, 2009), Международной научно-технической конференции «Проблемы подготовки специалистов для гражданской авиации и повышения эффективности работы воздушного транспорта » (Ульяновск, УВАУ ГА, 2010 г.), а также на расширенном заседании кафедры «Аэродинамика, конструкция и прочность летательных аппаратов» МГТУ ГА 31 марта 2011г. и на заседании методической группы ГосНИИ ГА 29 июня 2011г.

Публикации. Основные научные результаты диссертационной работы опубликованы в научных изданиях в виде 10 печатных работ, в том числе 3 статьи в ведущем рецензируемом научном журнале из перечня, определенного ВАК РФ [1-3], и 2 патента на изобретение [4,5].

Реализация результатов работы. Материалы диссертационной работы приняты для использования в разработке технического задания на проектирование Комплексной бортовой системы предупреждения, совмещающей функции СРППЗ, системы предупреждения экипажа о положении самолета относительно ВПП и системы предупреждения для снижения риска выкатывания (акт ЗАО «Транзас Авиация», г. Санкт-Петербург, от 17.12.2010г.).

Методика определения параметров продольного профиля ВПП, предложенная в диссертационной работе, использована при разработке специализированной базы данных аэропортов, входящей в состав программного комплекса обработки и анализа полетной информации, с целью применения полученных данных в алгоритмах уточненного расчета параметров движения воздушных судов по поверхности взлетно-посадочной полосы (акт Головного предприятия обработки полетной информации Украины, г. Киев, от 20.12.2010г.).

Результаты диссертационной работы внедрены в виде двух патентов на изобретение (№ 2373115 от 20.11.2009г. и № 2405721 от 10.12.2010г.), а также в учебный процесс УВАУ ГА (акт от 14.04.2011г.) и МГТУ ГА (акт от 26.04.2011г.) в виде лекционного и методического материала.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованных источников из 104 наименований (из них 15 на английском языке). Общий объем диссертации составляет 143 страниц основного текста, содержащих 59 рисунков и 5 таблиц.

Основное содержание работы

Во Введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, описаны объект и предмет исследования, определены основные методы, цели и задачи исследования, научная новизна, практическая значимость работы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе на основании статистических данных выявлены основные факторы, способные привести к выкатыванию воздушных судов с поверхности ВПП. Наиболее распространенными для случаев выкатывания ВС являются факторы риска, связанные с погодными условиями, включая посадку на влажную, покрытую слоем осадков или льда ВПП (зарегистрировано 67,5% от всех случаев выкатывания).

Проведен анализ исследований движения самолета по ВПП на этапе пробега после посадки. Выделены два перспективных направления исследований, базирующиеся на применении детерминированных и стохастических моделей. В стохастических моделях некоторые параметры пробега описаны как случайные величины. Это коэффициент трения (сцепления) f, продольная составляющая ветра u и коэффициент использования тормозных устройств, учитывающий возможные отказы и неисправности. Так как параметры f и u по своей природе являются случайными величинами, то в детерминированной модели они представляются с ограниченной точностью.

При условии обеспечения измерения (с приемлемой частотой) либо косвенного определения в процессе пробега текущих значений возмущений и передачи их в бортовой вычислитель, представляется возможным организовать управление процессом торможения по принципу компенсации. Отказы тормозных устройств при этом будут учитываться автоматически, по вычисляемому в режиме реального времени фактическому реализуемому коэффициенту сцепления.

Вторая глава посвящена построению математической модели движения ВС на пробеге для автоматизированной системы снижения риска выкатывания.

Основные уравнения продольного движения ВС имеют вид:

где: V - скорость движения самолета относительно ВПП (путевая); t - текущее время; R = R (, P, t, V, u) или R = R (n, P, t, V, u) – суммарная тяга двигателей, зависящая от параметров / n, P, t, V, u по известным законам, заданным предприятием-разработчиком (изготовителем) двигателей; - режим работы двигателей, определяемый положением рычагов управления двигателями (РУД); n - обороты двигателей; P - давление наружного воздуха; t - температура наружного воздуха; m - масса самолета; f - коэффициент трения; g =9,81м/с - ускорение свободного падения; , - коэффициенты аэродинамических сил, зависящие от аэродинамической конфигурации ВС (положения закрылков, тормозных щитков, интерцепторов или спойлеров и пр.) по известным законам, заданным предприятием-разработчиком (изготовителем) ВС; = (P, t) - плотность воздуха, зависящая от параметров P, t по известному закону; u - продольная составляющая скорости ветра; S - площадь крыла; - угол наклона ВПП относительно линии горизонта.

На начальном этапе исследований для идентификации модели была выбрана запись полетной информации конкретного участка пробега самолета Ил-76ТД-90ВД в атмосферных условиях, близких к стандартным, режим двигателей малый газ, реверс тяги и тормоза колес не используются. Основной причиной такого выбора послужило то, что системой регистрации МСРП-А-02 осуществляется запись текущих географических координат ВС, а также путевой скорости, получаемых от спутниковой навигационной системы.

Решением дифференциального уравнения пробега (1) с использованием, в качестве оценки точности приближения, среднеквадратического отклонения расчетной скорости от зарегистрированной, определяется среднее значение коэффициента трения качения f для рассмотренного участка.

В общем случае коэффициент трения качения есть функция от массы ВС и скорости. Как было отмечено в одной из работ МГТУ ГА, «применение осредненных значений коэффициента сцепления или коэффициента трения, используемые в сегодняшней практике, не отражают реального физического процесса, происходящего при взаимодействии пневматика с поверхностью ВПП». Представляется актуальной задача отыскания зависимости f=f(m, V) для уточнения математической модели движения ВС на пробеге, представленной уравнением (1).

В уравнение изменения кинетической энергии ВС на пробеге входят те же параметры, что и в дифференциальное уравнение продольного движения:



С использованием приведенных соотношений и расчетных значений скорости, полученных решением дифференциального уравнения пробега для среднего коэффициента трения, рассчитывается текущее значение коэффициента трения для каждого единичного участка пробега. Далее полученная таким образом зависимость f(V) вновь вводится в дифференциальное уравнение пробега, и процесс повторяется. С каждой итерацией зависимость коэффициента трения от скорости, полученная в результате решения энергетического уравнения, приближается к зависимости, введенной в дифференциальное уравнение на предыдущем шаге, и на пятом шаге приближения они практически совпадают. Среднеквадратическая погрешность относительно полетных данных не выходит при этом за величину половины дискретности регистрации.

Для исследования случаев пробега с применением реверса тяги были выбраны записи полетной информации конкретных участков пробега самолетов Ил-76ТД-90ВД в пяти рейсах с различной посадочной массой, атмосферные условия на посадке так же близки к стандартным.

Для каждого участка от режима n = 83% оборотов ротора внутреннего контура и до установившегося малого газа, решением энергетического уравнения (3), определяются условные зависимости коэффициента трения f от коэффициента силы аэродинамического сопротивления Сх (рис. 1).

Согласно приведенным зависимостям, при соответствующем данной аэродинамической конфигурации ВС значении Сх = 0,29, коэффициент трения f принимает отрицательные значения для малых посадочных масс, т.е. налицо явное противоречие. Оценка f для участков пробега на режиме реверса выше 83% по оборотам также приводит к отрицательным значениям.

 Условные зависимости f = f (Сх ) для-15

Рис. 1. Условные зависимости f = f (Сх ) для различных масс ВС



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.