Регистрация / Вход
Прислать материал

Создание и исследование новой технологии измерения коэффициента сцепления аэродромных покрытий и разработка на ее основе мобильного комплекса для прогнозирования безопасной посадки воздушного транспорта

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
измерение коэффициента сцепления (коэффициент трения скольжения) аэродромных дорожных покрытий; скольжение (степень скольжения) тормозящего колеса; безопасность посадки воздушного транспорта (воздушных судов, самолётов); управляемые электромеханические устройства торможения колёс транспорта; мобильные (буксируемые) комплексы измерения коэффициента сцепления аэродромных покрытий (взлётно-посадочных полос); прокатывание измерительного колеса с торможением (со скольжением); исследование зависимости результатов измерения коэффициента сцепления от средней величины скольжения, характера скольжения (непрерывного или дискретного), абсолютной скорости движения, нагружающей силы на колесо; повышение точности измерений; системы адаптивного и интеллектуального управления торможением измерительного (транспортного) колеса; автоматизированный электромеханический испытательный стенд с управляемым барабанным имитатором “бегущей дорожки” и сменными барабанами; замена аэродромных испытаний буксируемых измерительных комплексов стендовыми испытаниями в лабораторных условиях; новая технология измерения коэффициента сцепления измерительным колесом, кинематическим не связанным с транспортными колёсами буксируемого комплекса; управляемое электромеханическое торможение измерительного колеса с любым заданным скольжением.

Цель проекта:
Реализация проекта направлена на решение проблемы предпосадочного непрерывного измерения тормозящих свойств взлетно-посадочных полос, коррелирующих с реальными тормозными характеристиками приземляющихся воздушных судов, что повысит безопасность посадки самолетов в неблагоприятных погодных условиях. Целями реализуемого проекта являются: - Исследование и разработка новой технологии измерения коэффициента сцепления аэродромных покрытий, базирующейся на принципе формирования антиблокировочных тормозных режимов измерительного колеса, близких к реальным режимам торможения колёс воздушных судов при посадке. - Разработка и исследование высокоточного автоматизированного буксируемого измерительного комплекса с автоматически управляемым электромеханическим устройством торможения измерительного колеса для оперативного измерения коэффициента сцепления аэродромных покрытий с целью обеспечения безопасности посадки воздушного транспорта в экстремальных погодных условиях.

Основные планируемые результаты проекта:
Краткое описание основных результатов:
- результаты исследования новой технологии непрерывного измерения коэффициента сцепления колёс воздушного транспорта с покрытием взлётно-посадочных полос;
- высокоточный автоматизированный мобильный (буксируемый) измерительный комплекс нового поколения.
Основные характеристики планируемых результатов:
Разрабатываемый буксируемый измерительный комплекс должен соответствовать следующим техническим требованиям:
- диапазон измерения значений коэффициента сцепления, от 0,05 до 1,00;
- допустимый диапазон программного поддержания скольжения измерительного колеса, % , 0…50;
- установленное значение скольжения, %, 10;
- погрешность поддержания скольжения, %, ±1;
- погрешность определения коэффициента сцепления, %, не более ±1;
- скорость движения в режиме измерения коэффициента сцепления, км/ч, 40÷90;
- габаритные размеры, мм, ШхДхВ, не более 1800х2200х750.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Описание конечного продукта, создаваемого с использованием результатов, планируемых при выполнении проекта, места и роли проекта и его результатов в решении задачи/проблемы:
Буксируемый измерительный комплекс (БИК) предназначен для непрерывного измерения, индикации и документальной регистрации коэффициента сцепления колес воздушных судов с поверхностью аэродромных покрытий с целью прогнозирования их безопасной посадки в экстремальных погодных условиях.
Появление на отечественном рынке нового импортозамещающего изделия, превосходящего по уровню обеспечения безопасной посадки воздушных судов все известные мировые аналоги, включая установки ASFT Т-5 и ASFT Т-5R (Швеция), сертифицированные в РФ в 2012-2014 г.г. Одновременно, появление в российских аэропортах современной отечественной установки послужит резонансным фактором повышения общего уровня требований к обеспечению безопасной посадки в гражданской авиации Российской Федерации и стран, объединенных Межгосударственным авиационным комитетом (МАК).

Оценка элементов новизны научных (технологических) решений, применявшихся методик:
Новая технология измерения коэффициента трения взлетно-посадочной полосы (ВПП) и автоматизированный буксируемый измерительный комплекс, базирующиеся на автоматически управляемом электромеханическом устройстве торможения измерительного колеса, обеспечивающем имитацию любых режимов торможения, приближающихся к реальным тормозным режимам колес воздушного судна на посадке, разрабатываются впервые и превосходят все мировые аналоги по закладываемым в них возможностям корреляции результатов измерений с реальными тормозными характеристиками самолетов.
Создаваемая новая технология и реализующий ее измерительные комплекс открывают направление в создании нового поколения автоматизированных комплексов непрерывной оценки тормозных свойств ВПП, коррелирующих в реальном времени с действительными тормозными характеристиками самолетов, обеспечивают высокий уровень безопасности посадки воздушных судов, превышающий по показателю точности оценок безопасной посадки все известные в мире промышленно выпускаемые аналоги, и обладают высокой конкурентоспособностью, надежностью, полностью автоматизированы и просты в эксплуатации.

Сопоставление с результатами аналогичных работ, определяющими мировой уровень:
Создаваемый буксируемый измерительный комплекс впервые в мировой практике будет содержать:
1. автоматически управляемое электромеханическое устройство торможения измерительного колеса, позволяющее реализовать новую технологию измерения фрикционных свойств взлетно-посадочных полос, базирующуюся на формировании близких к реальным антиблокировочных режимов торможения колес авиашасси воздушных судов;
2. бортовую адаптивную систему автоматического управления антиблокировочными режимами торможения измерительного колеса, имитирующими реальные режимы торможения колес воздушных судов на посадке.
3. бортовой программный комплекс формирования антиблокировочных режимов торможения и корреляции результатов измерения коэффициента сцепления с реальными характеристиками торможения колес воздушных судов на посадке;
4. независимую рычажную подвеску измерительного колеса новой конструкции со встроенной тензометрической системой, обеспечивающую наивысшую конструкционно достижимую точность измерения коэффициента сцепления, определяемую оригинальным способом встраивания тензодатчика в конструкцию подвески.

Пути и способы достижения заявленных результатов, ограничения и риски:
Пути и способы достижения заявленных результатов определены имеющимся научным заделом исполнителей проекта в области теоретических и прикладных методов исследования, проектирования, разработки и реализации мехатронных комплексов подвижных роботизированных объектов, систем автоматического и автономного управления, силовой и управляющей электроники, автоматизации, информатизации и компьютеризации технических систем промышленного и специального назначения.
Риски и ограничения, связанные с одновременным появлением конкурентоспособных разработок в области измерителей, исследованы в обзоре современной научно-технической и патентной литературы и признаны разработчиками проекта незначительными, а риски со стороны зарубежных разработок, вдобавок, ослабляются политикой РФ в области поддержки импортозамещения.
Риски и ограничения на этапе рыночного освоения создаваемых новых измерительных комплексов, связанные со снижением платежеспособности российских авиапредприятий, тормозящим динамику обновления имеющегося парка изнашиваемых и морально устаревающих измерителей, будут преодолеваться государственной политикой поддержки импортозамещения и мерами разработчиков по конкурентному снижению стоимости создаваемых измерительных комплексов, а также затрат на гарантийное и послегарантийное обслуживание, которые закладываются уже при проектировании существенно более низкими, чем соответствующие затраты на приобретение и обслуживание сертифицированных на территории РФ измерителей ASFT T-5, ASFT T-5R, а также АТТ-2М с блоком регистрации БРИЗ-КС.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Описание областей применения планируемых результатов:
Измеритель коэффициента сцепления покрытий взлетно-посадочных полос для обеспечения безопасной посадки воздушных судов является обязательным оборудованием аэродромов гражданской авиации во всех странах с развитым пассажирским и транспортным воздушным сообщением. Возможно применение на автомагистралях.

Описание практического внедрения планируемых результатов или перспектив их использования:
Создаваемый в рамках проекта буксируемый измерительный комплекс является рыночным продуктом и предполагается его промышленное и рыночное освоение совместно с индустриальным партнером «Невская инженерная компания» и другими привлекаемыми к кооперации предприятиями.
Ближайшей перспективой освоения разработки в период 2017-2018 г.г. является создание рабочей конструкторской документации (РКД); изготовление и предварительные испытания опытной партии из 3-4 опытных образцов комплекса; корректировка РКД с присвоением литеры «О», приемочные испытания опытной партии и корректировка РКД с присвоением литеры «О1» (2017 г. ); сертификация типа изделия Межгосударственным авиационным комитетом и продажа опытной партии (2017-2018 г.г.); подготовка серийного производства, изготовление и испытание установочной серии (5-10 образцов), лицензирование серийного производства. Серийное изготовление и продажа 20-30 образцов (2018 г.).
Начиная с 2019 года, ежегодный объем продаж составит 40-50 измерительных комплексов для обеспечения российского рынка емкостью более 300 единиц. Предполагаемый срок окупаемости затрат проекта с учетом инвестиций (25 млн. руб.) и внебюджетных затрат индустриального партнера, затрат на освоение опытной серии, сертификацию и освоение производства при планируемой конкурентной цене единицы комплекса в 2,5 – 2,75 млн. руб. может составить не более 3-4 лет.
В настоящее время на российском рынке имеется только одна серийно выпускаемая Опытным заводом № 31 Гражданской авиации (Москва) буксируемая установка АТТ-2М, разработанная еще в начале 70-х годов прошлого века и, несмотря на модернизацию в 2012 году, глубоко морально устаревшая.
В 2012-2014 г.г в России впервые прошли сертификацию типа в МАК зарубежные буксируемые установки ASFT T-5 и ASFT T-5R компании ASFT (Швеция). Однако за три года официальным дистрибьютором ASFT в россии - компанией «НПО «Гранит», было продано в РФ не более двух десятков измерителей ASFT, и в настоящее время по экономическими причинам продажи почти прекратились. Поэтому одним из наиболее значимых эффектов от внедрения проекта станет появление на отечественном рынке нового импортозамещающего изделия, превосходящего по уровню обеспечения безопасной посадки воздушных судов все известные мировые аналоги, включая установки ASFT T-5 и ASFT T-5R.
Другим важным эффектом от реализации проекта станет то, что появление в российских аэропортах современной отечественной установки послужит резонансным фактором повышения общего уровня требований к обеспечению безопасной посадки в Гражданской авиации РФ.

Оценка или прогноз влияния планируемых результатов на развитие научно-технических и технологических направлений:
Реализация проекта позволит создать первый в мире мобильный (буксируемый) комплекс для оперативного предпосадочного измерения коэффициента сцепления аэродромных покрытий, оснащенный автоматически управляемым электромеханическим устройством, позволяющим имитировать антиблокировочные режимы торможения измерительного колеса комплекса, близкие к режимам торможения колес авиашасси, что обеспечивает корреляцию результатов измерений сцепных свойств покрытий с реальными характеристиками торможения приземляющихся воздушных судов, тем самым повышая точность измерений, достоверность определения расчетного тормозного пути приземления, и, в конечном счете, безопасность посадки.

Оценка или прогноз влияния планируемых результатов на развитие исследований в рамках международного сотрудничества:
Как отмечалось в отчете за 1 этап по проекту, в настоящее время во всем мире проводятся активные исследования проблемы корреляции (соответствия) между коэффициентом торможения самолетов и измеренным коэффициентом сцепления взлетно-посадочных полос, выполняется несколько международных проектов (RuFAB, IRIS, JWRFMP и др.) выработаны некоторые рекомендации по корреляции в виде так называемых Международного (IRFI) и Канадского (CRFI) индексов трения ВПП в зимних условиях, дающие не всегда надежные сведения, а главное, не внедренные в практику оперативных измерений коэффициента сцепления. Поэтому исследуемая в проекте технология измерения сцепных свойств ВПП, коррелирующих с тормозными характеристиками самолетов, и ее реализация в создаваемом измерительном комплексе для использования в повседневных измерениях коэффициента сцепления должны вызвать интерес международного сообщества измерителей и послужить стимулом для проведения в рамках международного сотрудничества исследований проблемы корреляции в полевых условиях.
На стадии завершения проекта предполагается участие разработчиков проекта с изготовленным и отлаженным экспериментальным образцом в международных испытаниях измерителей коэффициента сцепления ВПП, проводимых в рамках международных конференций-выставок, ежегодно проводимых на специально оборудованных испытательных полигонах в США, полигон NASA на острове Уоллопс (Wallops) и во Франции, полигон в Нанте (Nant), собирающих одновременно более 20 моделей измерителей всех ведущих мировых производителей США, Франции, Финляндии, Швеции, Канады, Норвегии, Великобритании и др..
Популяризация результатов проекта предполагается также в форме участия в таких ежегодных представительных форумах, как: Международный авиационно-космический салон МАКС, Международная выставка оборудования для аэропортов, технологий и услуг, международная авиационная выставка оборудования и технологий обслуживания и специальных услуг, Международный аэрокосмический салон и выставка аэропортового оборудования International Airport Exhibition.

Текущие результаты проекта:
- В результате аналитического обзора современной патентной, научно-технической, методической, руководящей и нормативной литературы выявлены две главные не решённые до настоящего времени проблемы предпосадочного измерения коэффициента сцепления: проблема соотнесения (одинаковости) результатов измерений коэффициента сцепления, производимых установками различных стран, которые, кроме того, должны обеспечивать повторяемость и воспроизводимость результатов собственных измерений, и проблема корреляции результатов измерений коэффициента сцепления с действительными характеристиками торможения воздушных судов при посадке.
- На основании выполненных патентных исследований и аналитического обзора сделаны выводы, что заявленные в ПНИ цели и планируемые результаты отвечают выявленным в научно-технической литературе тенденциям и прогнозам развития методов и средств решения главных проблем в области обеспечения безопасности посадки.
- На основании анализа господствующих технологий и существующих технических решений в области измерений сделаны выводы, что ни в одном из защищенных патентами или опубликованных в открытой печати, а тем более ни в одной из эксплуатируемых в мире измерительных установок не выявлены решения по осуществлению бортовых систем корреляции, функционирующих в темпе реального времени, и не найдено ни одного решения по созданию автоматически управляемых устройств торможения измерительного колеса с целью имитации им тормозных режимов, близких к реальным тормозным режимам воздушных судов при посадке.
- Разработана структурная схема высокоточного автоматизированного буксируемого измерительного комплекса, состоящая из следующих функциональных частей: автоматически управляемого электромеханического устройства торможения измерительного колеса, электрошкафа управления и автоматики, подвески измерительного колеса с тензометрической системой, переносного компьютерного пульта управления и индикации, колесного шасси, стационарного компьютеризированного рабочего места оператора на командно-диспетчерском пункте аэродрома и метрологического стенда для калибровки измерительного комплекса. Разработаны детализированные структурные схемы указанных составных частей.
- Разработаны структурные схемы пяти вариантов электромеханических устройств торможения измерительного колеса, построенных на основе управляемых электрических машин постоянного и переменного тока, проведен сравнительный анализ их достоинств, недостатков и областей применения.
- Разработана математическая модель управляемого электромеханического устройства торможения в виде системы нелинейных дифференциальных уравнений, описывающих динамические процессы торможения измерительного колеса с пневматической шиной с учетом упругости шины в пятне контакта с покрытием, упругих деформаций трансмиссии, соединяющей ступицу измерительного колеса с валом тормозного генератора, нелинейных эффектов «сухого» трения с характерным спадающим «срывным» участком, возникающем при проскальзывании измерительного колеса и электромагнитных процессов, формирующих тормозной момент.
- Разработаны структурные схемы пяти вариантов систем автоматического управления электромеханическим устройством торможения, предназначенных для подавления нежелательной динамики, возникающей при решении задач имитации программных тормозных режимов и вызванной упругими деформациями и «сухим» трением, а также характеризующейся неопределенностью параметров и неполными измерениями.
- Разработана эскизная конструкторская документация и изготовлены экспериментальные образцы электромеханического устройства торможения, электрошкафа управления и автоматики, подвески измерительного колеса с тензометрической системой, шасси буксируемого измерительного комплекса, переносного компьютерного пульта управления и индикации, позволяющих организовать полунатурные исследования управляемых тормозных режимов измерительного.
- Разработаны детализированные математические модели систем с подчиненным, модальным, адаптивным с параметрической и сигнальной настройками и интеллектуальным (нейронечетким) видами управлений электромеханическим устройством торможения измерительного колеса;
- Проведен моделированием сравнительный анализ влияния на точность измерения коэффициента сцепления антиблокировочных режимов торможения измерительного колеса с использованием подчиненной, модальной, адаптивной или нейронечеткой систем управления;
- Разработаны и исследованы математические модели изменения коэффициента сцепления и его измерения вдоль покрытия взлетно-посадочной полосы с использованием различных по форме и параметрам антиблокировочных режимов торможения измерительного колеса.
- Разработана методика калибровки тензометрической системы на создаваемом метрологическом стенде;
- Разработана методика предпосадочного измерения коэффициента сцепления создаваемым мобильным комплексом
- Разработаны и программно реализованы алгоритмы адаптивного управления с параметрической настройкой для бортового микроконтроллера электрошкафа управления и автоматики;
- Разработаны и программно реализованы алгоритмы управления процессами измерения, вычисления и визуализации текущих значений коэффициента сцепления для переносного компьютерного пульта управления и индикации;
- Проведены дополнительные патентные исследования и подана заявка на патент;
- Проведены маркетинговые исследования, определена емкость рынка, потенциальные потребители и маркетинговая стратегия.