Регистрация / Вход
Прислать материал

14.579.21.0050

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.579.21.0050
Тематическое направление
Транспортные и космические системы
Исполнитель проекта
Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "МВЕН"
Название доклада
Разработка проекта регионального многоцелевого цельнокомпозитного самолета короткого взлета и посадки на 9 пассажирских мест, оснащенного интеллектуальной системой управления, обеспечивающей безопасность полетов
Докладчик
Дегтярев Геннадий Лукич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цели проекта: Разработка научных основ и проектных решений для создания регионального многоцелевого цельнокомпозитного самолета короткого взлета и посадки на 9 пассажирских мест, оснащенного интеллектуальной системой управления, обеспечивающей безопасность полетов. Разработка макета бортового комплекса информационно-интеллектуальной поддержки экипажа легких воздушных судов с функцией активного обеспечения безопасности полетов для экспериментальной отработки разработанных технических (программных, конструкторских) решений. Разработка ЭКД и ТД на фюзеляж 9-местного многоцелевого цельнокомпозитного самолета короткого взлета и посадки, оснащенного интеллектуальной системой управления с целью последующей коммерциализации (производство 9-местных ЛМС). Задачи проекта: 1. Разработка и изготовление макета 9-местного самолета, включая выбор аэродинамической и конструктивно-силовой схемы самолета, эффективной силовой установки, материалов и технологий производства, разработку основных компоновочных решений, взлетно-посадочных устройств. 2. Разработка и изготовление макета интеллектуального пилотажнонавигационного комплекса (ИПНК). 3. Разработка программы наземных исследовательских испытаний макета ИПНК с функциями, обеспечивающими безопасность полета. 4. Разработка Проекта технического задания для проведения ОКР по теме: «Разработка опытного образца регионального 9-местного легкого многоцелевого самолета (ЛМС)».
Актуальность и новизна исследования
Актуальность. Реализация проекта позволит получить новую идеологию предотвращения авиационных происшествий и инцидентов путем введения в базовую пилотажно-навигационную систему набора дополнительных функций, которые выходят за рамки обычных решений и обеспечивают помощь в пилотировании легкого многоцелевого самолета (ЛМС). Обеспечит выбор и согласование наиболее перспективных технологий и решений в области аэродинамики, силовой установки, взлетно-посадочных устройств, материалов и конструкций, оборудования, производства легких цельнокомпозитных самолетов, обеспечивающих конкурентоспособность и повышение безопасности выполнения местных перевозок и авиационных работ в России.
Научная новизна. На этапе предварительного проектирования определяются аэродинамические и массово-инерционные характеристики ЛА, проектируются органы управления и синтезируются законы автоматического управления. С помощью математической модели пространственного движения и авиасимулятора проверяется соответствие характеристик устойчивости и управляемости требованиям ТЗ в ручном и автоматическом режимах полета. По результатам моделирования вносятся коррективы в геометрию ЛА и структуру системы управления. Далее АДХ принятой модели ЛА уточняются по экспериментальным данным продувок масштабной модели ЛА в аэродинамической трубе. В результате моделирования системы управления ЛА корректируются значения ее параметров. Для повышения качества управления ЛА предлагается использовать нелинейные коэффициенты, зависящие от регулируемой величины, при интеграторах в законах управления, которые позволяют существенно снизить перерегулирование при заданном времени регулирования в каналах управления.
Описание исследования

 Одной из задач повышения безопасности полета является уменьшение время регулирования по изменению высоты полета самолета. Поскольку в контуре автопилота используются закон управления с интегратором от сигнала рассогласования по высоте, то при увеличении рассогласования происходит заброс переходного процесса. Кроме того, при этом также происходит увеличение угла тангажа и угла атаки, значения которого может стать критическим. В связи с этим для повышения качества управления ЛА в автопилоте предлагается использовать под интегралом нелинейную функцию, зависящую от рассогласования по высоте, которая позволяют существенно снизить перерегулирование при заданном времени регулирования. Для предотвращения выхода на критические углы атаки и снижения нормальной перегрузки в автопилоте используется алгебраический селектор переключения трех сигналов управления: номинального сигнала от автопилота продольного движения и двух сигналов с блока ограничения угла атаки, на который поступает сигнал с датчика угловой скорости тангажа. В отличие от известных работ здесь не используется измерение угла атаки. Аналогично с целью исключения перерегулирования при отработке угла крен также используется нелинейная функция под интегралом в законе управления автопилота и алгебраический селектор для ограничения угла крена при отработке команды изменения курса. При этом ограничение угла крена с помощью алгебраического селектора осуществляется по измерениям угла крена и его угловой скорости.

Для решения задачи предотвращения сваливания самолета в режиме ручного управления предлагается способ формирования директорной команды пилоту по тангажу при превышении самолетом критического угла атаки. При этом команда по тангажу формируется с использованием сигнала желаемой динамики угла атаки.  В отличие от известных работ, в которых для вычисления директорной команды требуется вычисление подъемной силы и тяги двигателя, предлагается алгоритм с использованием сигналов измерения угла атаки, угла крена, его угловой скорости, а так же угловой скорости относительно вертикальной оси ЛА. Директорная команда выводится на многофункциональный дисплей в виде визуального сигнала наведения по тангажу, что позволяет улучшить ситуационную осведомленность и снизить общую нагрузку на пилота в критической ситуации. Предлагаемый метод не требует аппаратных дополнений к САУ и может быть легко реализован.

На 4ом 5ом этапах проекта (2016 года) проведены следующие исследования:

- сформирован образ интеллектуальной системы навигации и управления легкого многоцелевого самолета (ЛМС) с функциями, обеспечивающими безопасность полета на основе методологии интеллектуальных карт и объектно-ориентированного подхода к проектированию автоматизированных систем;

-на основе «НОРМ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ ГРАЖДАНСКИХ ЛЕГКИХ САМОЛЕТОВ» сформированы требования к ИПНК, проведенаклассификация критических режимов полета характерных для ЛМС (21режим), были проанализированы причины их возникновения,  определены приоритеты в реализации функций безопасности , выбраны 5  критических режимов, для которых велись последующие разработки;

- были разработаны методы и алгоритмы обнаружения указанных критических ситуаций и выхода из них, базирующиеся на прогнозировании поведения самолета с помощью математического моделирования динамики его пространственного движения и рекомендациях по пилотированию самолета в критических ситуациях;

- разработано программное обеспечение ИПНК в части обнаружения критических ситуаций, информирования о них пилота и автоматического вывода самолета из некоторых наиболее опасных критических ситуаций с помощью оригинальной парашютной системы спасения самолета с экипажем;

- проведено тестирование программного обеспечения на разработанном макете ИПНК и программном обеспечении, обеспечивающим имитацию полета с выводом полетной информации и предупреждений на приборные панели ИПНК;

- изготовлен макет фюзеляжа 9-ти местного ЛМС со «стеклянной кабиной», пассажирским салоном обеспечивающим имитацию полета в пилотируемом и автоматическом режиме с возможностью имитации критических режимов полета;

- проведены наземные испытания интеллектуальной системы управления с функиями обеспечивающими безопасность полета в составе макета ЛМС

Результаты исследования

В процессе выполнения ПНИ получены следующие результаты:

результаты предварительной разработки планера 9-местного ЛМС из композиционных материалов, в том числе: весовой расчет, центровочный расчет, расчет ЛТХ, расчетное определение аэродинамических характеристик крыла и предварительная оценка массы агрегатов и систем; КСС фюзеляжа; основные компоновочные решения планера ЛМС в увязке с его подсистемами; схема членения планера, принципиальная и структурная схемы системы управления 9-местным ЛМС. Разработаны требования к интеллектуальному пилотажно-навигационному комплексу, обеспечивающему безопасность полета ЛМС.

Построен электронный макет 9-местного самолета. Разработана и изготовлена масштабная модель 9-местного самолета и проведены ее экспериментальные исследования в аэродинамической трубе Т-1К. Разработана и создана технологическая оснастка для изготовления макета фюзеляжа 9-местного ЛМС. Проведено математическое моделирование работы системы управления ЛМС в различных режимах полета; проведена верификация аэродинамических характеристик, полученных расчетным и экспериментальным путем. Осуществлен предварительный выбор систем и оборудования ЛМС: противообледенительной системы, взлетно-посадочных устройств, систем вентиляции и отопления, радиосвязного оборудования, радионавигационного оборудования, пилотажно-навигационного оборудования, бортового устройства регистрации параметров, быстродействующей парашютной системы для обеспечения безопасности полета 9-местного самолета. Разработана ЭКД для изготовления механической проводки системы управления, приборной доски, а также ЭКД и ТД на макет фюзеляжа 9-местного самолета.

В процессе выполнения 4 и 5 этапов проекта получены результаты:Разработана принципиальная и структурная схема ИПНК 9-местного самолета. Разработаны алгоритмы принятия решений для основных функций ИПНК (взлет, посадка, горизонтальный полет), а также для вывода самолета из критических режимов полета для обеспечения безопасности полета. Изготовлен макет ИПНК 9-местного самолета. Разработана ЭКД и ТД для изготовления «стеклянной кабины» самолета. Разработана схема и комплектация пассажирского салона. Разработана программная документация для реализации алгоритма принятия решений, обеспечивающих безопасность полета. Проведены наземные испытания макета ИПНК.

Полученные результаты соответствуют требованиям технического задания и обладают научной новизной. Для предотвращения режимов сваливания самолета разработаны эффективные алгоритмы для автоматов ограничения угла атаки и угла крена с использованием алгебраического селектора. При этом в отличие от других работ для ограничения угла атаки и угла крена используется только сигналы с датчиков угловой скорости (ДУС) относительно боковой и продольной оси связанной системы координат соответственно. Проведенное исследование пространственной динамики самолета подтвердило эффективность предложенных алгоритмов ограничения углов атаки и крена. Разработан алгоритм предотвращения сваливания самолета при директорном управлении самолетом. При этом ограничение угла атаки осуществляется за счет управления пилотом углом тангажа по сигналу, выводимому на пилотажный дисплей. В отличие от известного алгоритма в зарубежном источнике в предложенном алгоритме не требуется вычисление тяги и подъемной силы.

Практическая значимость исследования
Разработанная и использованная в процессе выполнения работ технология производства ЛМС из полимерно-композитных материалов может использоваться для создания планеров модельного ряда легких самолетов для Авиации общего назначения (АОН). Разработанный в процессе ПНИ проект интеллектуального пилотажно-навигационного комплекса (ИПНК) предполагается использовать в составе легких самолетов АОН. Методики и алгоритмы, выработанные в результате проведения ПНИ могут быть применены для отработки и создания новых ИПНК в авиации, машиностроении, судостроении.
В 19 регионах России местное авиасообщение является социальным видом транспорта. В восьми из них местная авиация - основной способ обеспечения круглогодичной транспортной доступности. Данный фактор требует создания нового поколения авиационной техники. Таким видом транспортного средства может стать разрабатываемый самолет, главным отличием которого от самолетов настоящего поколения можно считать наличие у него комплекса летно-технических, эксплуатационных и экономических характеристик, дающих ему качественно более высокий уровень потребительских свойств и позволяющих успешно конкурировать не только с легкими самолетами нынешнего поколения, но и с другими видами транспортных средств.
Постер

Poster 15.10.2016.ppt