Регистрация / Вход
Прислать материал

14.574.21.0081

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.574.21.0081
Тематическое направление
Транспортные и космические системы
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И.Ульянова (Ленина)"
Название доклада
Создание и исследование новой технологии измерения коэффициента сцепления аэродромных покрытий и разработка на ее основе мобильного комплекса для прогнозирования безопасной посадки воздушного транспорта
Докладчик
Путов Виктор Владимирович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Реализация проекта направлена на решение проблемы предпосадочного непрерывного измерения коэффициента сцепления (КС) взлетно-посадочных полос (ВПП), коррелирующих с реальными характеристиками торможения приземляющихся воздушных судов, что повысит безопасность их посадки в экстремальных погодных условиях.
Целью проекта является 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 приземляющихся воздушных судов, а также разработка и исследование реализующего эту технологию высокоточного автоматизированного буксируемого измерительного комплекса (БИК) с автоматически управляемым электромеханическим устройством торможения (ЭМУТ) измерительного колеса (ИК) для оперативного предпосадочного измерения коэффициента сцепления аэродромных покрытий.
Основными задачами проекта являются теоретическое (моделированием) и экспериментальное (исследовательскими испытаниями макетных образцов) обоснование правомерности и эффективности выдвинутого в проекте нового подхода к решению проблемы сопоставимости (корреляции) результатов предпосадочных измерений коэффициента сцепления ВПП с реальными характеристиками торможения приземляющихся воздушных судов, базирующемуся на имитации измерительным колесом антиблокировочных режимов торможения, близких к реальным режимам торможения колес приземляющихся воздушных судов.
Актуальность и новизна исследования
Новая технология измерения коэффициента сцепления покрытий взлетно-посадочных полос 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 приземляющихся воздушных судов, разрабатываются впервые, обеспечивают высокий уровень безопасности посадки, превышающий по показателю точности все известные в мире промышленно выпускаемые аналоги, обладают высокой конкурентоспособностью, надежностью, полностью автоматизированы и просты в эксплуатации.
Оценка элементов новизны научных (технологических) решений, применявшихся методик: новая технология измерения коэффициента сцепления 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 приземляющихся воздушных судов, разрабатываются впервые и превосходят все мировые аналоги по закладываемым в них возможностям корреляции результатов измерений с реальными характеристиками торможения колес самолетов.
Описание исследования

Обоснование выдвинутого в проекте нового подхода к измерению коэффициента сцепления сначала проведено методами математического моделирования, а затем подтверждено экспериментально. Адекватная математическая модель процесса измерения коэффициента сцепления покрытия взлетно-посадочной полосы состояла из трех взаимосвязанных между собой математических моделей: математической модели процесса торможения измерительного колеса с электромеханическим имитатором режимов торможения как нелинейного объекта управления, математической модели беспоисковой адаптивной системы автоматического управления торможением (скольжением) с эталонной моделью, регуляризованными алгоритмами  параметрической настройки и наблюдателем состояния, а также математической модели изменения (распределения) значений располагаемого (максимального) коэффициента сцепления вдоль покрытия ВПП.

Исследование моделированием корреляции между средними значениями коэффициента сцепления , измеренными в антиблокировочных режимах, и располагаемыми (максимальными) значениями коэффициента сцепления μmax, заданными математической моделью распределения коэффициента сцепления вдоль ВПП, проводились при пяти вариациях антиблокировочных режимов торможения. Частота следования антиблокировочных циклов 5 Гц.; длина измеряемого участка ВПП 200-3600 м; средние значения располагаемого коэффициента сцепления, задаваемые численной моделью ВПП, µmax=0.2, 0.4, 0.6,0.8.

План проведенных исследований содержал 144 эксперимента, каждый из которых записан в виде графика. Во всех экспериментах измерялось среднее значение μeff, усредненное по всей длине измеряемого участка ВПП.

В целом, по всем экспериментам средний измеренный в антиблокировочных режимах торможения коэффициент сцепления  изменялся в диапазоне от 30 до 96% от среднего располагаемого (максимального) значения, заданного численной моделью ВПП.

Отметим, что полученные результаты согласуются с данными, приведенными в Руководствах ICAO, где указывается, что хотя «современные антиблокировочные тормозные системы самолетов конструируются с учетом их работы в условиях, по возможности, приближенных  к величине максимального сцепления, однако действие тормозной системы воздушных судов обычно обеспечивает  только некоторую долю от этой максимальной величины от 30 до 90%».

Исследовательские испытания экспериментального образца буксируемого измерительного комплекса проведены на базе имеющегося в СПбГЭТУ «ЛЭТИ» автоматизированного электромеханического испытательного стенда с управляемым барабанным имитатором «бегущей дорожки» для прокатывания по ней измерительного колеса.

Испытательные заезды длиной 100 м проводились на специально подготовленных поверхностях «барабанной дорожки» испытательного стенда. Поверхность барабана обрабатывалась тем или иным составом, при высыхании которого создавалась прочная пленка с той или иной степенью шероховатости  и липкости отвечающих 15 различным  постоянным значениям коэффициента сцепления от 0,204 до 0,661, соответствующим различным типовым описательным характеристикам загрязнения ВПП с искусственным покрытием.

Во всех экспериментах измерялось среднее значение, усредненное по всей длине измеряемого участка ВПП. План проведения исследований содержал 360 экспериментов, каждый из которых записан в виде графиков. Как показали экспериментальные исследования, в целом, по всем результатам испытательных замеров измеренные в антиблокировочных режимах эффективные значения коэффициентов сцепления уменьшаются в диапазоне от 98% до 48% от соответствующих располагаемых (максимальных) значений коэффициентов сцепления, измеренных стандартным методом с постоянным скольжением.       Таким образом, результаты проведенных исследований подтвердили правомерность и эффективность подхода к решению проблемы корреляции измеряемого коэффициента сцепления ВПП, базирующегося на имитации режимов торможения колес приземляющихся воздушных судов.

Результаты исследования

Основные результаты, полученные в ходе выполнения проекта: разработана структурная схема высокоточного автоматизированного БИК; проведен сравнительный анализ влияния на точность измерения КС широкого спектра  различных по форме и параметрам антиблокировочных режимов торможения ИК; разработана программная, конструкторская и схемотехническая документация и изготовлен полномасштабный экспериментальный образец БИК; разработан и изготовлен метрологический стенд и разработана методика калибровки на нем тензометрической системы; разработана методика предпосадочного измерения КС создаваемым БИК; разработана и программно реализована адаптивная система управления ЭМУТ; проведены исследовательские испытания БИК по оценке влияния режимов торможения измерительного колеса на точность измерения коэффициента сцепления по предварительно разработанным программе и методикам; проведены маркетинговые исследования по результатам анкетирования  аэропортов РФ.

Сопоставление с результатами аналогичных работ, определяющими мировой уровень: создаваемый буксируемый измерительный комплекс открывает новое поколение автоматизированных комплексов непрерывной оценки тормозных ВПП, коррелирующих в реальном времени  действительными  тормозными характеристиками самолетов, обеспечивает высокий уровень безопасности посадки воздушных судов, превышает по показанию точности оценок безопасной посадки все известные в мире  промышленно выпускаемые  аналоги и обладает высокой ценовой конкурентоспособностью, эксплуатационной надежностью, полностью автоматизирован и прост в эксплуатации.

Создаваемый буксируемый измерительный комплекс впервые  в мировой практике содержит:

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;

Основные характеристики полученных результатов продукции: диапазон измерения КС от 0,05 до 1,00; диапазон поддержания  скольжения ИК, % , 0…50; погрешность поддержания скольжения, %,  ±1; погрешность определения КС,  %, не более ±1; скорость движения в режиме измерения КС , км/ч, 40÷90; габаритные размеры, мм, ШхДхВ, не более 1800х2200х750.

Практическая значимость исследования
Создаваемый БИК нового поколения 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 Министерства транспорта РФ и продажа опытной партии (2017-2018 г.г.); подготовка серийного производства, изготовление и испытание установочной серии, лицензирование серийного производства. Серийное изготовление и продажа (2018 г.). Ежегодный объем продаж составит 20-25 БИК. Объем российского рынка - более 150 единиц.
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, в настоящее время продажи прекратились. Поэтому одним из наиболее значимых эффектов от внедрения проекта станет появление на отечественном рынке нового импортозамещающего изделия, превосходящего все известные мировые аналоги, включая установки компании АSFT.
Важным эффектом от реализации проекта станет и то, что появление в современной отечественной установки послужит резонансным фактором повышения общего уровня требований к обеспечению безопасной посадки в Гражданской авиации РФ.