Регистрация / Вход
Прислать материал

14.574.21.0105

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.574.21.0105
Тематическое направление
Транспортные и космические системы
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ"
Название доклада
Разработка методов имитационного моделирования, программных средств и прототипа модели динамики полета высокоскоростного вертолета с бесшарнирным несущим винтом на основе искусственных нейронных сетей
Докладчик
Гирфанов Азат Марселович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
– Повышение уровня активной, и пассивной и общей безопасности при летных перевозках, включая применение систем спутникового оповещения о происшествиях на транспорте с использованием ГЛОНАСС.
– Разработка имитационной модели динамики полета высокоскоростного вертолета с бесшарнирным несущим винтом на основе искусственных нейронных сетей и использованием имитации воздействия на вертолет нагрузок, создаваемых его основными агрегатами, позволяющей повысить точность оценки безопасности полета.
Актуальность и новизна исследования
Повышение безопасности полетов летательных аппаратов (ЛА) является одной из приоритетных задач, решение которых осуществляется при создании новых образцов высокоскоростных транспортных средств. С повышением скоростей полета особую роль играют вопросы подготовки пилотов и создания систем интеллектуального управления.
Важную роль при подготовке пилотов играет тренажерная техника, которая должна максимально отражать характеристики натурного ЛА, иначе возможно привитие так называемых «ложных навыков». Поэтому в пилотажных тренажерах ключевым фактором является математическая модель динамики полета ЛА. Особенно эта проблема актуальна для перспективной вертолетной техники.
Необходимо так же учитывать и существование особых режимов полета, характерных для современных вертолетов: режима самовращения несущего винта, режима вихревого кольца, режима неуправляемого вращения, обусловленного особенностями работы рулевого винта и т.д. Это в значительной мере усложняет задачу моделирования динамики полета вертолета, и требует дополнительных вычислительных ресурсов.
Поэтому в качестве научно-технического решения данной проблемы применены алгоритмы искусственных нейронных сетей, позволяющих имитировать сложные процессы при минимальных затратах времени.

Описание исследования

В данной работе разработана комплексная модель исследовательского пилотажного стенда, функционирующая по двум параллельным процессам взаимодействия пилота и оператора с программным обеспечением стенда.

Первый канал формирует взаимосвязь пилота и пилотажного стенда. Прямой канал связи обеспечивает передачу управляющих воздействий, создаваемых пилотом, в математическую модель динамики полета вертолета. Для полноценного функционирования данного канала необходимо соответствие эргономики взаимодействия пилота и органов управления.

Органы управления. Эргономика взаимодействия авиационных джойстиков в значительной мере искажает действительность. Ходы и усилия при движении ручек и педалей управления авиационных джойстиков не соответствуют в полной мере реальным вертолетам. Поэтому в данном стенде используются реальные органы управления вертолетом. При помощи электромеханической системы передачи сигналов, управляющие воздействия, формируемые пилотом стенда, в оцифрованном виде передаются в математическую модель динамики полета вертолета.

Модуль динамики полета. При решении задачи динамики полета вертолета используется система уравнений полного пространственного движения вертолета в трехмерном Евклидовом пространстве. Для решения уравнений динамики полета на рассматриваемом интервале времени необходимо знать значения сил и моментов, создаваемых основными агрегатами вертолета. Вычисление нагружения вертолета осуществлено при помощи имитационных моделей, созданных на основе алгоритмов искусственных нейронных сетей. Эта задача решена в квазистатической постановке, но с учетом всех необходимых параметров движения вертолета, оказывающих влияние на силы и моменты винтов. Решение проблемы моделирования особых случаев проводится с применением коррекционных моделей:

  • вихревого кольца;
  • интерференции винтов;
  • влияния близости земли;

позволяющих изменять нагружение винтов в соответствии с характеристиками таких режимов.

Общеизвестно, что любая математическая модель имеет некоторую погрешность по отношению к моделируемому объекту. Поэтому в рамках каждой из имитационных моделей предусмотрен комплекс линейных регулировочных коэффициентов, позволяющих снизить погрешность имитирования.

Модуль визуализации. С развитием компьютерной графики и увеличением мощности аппаратного обеспечения возможным стало использование более сложных программных моделей различных природных и искусственных явлений и объектов. Однако, методы, используемые в системах визуализации наземных систем, не слишком хорошо подходят для работы с большим количеством видимых объектов, присутствующих в системе визуализации пилотажного стенда. Поэтому выбор был остановлен на модели визуализации окружающего пространства, разработанной в КНИТУ-КАИ. Преимуществом данной системы является использование высоко детализированных высотных карт при минимальных вычислительных затратах.

Приборная панель. Пилот в реальном полете ориентируется не только на визуальную обстановку, но и на показания комплекса навигационно-пилотажных приборов. Задача имитации приборной панели вертолета решена при помощи технологии Macromedia Flash, которая позволяет выполнить визуальное имитирование работы пилотажно-навигационных приборов вертолета на вспомогательном мониторе пилотажного стенда.

Второй канал – канал системы управления. Система управления стендом предназначена для выполнения двух функций. Первая это формирование точки старта программы имитации динамики полета вертолета с бесшарнирным несущим винтом. Под точкой старта подразумевается комплекс конструкционных параметров и условий, определяющих динамику и кинематику, а так же положение вертолета в пространстве в начальный момент времени.

Таким образом, применение инновационных моделей имитации динамики полета вертолета и визуализации окружающего пространства обеспечили возможность функционирования стенда в режиме реального времени на типовом персональном компьютере.

 

Результаты исследования

В ходе выполнения данного проекта получены следующие результаты:
– Метод имитационного моделирования динамики полета вертолета, основанный на применение алгоритмов искусственных нейронных сетей.
– Имитационные модели основных агрегатов вертолета: имитационная модель несущего винта; имитационная модель рулевого винта; имитационная модель планера вертолета; имитационная модель посадочного устройства; имитационная модель силовой установки.
– Методика доведения имитационной модели динамики полета до натурных характеристик прототипа вертолета с бесшарнирным несущим винтом.
– Компьютерная модель визуализации рельефа местности с учетом особенностей эксплуатации вертолетной техники.
– Программа автоматизации процесса обработки больших объемов числовых данных воздействия на прототип вертолета нагрузок, создаваемых его основными агрегатами.
– Программа проектирования и обучения искусственных нейронных сетей типа персептрон.
– Программный комплекс имитации динамики полета вертолета с бесшарнирным несущим винтом.
– Программа управления экспериментальным образцом пилотажного стенда прототипа вертолета с бесшарнирным несущим винтом.
– Программа сопряжения системы визуализации рельефа местности с имитационной моделью динамики полета вертолета.
– Экспериментальный образец пилотажного стенда прототипа вертолета с бесшарнирным несущим винтом.
Полученные научно-технические результаты укладываются в общемировую тенденцию повышения качества имитации полета при минимизации стоимости, требуемого для функционирования аппаратного обеспечения.

Практическая значимость исследования
Оценка практического применения результатов работы: – применение имитационной модели динамики полета при создании пилотажных тренажеров перспективных вертолетов и систем интеллектуального управления.
Конкурентные преимущества: – создание пилотажных тренажеров нового поколения позволит повысить качество подготовки пилотов, а создание математической основы для разработки системы интеллектуального управления вертолетом позволит в значительной мере повысить безопасность эксплуатации перспективной вертолетной техники.
Оценка масштабности возможного использования ожидаемых результатов исследований: – применение в области вертолетостроения (холдинг «Вертолеты России», и зарубежные предприятия), а также в учебных заведениях, осуществляющих подготовку пилотов вертолетов.
Оценка прогнозируемых социально-экономических эффектов от использования результатов исследования:
– улучшение потребительских свойств существующих пилотажных тренажеров и создание новых;
– создание принципиально новой продукции (системы интеллектуального управления высокоскоростными вертолетами);
– повышение уровня автоматизации создания имитационных моделей динамики полета перспективных вертолетов.