Автореферат (Разработка двухканальной системы измерения положения лопастей вертолета)

На правах рукописиПрохоров Павел ДмитриевичРАЗРАБОТКА ДВУХКАНАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯПОЛОЖЕНИЯ ЛОПАСТЕЙ ВЕРТОЛЕТА05.13.01 – Системный анализ, управление и обработка информации(авиационная и ракетно-космическая техника)05.13.18 – Математическое моделирование, численные методы и комплексыпрограммАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква 2017 г.Работа выполнена на кафедре «Информационно-управляющие комплексы» ФГБОУВО Московского авиационного института (национального исследовательскогоуниверситета)Ким Николай Владимирович, кандидат техническихНаучный руководитель:наук, профессор, профессор ФГБОУ ВО Московскогоавиационногоинститута(национальногоисследовательского университета)Аникин Виктор Андреевич, доктор технических наук,Научный консультант:главный конструктор АО «Камов»Официальные оппоненты: Андреев Виктор Павлович, доктор технических наук,старший научный сотрудник, профессор ФГБОУ ВОМосковского государственного технологическогоуниверситета «СТАНКИН»Михайлов Борис Борисович, кандидат техническихнаук, доцент, доцент ФГБОУ ВО Московскогогосударственного технического университета имениН.Э.

Баумана (национального исследовательскогоуниверситета)»Ведущая организация:ФГБОУВОМосковскийгосударственныйтехнический университет гражданской авиацииЗащита состоится 21 декабря 2017 года в 14:00 на заседании диссертационногосовета Д 212.125.12 Московского авиационного института (национальногоисследовательского университета) по адресу: 125993, г. Москва, А-80, ГСП-3,Волоколамское шоссе, д. 4.С диссертацией можно ознакомится в библиотеке и на сайте МАИ по ссылкеhttps://www.mai.ru/events/defence/index.php?ELEMENT_ID=83555.Автореферат разослан «____» ____________ 2017 г.Отзывы просим отправлять в 2-х экземплярах, заверенных печатью, по адресу:125993, г. Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д.

4, Ученый совет МАИ.Ученый секретарь диссертационногосовета, кандидат технических наук,доцентСтарковАлександр Владимирович2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы. Безопасность полета вертолета может быть повышена засчет реализации процесса измерения в реальном времени траекторий движениялопастей. В этом случае можно будет реализовать безопасное управление всоответствии с положением лопастей.В частности, вертолеты с соосной схемой имеют преимущества передвертолетами с одновинтовой схемой, однако на некоторых режимах полета естьвероятность сближения лопастей вплоть до их столкновения с последующим ихразрушением.Возможное опасное сближение лопастей может произойти из-за следующихпричин:1) в условиях сильного ветра или из-за воздействия индуктивного потока –раскрутка и остановка несущего винта;2) при крутом снижении – попадание вертолета в режим вихревого кольца;3) выполнение энергичного, но в то же время недостаточнокоординированного маневра с определенными характеристиками;4) существенное превышение максимально допустимой скорости полета привыполнении пикирования с определенными характеристиками.Эти факторы существенно влияют на условия применения таких вертолетов иограничивают их функциональные возможности, в том числе и максимальнуюскорость полета.

Организация безопасного управления вертолетом в указанныхособых ситуациях возможна при условии знания положения лопастей в реальноммасштабе времени.Тема диссертации – исследование и разработка методов, обеспечивающихполучение измерений положения лопастей и траектории их движения на различныхрежимах работы винта вертолета.Цель работы – повышение безопасности функционирования вертолетов засчет использования системы измерений положения лопастей винта вертолета итраектории их движения на различных режимах работы несущего винта. Врезультате исследований должны быть разработаны:1) состав и структура системы измерения (программно-аппаратный комплекс)положения лопастей винта вертолета;2) алгоритмы определения положения лопастей и траекторий их движения;3) необходимые требования к точностным характеристикам системы измерений.Объект исследования – система измерений положения лопасти несущеговинта вертолета.Предмет исследования – программно-аппаратное обеспечение системыизмерений положения лопастей несущего винта вертолета.Методы исследования.

Исследования выполнены с использованием аппаратаматематического моделирования, методов цифровой обработки изображений,используемых в системах технического зрения, методов теории информации истатистических методов распознавания.3Научная новизна работы заключается в следующем.1. Показано, что измерение положения и траектории движения лопасти несущеговинта вертолета могут быть реализованы с помощью двухканальной системыизмерений, включающей подсистемы тензометрических и оптических измерений;2.

Предложена методика комплексирования оптических и тензометрическихизмерений, включающая в себе математическую модель пересчетатензометрических измерений в отклонения торца лопасти в системе координатвидеокамеры (связанную с вертолетной системой координат);3. Разработан комплекс алгоритмов для измерений положения лопастей, траекториидвижения лопастей и их идентификации, основанный на комплексированиитензометрических и оптических измерений;4. Разработан программно-аппаратный комплекс, реализующий предложенныеалгоритмы измерений;5.

Экспериментально показано, что комплексные измерения удовлетворяютпоставленным требованиям.Достоверность результатов, полученных в работе, подтверждаетсяобработкой и анализом экспериментальных данных, полученных при применениипредлагаемой двухканальной системы на электровинтовом стенде АО «Камов».Практическая значимость работы заключается в том, что разработаннаядвухканальная система измерений позволяет проводить исследования поведениялопастей несущего винта вертолета в динамике на различных режимах работынесущего винта вертолета, что повысит безопасность функционированиявертолетов.Апробация работыРезультаты работы докладывались на 13-й Международной конференции«Авиация и космонавтика – 2014», Москва, 2014 г.; на 9-й научно-практическойконференции «Перспективные системы и задачи управления» и 4-й молодежнойшколе-семинаре «Управление и обработка информации в технических системах»,Таганрог, 2014 г.; на научно-технической конференции «Техническое зрение всистемах управления – 2014», Москва, 2014 г.; Московской молодежной научнопрактической конференции «Инновации в авиации и космонавтике – 2015», Москва,2015 г.; Х Всероссийской юбилейной научно-технической конференции «Проблемысовершенствования робототехнических и интеллектуальных систем летательныхаппаратов», Москва, 2015 г.; 14-й Международной конференции «Авиация икосмонавтика – 2015», Москва, 2015 г.; научно-технической конференции«Техническое зрение в системах управления – 2016», Москва, 2016 г.; XLIIМеждународной молодежной научной конференции «Гагаринские чтения – 2016»,Москва, 2016 г.; XLIII Международной молодежной научной конференции«Гагаринские чтения – 2017», Москва, 2017 г.Результаты диссертационной работы используются в учебном процессекафедры «Информационно-управляющие комплексы летательных аппаратов» МАИ.Публикации.

По результатам диссертационной работы опубликовано 12работ, в том числе 3 научно-технические статьи в изданиях, включенных в переченьВАК.4Структура и объем работыДиссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы.Работа изложена на 133 страницах машинописного текста, содержит 97 рисунков, 27таблиц и 77 наименования литературных источников.К защите предоставляются следующие основные положения работы:1)программно-аппаратный комплекс двухканальной системы измерений,включающей оптический и тензометрический каналы;2)методика комплексирования оптических и тензометрических измерений,позволяющая проводить измерения на всем круговом диапазоне положения лопастив системе координат вертолета с заданной частотой;3)комплекс алгоритмов для оптического канала измерений, включающий в себяобнаружение лопасти на видеокадре, определение координат торца лопасти всистеме координат вертолета и последующую ее идентификацию с целью полученияиндивидуальных траекторий движения лопастей;4)результатыэкспериментальныхисследований,подтверждающиеработоспособность и физическую реализуемость предлагаемой двухканальнойсистемы измерений.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обосновывается актуальность темы, приводится обзорлитературы и дается общая характеристика работы.В первой главе рассматриваются вопросы комплексного измеренияположения торца лопасти несущего винта вертолета.Главные проблемы, осложняющие применение различных бесконтактныхметодов измерений положения лопасти при работающем винте, – это высокаяскорость протекания исследуемых процессов и требования к точности измерений.Из исходных данных (длина лопасти, ограничение по частоте вращениянесущеговинта)былаопределенатребуемаячастотаизмерений(производительность измерений), требуемая точность, диапазон измерений исистема координат.Был произведен обзор различных способов измерения, в ходе которогорассматривались как контактные (тензометрические), так и бесконтактные(ультразвуковые, индуктивные, оптические, радиолокационные, емкостные)способы измерений.На основе анализа рассмотренных методов измерений были выбраныоптический и тензометрический методы, которые совместно, при условиикомплексирования измерений, удовлетворяют поставленным требованиям к задаче.Таким образом, была сформирована структура предлагаемой двухканальнойсистемы.На этапе обликового проектирования системы измерений спектр перемещениялопасти неизвестен, поэтому его выбирают на основе экспертной оценки.Предварительный анализ исследуемых процессов показывает, что данный параметрможно принять равным 100 Гц при максимальной частоте вращения НВ max  6005оборотов в минуту ( fmax 10 Гц).