Диссертация (Теоретический анализ точностных характеристик движения пассажирского самолета с измерительно-вычислительным комплексом бароинерциального типа в режиме посадки)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ«МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ»(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)» МАИНа правах рукописиЧан Куанг ДыкТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ТОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИКДВИЖЕНИЯ ПАССАЖИРСКОГО САМОЛЁТА СИЗМЕРИТЕЛЬНО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫМ КОМПЛЕКСОМБАРОИНЕРЦИАЛЬНОГО ТИПА В РЕЖИМЕ ПОСАДКИСпециальность 05.07.09«Динамика, баллистика, управление движением летательных аппаратов»Диссертация на соискание учёной степеникандидата технических наукНаучный руководительдоктор технических наук,профессор Костюков В.М.Москва –20162ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕГЛАВА 1- СТРУКТУРА, АЛГОРИТМЫ И ТОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИИЗМЕРИТЕЛЬНО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ САМОЛЕТА……….141.1.

Измерительно-вычислительные комплексы пассажирского самолета ……….141.2. Структура исследуемой системы автоматической посадки самолета ………..171.2.1. Система воздушных сигналов…………………………………………..171.2.2. Погрешности системы воздушных сигналов…………………………..191.2.3. Схема бесплатформенных инерциальных навигационных системсамолета………….…………………………………………………………………….211.2.4. Погрешности бесплатформенных инерциальных навигационных системсамолета………………………………………………………………………………..231.3. Совместная работа СВС и БИНС…………………………………………..……251.4. Требования к автономной автоматической посадке самолета ………………..261.5. Техническая постановка задачи решаемой в диссертации…………………….281.6.

Математическая постановка задачи………………………………………….….28ГЛАВА 2- ВЫБОР И ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМТРОВ МОДЕЛИТУРБУЛЕНТНОСТИ ОБТЕКАНИЯ САМОЛЕТА ………………………………...302.1. Численные методы моделирования внешнего обтекания воздушным потокомсамолета……………………………………………………………………….……….302.1.1. Система уравнений для моделирования обтекания самолета……..….312.1.2. Начальные условия и граничные условия……………………………...332.1.3.

Конечно-разностная аппроксимации системы уравнений………….....352.1.4. Математическая модель геометрии исследовавшегося самолета…….372.1.5. Построение расчетных сеток…………………………………………....3932.1.6. Расчет аэродинамических коэффициентов сил и моментовсамолета…………………………………………….………………………………....412.1.7.

Модели турбулентности………………………………………………...422.1.8. Порядок проведения вычислений с помощью использованногопрограммного комплекса……………………………………………………………..442.2. Оценка точности результатов численного эксперимента……………………...452.2.1. Влияние количества итераций на сходимость результатов расчетоваэродинамических характеристик ЛА…………………………………………….....452.2.2. Влияние размера расчетной области на сходимость результатов расчетоваэродинамических характеристик ЛА.........................................................................462.3. Выбор модели турбулентности обтекания самолета..………………………….472.4.

Влияние близости экрана на аэродинамические характеристики самолета…..562.4.1. Расчетные параметры …………………………………..……………….572.4.2. Влияние близости экрана на обтекание и аэродинамическиехарактеристики самолета…………………………………………………………..…582.5. Выводы……………………………………………………………………………66ГЛАВА 3- РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРИЕМНИКАВОЗДУШНОГО ДАВЛЕНИЯ…………………………………………………..…....683.1. Обзор характеристик и параметров приемника воздушного давления……….693.2.

Проверка достоверности разработанной модели турбулентности для оценкивнутреннего распределения давления в канале ПВД…………………………….…703.3. Разработка статической модели приемника воздушного давления………...…753.3.1. Исследование влияния компоновки самолета на обтекание самолета впредполагаемой области размещения ПВД………………………………………....753.3.2. Место установки ПВД…………………………………..……………....7843.3.3.

Анализ вариантов характеристик ПВД и место размещения ПВД накорпусе самолета……………………………………………………………………...803.4. Разработка динамической модели изменения давления в каналах измерения pстПВД………………………………………………………………………………..…...863.5. Выводы…………………………………………………………………….……...94ГЛАВА 4- ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ДВИЖЕНИЯ САМОЛЁТА В РЕЖИМЕПОСАДКИ С ПОМОЩЬЮ ИВК БАРОИНЕРЦИАЛЬНОГО ТИПА…………......954.1 Используемые системы координат………………………………………………954.2. Математическая модель движения самолета…….…..........................................974.2.1.

Динамика полета ………………………………………………………..974.2.2. Динамика рулевых приводов органов управления самолета..............1044.2.3. Режим балансировки...............................................................................1054.2.4. Оптимальное управления самолетом при посадке…………………..1074.2.5. Система управления движением самолета...........................................1114.3.

Математическая модель атмосферы…………………………………………...1114.4. Моделирование работы инерциального блока системы измерения и погрешностиинерциальной системы………………………………………………………………1144.4.1. Алгоритм работы ГИБ………………………………………………….1164.4.2. Алгоритм работы БЦВМ БИНС……………………………………….1194.4.3. Алгоритм работы СВС…………………………………………………1254.4.4. Алгоритм комплексной обработки измерений для оценки высотыполета…………………………………………………………………...…………….1284.5. Результаты моделирования …………………………………………………….1324.5.1 Описание режима посадки самолета……………………………… ….1334.5.2.

Оценка точности движении по высоте в режиме посадки..................1344.6. Выводы…………………………………………………………………………..1465Заключение……………………………………………………………………..……147Список использованных источников………………………………………………1496СПИСОК СОКРАЩЕНИЙБИНС – Бесплатформенная инерциальная навигационная системаБЦВМ – Бортовая цифровая вычислительная машинаВПП – Взлетно-посадочная полосаДАП – Датчик аэрометрических параметровДЛУ – Датчик линейных ускоренийДУС – Датчик угловых скоростейДФК – Дискретный фильтр КалманаЗСК – Земная нормальная система координатИВК – Измерительно-вычислительный комплексИСК – Инерциальная система координатЛА – Летательный аппаратММ – Математическая модельПВД – Приемник воздушного давленияПО – Программное обеспечениеПСК – Приборная система координатПФ – Передаточная функцияРВ – РадиовысотомерСАУ – Система автоматического управленияСВС – Система воздушных сигналовСК – Системы координат7СНС – Спутниковая навигационная системаССК – Связанная система координат8ВведениеОбеспечение точности выдерживания траектории самолета в момент посадкиявляется важнейшей задачей решаемой проектировщиками самолета.

Для решенияданной задачи, особенно на этапе первоначального проектирования необходимыматематические модели динамики самолета и измерительно-управляющих процессовна борту.Для автоматизированного и автоматического управления летательнымиаппаратами обычно необходимо получение информации о высоте и воздушнойскорости полета, которые рассчитываются на основе информации о полном истатическом давлении, а также температуре набегающего воздушного потока [1-8].Оценки высоты, скорости полета относительно воздушной среды производится наосновании восприятия давлений в ПВД.Проектирование измерительных вычислительных комплексов производитсяодновременно с проектированием летательных аппаратов. Это обуславливаетотсутствиеполныххарактеристиклетательногоаппарата,чтозатрудняетпроектирование, так как отсутствуют точные математические модели, необходимыедля оценки точности движения летательного аппарата, и в частности точности вмомент касания взлетно-посадочной полосы.Вопросы обеспечения точности движения летательных аппаратов были, есть ибудут всегда.

В настоящее время математические модели элементов ИВК,необходимые для описания измерительных процессов в системе воздушных сигналов,являютсянаименеетеоретически разработанными.До настоящего временипроектирование приемника воздушного давления на предприятии производится какправило не по теоретическим моделям, а на основе экспериментальных продувок ваэродинамической трубе ЦАГИ, что затрудняет оценку точности движения9летательного аппарата и оптимизацию измерительных процессов из-за ограниченныхданных о точности работыприемникавоздушного давления,полученныхэкспериментальным путем.Современное состояние вычислительной техники позволяет перейти кразработке модели измерительных процессов в системе воздушных сигналов путемрешения прямой задачи описания движения летательного аппарата в воздушной средеуравнением Навье-Стокса.В работе рассмотрен вопрос построения всего комплекса математическихмоделей подсистем, определяющих точность движения самолета с акцентом натеоретические модели взаимодействия самолета с воздушной средой, оценкиточности измерительных процессов в приемнике воздушного давления (ПВД)системы воздушных сигналов (СВС), что является актуальным дополнением и в чемто альтернативой (благодаря достигнутой мощности ЭВМ) высокозатратнойэкспериментальной оценки точностных характеристик ПВД и СВС в целом.Целью диссертационной работы является разработка моделей контурауправления самолетом и их применение для оценки точности движения самолета сизмерительно-вычислительным комплексом (ИВК) бароинерциального типа.