Диссертация (Система автоматического предупреждения столкновения самолета с землей на основе прогнозирования траектории маневра уклонения)

2ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ ...................................................................................................................... 5ГЛАВА 1 СИСТЕМЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ СТОЛКНОВЕНИЯЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ С ЗЕМЛЕЙ И ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫИХ ФОРМИРОВАНИЯ ................................................................................................ 101.1 Проблема столкновения с землей в управляемом полете............................. 101.2 Обзор систем предупреждения столкновения с землей................................ 131.3 Обзор алгоритмов определения опасной близости земли ............................ 161.4 Постановка задачи ............................................................................................

311.5 Выводы по главе 1............................................................................................. 32ГЛАВА 2 ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ, ВНУТРЕННИЕ КОНТУРЫУПРАВЛЕНИЯ, ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ .................................................................. 342.1 Уравнения пространственного движения....................................................... 352.2 Силы и моменты ................................................................................................ 412.3 Внутренние контуры управления ....................................................................

422.4 Формирование астатических систем управления на основемодально-инвариантной подсистемы ..................................................................... 452.4.1Синтез статической модально-инвариантной системыуправления ............................................................................................................. 462.4.2Синтез астатической системы управления.............................................

482.4.3Синтез контура управления нормальной перегрузкой ......................... 512.5 Выводы по главе 2............................................................................................. 61ГЛАВА 3 ФОРМИРОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ СИСТЕМЫПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ СТОЛКНОВЕНИЯ С ЗЕМЛЕЙ ............................................ 623.1 Алгоритм управления при выполнении маневра уклонения отстолкновения с землей ..............................................................................................

633.1.1Первая фаза маневра уклонения, стратегии управления ...................... 633.1.1.1 Формирование заданного значения нормальнойперегрузки .......................................................................................................... 6733.1.1.2 Формирование заданного значения угла крена ............................... 873.1.1.3 Управление тягой двигателя .............................................................. 923.1.2Вторая фаза маневра уклонения .............................................................. 953.1.3Логика работы и структурная схема алгоритма управленияпри выполнении маневра уклонения от столкновения с землей .....................

973.2 Алгоритмы прогнозирования траектории движения и активациисистемы..................................................................................................................... 1003.2.1Бортовая модель замкнутой системы «летательный аппарат –система управления» и методика ее формирования........................................ 1023.2.1.1 Упрощение уравнений движения летательного аппарата ............

1023.2.1.2 Аппроксимация характеристик переходных процессов,обусловленных отработкой нормальной перегрузки .................................. 1043.2.1.3 Аппроксимация переходных процессов, обусловленныхизменением режима работы двигателя ......................................................... 1103.2.1.4 Аппроксимация переходных процессов, обусловленныхотработкой угла крена .................................................................................... 1183.2.1.5 Вычисление приборной скорости и определениеначальных условий .........................................................................................

1213.2.2Прогнозирование траектории движения и определениемомента активации системы .............................................................................. 1243.2.3Блок-схемы алгоритмов прогнозирования траекториидвижения и активации системы .........................................................................

1283.3 Функционирование системы.......................................................................... 1323.4 Выводы по главе 3........................................................................................... 133ГЛАВА 4 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ СТОЛКНОВЕНИЯ С ЗЕМЛЕЙ ..........................................

1364.1 Математическая модель летательного аппарата.......................................... 1364.2 Типовые примеры исполнения маневра уклонения отстолкновения с землей и прогнозирования траектории движения .................... 1424.3 Обобщенные характеристики работы системы ........................................... 16344.4 Пример компенсации ошибок измерения датчиков .................................... 1664.5 Пример компенсации ветровых воздействий............................................... 1684.6 Результаты математического моделирования.............................................. 1704.7 Выводы по главе 4...........................................................................................

172ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................................................... 173СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.................................................. 1765ВВЕДЕНИЕАктуальность работы. Столкновение с землей в управляемом полетеостается серьезной проблемой для летательных аппаратов (ЛА) гражданской ивоенной авиации. Большое количество человеческих жертв и существенныефинансовые убытки, вызванные катастрофами, причиной которых сталостолкновение с землей в управляемом полете, показали необходимостьразработкииобязательноговнедрениясистем,способныхформироватьпредупреждение об опасной близости земли.

Системы по предупреждениюстолкновения с землей для гражданского сектора авиации разрабатываются уженесколько десятилетий. Подходы, используемые для гражданских ЛА, имеютограниченное применение для высокоманевренных ЛА военной авиации,пилотируемых вблизи земли. Для систем, в которых осуществляется звуковое,световое или иное предупреждение летчика об опасной близости земли, а маневруклонения выполняется летчиком вручную, человек является ограничивающимэлементом:летчикневсегдаможетраспознатьпредупреждение,соответствующим образом отреагировать на него, маневр уклонения даже одними тем же летчиком в одной и той же ситуации может быть исполнен различнымобразом. Исключение человеческого фактора возможно лишь при примененииавтоматических систем, не зависящих от реакции летчика. Перспективноенаправление построения систем по предупреждению столкновения с землейсвязанно с прогнозированием траектории движения ЛА, определяемой наборомвзаимосвязанных маневров, направленных на уклонение от рельефа местности.Достаточная точность прогнозирования траектории может быть достигнута путеминтегрирования дифференциальных уравнений движения математической моделизамкнутой системы «летательный аппарат – система управления» с учетомстатических и динамических характеристик.Цельработы.Цельюработыявляетсяповышениебезопасностипилотирования самолетов (в том числе высокоманевренных) вблизи земли за счетсовершенствованиясистемыпредупреждениястолкновениясземлей,6автоматически выполняющей маневр уклонения при обнаружении потенциальноопасной ситуации.Объектисследований.Объектомисследованийявляютсясистемауправления маневренным летательным аппаратом, обеспечивающая выполнениеманевра уклонения от столкновения с землей, и способ определения моментаактивации системы на основе прогнозирования траектории маневра уклонения.На защиту выносятся следующие основные научные положения:1.

Алгоритм управления летательным аппаратом при выполнении маневрауклонения от столкновения с землей.2. Методика формирования и определения параметров упрощеннойматематической модели движения замкнутой системы «летательный аппарат –система управления», используемой на борту для прогнозирования траекторииманевра уклонения и активации системы предупреждения столкновения с землей.3. Способ формирования структуры астатических систем управления наоснове модально-инвариантной подсистемы.Научная новизна полученных результатов состоит в следующем.1. Разработанный алгоритм управления предусматривает возможностьавтоматического выполнения маневра уклонения от столкновения с землей спомощью двух стратегий управления.