Белоконь С.А. Разработка матмоделей, методов и средств исследования аэродинамики (2018) (1245245), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Обмен информациеймеждуАРМмоделированияиАРМвизуализацииреализованчерезпромежуточную высокоскоростную базу данных Redis [44] с помощью27Рисунок 3: Режим "Возврат на базу"разработанных блоков MATLAB/Simulinк и сетевого программного адаптера, чтопозволяетобеспечитьодновременныйдоступнесколькихпрограммкразделяемым данным и их независимую работу в режиме реального времени.1.5 Наземный пункт управленияНаземный пункт управления предназначен для дистанционного управлениябеспилотными летательными аппаратоми (БПЛА) и включает АРМ пилота,осуществляющего непосредственное управление самолетом, и АРМ инженера,контролирующего состояние оборудования и параметры полета.АРМ пилота оборудован органами управления самолета — джойстиком,блоком управления двигателем и педалями (Thrustmaster HOTAS Warthog ReplicaUSAF A-10C и Saitek Combat Rudder Pedals), которые через эмулятор радиолинииподключаются либо к модели системы автоматического управления, либо (при28программно-аппаратномтестировании)непосредственнокбортовомупилотажно-навигационному комплексу (рисунок 1).Специально разработанное программное обеспечение предназначено дляпреобразованияиотображенияпоступающейвидеоителеметрическойинформации на экране монитора в формате «индикатор на лобовом стекле»(рисунок 4).
В режимах моделирования и тренажера видеоданные поступают отмакета носовой камеры самолета, направленной на экран АРМ визуализации, чтопозволяет учесть задержки реального оборудования при получении и обработкеизображений.В качестве базовой версии программного обеспечения на АРМ инженераустановлен доработанный пакет с открытым исходным кодом «QgroundControl»[45], предоставляющий отображение карты местности и текущего положениясамолета, контроль технического состояния оборудования в виде индикаторов играфиков, подготовку и ввод полетного задания, а также запись, хранение ивоспроизведение полученной информации (рисунок 4).Рисунок 4: Наземный пункт управления29Выводы к главе 11.
При исследование задачи управления пространственным движениемлетательного аппарата выявлен ряд специфических требований, которымдолжен удовлетворять моделирующий комплекс. С учетом этих требованийпредложенаархитектурапрограммно-аппаратнойплатформыдляразработки и исследования аэродинамики, динамики полета и системавтоматического управления свободнолетающих динамически подобныхмоделей.2. Отличительной особенностью разработанного программно-аппаратногокомплексаявляютсявстроенныефункцииподдержкитехнологиидинамически подобных летающих моделей, в частности, поддержкаанализа, сравнения и итерационного уточнения математического описанияобъекта по результатам летных испытаний, а также реализация методаполунатурногомоделирования,позволяющегозадействоватькакустановленный на самолете пилотажно- навигационный комплекс, так иназемныйпункттелеметрическихуправленияданныхдляврегистрацииреальномивремениотображенияипроверкифункционирования системы в целом.3.
Разработанныйкомплексиспользованвработахпоисследованиюдинамически подобных моделей при наземных и летных испытанияхобразцов перспективных летательных аппаратов.30Глава 2. Полная нелинейная модель движения ЛА втрехмерном пространстве2.1 ВведениеМодельдинамикинеотъемлемымпространственногоэлементомстендовдвиженияполунатурногосамолетаиявляетсяимитационногомоделирования вне зависимости от их назначения: исследование новыхлетательных аппаратов, создание и испытание алгоритмов систем автоматическогоуправления, сопровождающее моделирование, подготовка операторов НПУ и др.[46]. Математическая модель – это упрощенное представление динамики системы.Важным требованием является способность точно описывать поведение системыв разных условиях, то есть предсказательная сила модели. Кроме того, моделиинженерных систем должны быть эффективными с точки зрения вычислительноймощности [47]. Эти два требования являются конкурирующими, поэтому припостроении модели необходимо выбрать приемлемое соотношение между ними.Одной из основных задач подхода к разработке систем управления полетом,основанного на моделировании, является получение моделей динамики полета садекватной точностью, которые будут использоваться на разных этапахразработкиконтроллера.Достовернаядинамическаямодель[48,49]пространственного движения ЛА упрощает синтез контроллера для достижениятребуемых характеристик.
Адекватность формируемых математических моделейзависит от полноты и точности имеющейся о самолете информации. Сохранениесоответствия между созданными математическими моделями и реальнымиобъектами требует постоянной коррекции данных в течение жизненного цикласамолета [31].В работе [50] обсуждаются общие принципы построения математическихмоделей летательных аппаратов в реальном времени. Описываются методыпостроения минимальной, но достаточной модели полета, приводятся основные31уравнения динамики полета, расчета сил и моментов. Рассматриваются такжеобщие методы реализации компьютерной модели полета летательного аппарата.Вработе[51]излагаютсярезультатыисследованийвобластиматематического моделирования динамики полета летательных аппаратов длярешения задач летной эксплуатации воздушных судов гражданской авиации.Приводится краткая история и анализ исследований движения авиационныхшассипоискусственнымобосновываютсяимоделирования,каквзлетно-посадочнымизлагаютсяустойчивыйтакиеновыеполосам.методывычислительныйПодробноматематическогометодинтегрированиядифференциальных уравнений динамики систем, имеющих признаки жесткости;построение физико-аналитических регрессионных моделей сил взаимодействияпневматиков с опорной поверхностью; моделирование динамики различных видовшасси.
Представлены результаты решения прикладных задач летной эксплуатациивоздушных судов гражданской авиации.В[52]модельпространственногодвижениялетательногоаппаратарассматривается как объединяющий фактор, который связывает большинстворазличных видов анализа и синтеза в области механики полетов.
Описываетсяпроцесс построения математической модели динамики полета некоторогогипотетического летательного аппарата на основе оценки всех сил и моментов,влияющихнадвижениеЛА.Разработаннаямодельиспользуетсядляидентификации параметров летательного аппарата, а так же построенияавтоматической системы удержания высоты.Согласно [53], при создании систем автоматического управления полетом,должны быть выполнены по крайней мере две стадии моделирования: численноемоделирование на компьютерном стенде до реализации САУ на пилотажнонавигационном комплексе (программное тестирование) и моделирование сиспользованием ПНК до начала этапа летных испытаний (программно-аппаратноетестирование).
Существует множество имитационных моделей с разной степеньюсложности, различной точностью, интерфейсами и применимостью. Большинство32из них адаптировано к конкретной проблеме и конкретному методу ее решения.Учитываяавиационныестандартыивзаимосвязьмеждупилотажнымихарактеристиками, отказными режимами САУ, возмущающими воздействиямиокружающей среды, целесообразно использование одной и той же имитационноймодели для различных целей в процессе разработки САУ. Модель, подходящая длятакого подхода, показана на рисунке 5.Рисунок 5: Стуктура моделиИмитационные модули представлены следующим образом:Аэродинамика – ЛА представлен в виде твердого тела с шестью степенямисвободы.ШестьпеременныхописываютпоступательноедвижениеЛА:воздушная скорость, угол атаки, угол скольжения и три координаты центратяжести.
Вращательное движение описывается углами Эйлера (тангаж, крен ирыскание) и тремя угловыми скоростями. Аэродинамические коэффициенты [2] –это нелинейные функции, полученных либо по результатам испытаний модели ваэродинамической трубе, либо расчетными методами.Двигатель—модельдвигателязависитотеготипа(винтовой,турбореактивный и др.). Как правило, турбореактивный двигатель может иметьдва представления: двигатель как набор подсистем (вентилятор, компрессор,33камера сгорания, турбина, смеситель, сопло) или двигатель как некоторый «общийвыход», являющийся сложной функцией от входных параметров.
Тяга двигателяограничена только осью X.Шасси – модель шасси описывается возникающими силами и моментами иучитывает влияние динамики рычагов, амортизаторов, трения и нелинейностишин.Система управления полетом – системы управления полетом могут иметьразличныеформы-механические,аналоговые,цифровые,гибридные,симплексные, резервированные, отказоустойчивые, в зависимости от конкретноголетательного аппарата и этапа проектирования.Пилот – имитационная модель пилота применяется на ранних стадияхпроектирования для определения летных характеристик.
Во время пилотируемогомоделирования данный модуль не активен.Отказные режимы – каждый возможный отказ системы управления полетомдолжен рассматриваться в модельной среде, аналогичной реальной. Приведеннаяструктура модели позволяет имитировать режимы отказа и непрерывноконтролировать качество полета.Погодные условия – модель атмосферных возмущений может использоватьсяна заключительном этапе тестирования. Воздействия порыва и сдвига ветра,турбулентности могут имитироваться отдельно или в комбинации.Сценарий миссии – сценарий полета определяет разработчик САУ илиинструктор. Сценарий может варьироваться от очень простого (например,ступенчатое воздействие), до очень сложной боевой задачи. Сценарий миссиизависит от функции САУ, которая проверяется в текущий момент.Проведенный краткий анализ показал необходимость построения точныхнелинейных моделей для исследования характеристик летательных аппаратов,создания и испытания алгоритмов систем автоматического управления и другихзадач.
Представленная выше структура использована для создания и тестирования34полной нелинейной модели движения технологического летательного аппарата втрехмерном пространстве. Далее в работе приведено подробное описание модели.2.2 Характеристики ЛЛОсновное назначение ЛЛ – тестирование бортового радиоэлектронногооборудования, датчиков, каналов радиоуправления и телеметрии. ЛЛ представляетсобой устойчивый и управляемый летательный аппарат (полностью автономныйили дистанционно управляемый), риск потери которого минимален. КомпоновкаЛЛвыполненапосхемедвухбалочногодвухкилевогомонопланасвысокорасположенным крылом и П-образным хвостовым оперением. Общий видкомпоновки показан на рисунке 6.Рисунок 6: Общий вид ЛЛЛетательный аппарат оснащен тремя управляющими поверхностями:элеронами, рулем направления, рулем высоты. Основные параметры ЛЛприведены в таблице 1.35Таблица 1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
