Методы получения унифицированных алгоритмов расчета параметров взлетно-посадочных характеристик

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 629.7.075

ОАО МИЭА

Методы получения унифицированных алгоритмов расчета параметров взлетно-посадочных характеристик

М.Р. АЛКИНА

Н.А. ЗАЙЦЕВА

Рассматривается задача разработки программно-математического обеспечения расчета взлетно-посадочных характеристик, имеющего базовую составляющую и использующего принципы модульности и унификации. Предлагается два метода приведения номограмм взлетно-посадочных характеристик к «типовому» унифицированному виду: первый -- на этапе создания базы данных летно-технических характеристик, и второй -- учитывающий текущие условия полета.

Современные вычислительные системы самолетовождения (ВСС) разрабатываются с возможностью установки на воздушных судах (ВС) различного класса и назначения. В этой связи программно-математическое обеспечение (ПМО) ВСС, как правило, имеет базовую часть, включающую решение общих задач, выполняемых самолетами различного назначения, опционную часть, подключаемую по требованию заказчика, и специальную часть, для решения специфических задач, связанных с назначением ВС. Такое построение программного обеспечения присуще всем известным зарубежным и российским разработкам ВСС. Однако, включение в состав задач, решаемых ВСС, задачи определения взлетно-посадочных характеристик (ВПХ) имеет свои особенности, не позволяющие отнести ее к базовой части ПМО ВСС. Это приводит к разработке уникального ПМО для каждого типа ВС, и, как следствие, увеличиваются сроки проектирования новой модификации. взлетный посадочный модульность унификация

В связи с этим важной и актуальной становится проблема создания программного обеспечения расчета ВПХ, также имеющего базовую составляющую, инвариантную к типу ВС.

Определение ВПХ основывается на аэродинамических расчетах, которые корректируются в соответствии с результатами летных испытаний данного самолета. ВПХ самолета зависят от эксплуатационных и атмосферных условий, в которых происходит взлет и посадка [1]. Например, длина разбега определяется по формуле[2]:

,

где скорость отрыва, среднее ускорение разбега, Ux проекция скорости ветра на направление ВПП, Pу вертикальная составляющая силы тяги, Pст статическая тяга, Gвзл взлетный вес, и уклон ВПП, S  площадь крыла, плотность воздуха, f' коэффициент сцепления с ВПП.

Для облегчения определения ВПХ самолета в зависимости от значений влияющих на них факторов разработчиками ВС строятся номограммы, графически представляющие эти зависимости. Номограмма определения длины разбега представлена на рис. 1. Она состоит из 5-и чертежей, которые последовательно учитывают влияющие на длину разбега факторы.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Номограмма определения длины разбега

Номограммы содержатся в руководстве по летной эксплуатации (РЛЭ) на самолет. Сравнительный анализ номограмм, представляемых разработчиками ВС различного назначения, показал, что перечень параметров ВПХ практически одинаковый для любого типа ВС, но они могут быть представлены зависимостями различного вида, что требует различной последовательности действий при определении параметра.

Впервые в ОАО «МИЭА» авторами статьи функция расчета ВПХ была реализована в системе ВСС-100 на основе данных РЛЭ самолета Ан-148, содержащего номограммы определенного вида и соответствующие методики расчета характеристик. При установке системы ВСС на самолет другого класса встает задача расчета ВПХ в соответствии новым РЛЭ. При этом в ПО ВСС должно быть внесено как можно меньше изменений.

Было проведено сравнение номограмм общих характеристик самолетов Ан-148-100, Ту-204СМ [3] и А-42. Результаты сравнительного анализа, фрагмент которых приведен в табл. 1, показывают, что многие характеристики не могут быть определены с применением существующего ПО ВСС-100, т. к. имеют вид номограмм, отличный от того, для которого реализованы функции расчета ВПХ. Таким образом, встала задача приведения подобных номограмм к требуемому виду.

Для удобства назовем структуру номограмм самолета Ан-148 «типовой», а соответствующие структуры других типов самолетов «исходными». Сравнительный анализ позволил выделить 3 основных варианта отличия исходных номограмм от «типовых», и разработать соответствующие методики приведения к «типовому» виду:

1. приведение к «типовому» виду может быть выполнено на этапе формирования базы данных летно-технических характеристик (обозначены цифрой I)

2. преобразование к «типовому» виду может быть выполнено только на борту в процессе полета в зависимости от внешних условий. (обозначены цифрой II )

3. преобразование к «типовому» виду невозможно, т.к. алгоритм расчета параметра существенно отличается от «типового» (.обозначены цифрой III)

Таблица 1 Анализ возможности приведения номограмм к «типовому» виду

Рассмотрим первый вариант приведения номограммы к «типовому» виду на примере номограммы для расчета максимальной взлетной массы самолета, ограниченной нормируемым градиентом набора высоты, с одним отказавшим двигателем. В ПМО ВСС заложена процедура работы с номограммой, вид которой представлен на рис. 2а. Здесь мы видим семейство зависимостей максимальной взлетной массы от температуры для различных высот аэродрома.

Рис. 2. Номограммы расчета максимального взлетного веса самолетов Ан-148 и Ту-204СМ

Для самолета Ту-204СМ аналогичная номограмма выглядит как семейство зависимостей максимального веса от высоты для различных температур (рис. 2б). То есть исходная номограмма учитывает те же параметры, но построена в других осях.

Для преобразования подобной номограммы на первом шаге необходимо привести к «типовому» виду расположение осей, при этом получается семейство зависимостей массы от температуры, большая часть которых состоит из единственной точки (рис. 3а).

На следующем шаге необходимо вставить отсутствующие узловые точки. Для этого воспользуемся ранее описанным методом линейной интерполяции известных точек номограммы вдоль оси высот (рис. 3б).

В итоге получается номограмма, соответствующая «типовому» виду.

Рис. 3. Приведение к «типовому» виду номограммы для определения максимального взлетного веса

Данный алгоритм не требует внесения изменений в разработанное ПМО ВСС, т. к. применяется к номограмме перед формированием базы данных летно-технических характеристик (ЛТХ). Достоинством алгоритма является то, что он подходит для любой номограммы, имеющей подобные отличия от «типового» вида, и не изменится при работе с характеристиками другой модели самолета.

Рассмотрим второй метод преобразования на примере расчета располагаемого градиента набора высоты на взлете. «Типовая» номограмма представляет собой два графика, один из которых учитывает зависимость градиента от высоты аэродрома и температуры, а второй учитывает влияние взлетного веса и результат расчета из предыдущего графика (рис. 4).

Метод расчета градиента для самолета Ту-204СМ учитывает те же параметры, но вместо двух вышеописанных графиков имеется семейство номограмм, изображающих только первый график для различных взлетных весов (рис. 5)

Рис. 4. Номограмма определения располагаемого градиента набора высоты на взлете для самолета Ан-148

Для того чтобы преобразовать подобное семейство номограмм к «типовому» виду предлагается следующий алгоритм:

1. В качестве первой части номограммы, учитывающей высоту аэродрома и температуру, принимается любая из исходных номограмм, например, для G = 70 т.

2. Далее формируется второй график номограммы, учитывающий полетный вес. Для этого необходимо знать текущее значение температуры наружного воздуха, при котором из каждой номограммы выбираются массивы узловых точек. При текущей температуре T = 0C номограмма примет следующий вид (рис. 6). При других температурах второй график будет изменяться.

Рис. 5. Семейство номограмм для определения располагаемого градиента набора высоты на взлете для самолета Ту-204СМ

Рис. 6. Приведенная к «типовому» виду номограмма для определения располагаемого градиента набора высоты на взлете для самолета Ту-204СМ

Недостатком данного метода является то, что приведение номограммы к «типовому» виду требует создания дополнительного программного модуля, содержащего процедуру преобразования, учитывающую текущие условия полета. Такой модуль включается в состав уникальной части ПМО ВСС. Однако базовая часть ПМО алгоритмов ВПХ останется без изменений.

Таким образом, в работе было разработано два алгоритма для приведения номограмм к «типовому» виду: на этапе создания базы данных ЛТХ и бортовой, учитывающей условия полета.

Как было сказано выше, в качестве ПМО расчета ВПХ взято ПМО ВСС_100 самолета Ан-148. , На рис. 7 приведена структура алгоритмов ВПХ ПМО ВСС самолета Ту-204СМ до применения полученных в работе алгоритмов преобразования номограмм к «типовому» виду. Белым цветом обозначены базовые модули, серым -- уникальные модули, требующие дополнительной разработки для включения в состав ПМО ВСС.

Рис. 7. Структура ПМО расчета ВПХ самолета Ту-204СМ до применения алгоритмов приведения номограмм к «типовому» виду

Разработанные методика и алгоритмы преобразования номограмм позволили сохранить базовую часть программных модулей в ПМО ВСС-100-1 для самолета Ту_204СМ, что показано на рис. 8. Вместо 15 модулей потребовалась разработка всего 6 новых модулей, входящих состав ПМО-ВСС, в том числе одного дополнительного модуля для преобразования номограмм в полете.

Рис. 8. Структура ПМО расчета ВПХ самолета Ту-204СМ после применения алгоритмов приведения номограмм к «типовому» виду

1. Разработана методика и универсальный алгоритм преобразования номограмм ВПХ к «типовому» виду на этапе формирования базы данных ЛТХ с использованием известных способов интерполяции.

2. Разработана методика приведения исходных номограмм к «типовому» виду, учитывающая текущие условия полета, посредством разработки дополнительного программного модуля, входящего в состав ПМО ВСС.

3. Предложенная методика повышает коэффициент унификации модуля определения ВПХ до 0,83, что в свою очередь позволяет сократить сроки проектирования, отладки и сертификации вновь разрабатываемого или модифицируемого ПМО ВСС.

ЛИТЕРАТУРА

1. Межгосударственный авиационный комитет. Авиационные правила. Часть 25. Нормы летной годности самолетов транспортной категории, Летно-исследовательский институт им. М. М. Громова, 1994.

2. Остославский И.В., Стражева И.В.. Динамика полета. М.: Машиностроение, 1969

3. Технические требования к пилотажно-навигационному комплексу для самолета Ту-204СМ. М.: 2007.

Размещено на Allbest.ru