Мониторинг полётной информации для оценки нагружения силовых элементов конструкции летательного аппарата

• Автор: Пожиленков, Владимир Алексеевич
• Шифр специальности: 05.07.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 105 с. : ил.

ГЛАВА I. РАЗРАБОТКА КОНЦЕПТУАЛЬНОЙ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ ПОЛЁТНОЙ ИНФОРМАЦИИ
1.1.ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
1.2. А НАЛ ИТИ Ч ЕСКИ Й ОБЗОР СОСТОЯНИЯ П РОБЛ ЕМ Ы
1.3. РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ПРОГРАММЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
1.4. КОНЦЕПЦИЯ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ
ГЛАВА II. КОМПОНОВКА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ОЦЕНИВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ВС
2.1. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАЗБЕГА
2.2. ПОДБОР И МОДИФИКАЦИЯ УСТОЙЧИВОГО МЕТОДА РЕШЕНИЯ УРАВНЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ
2.3. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ИДЕНТИФИКАЦИИ МОДЕЛИ
ГЛАВА III. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ИДЕНТИФИКАЦИИ МОДЕЛИ ДВИЖЕНИЯ ВС ПО ПОЛЁТНОЙ ИНФОРМАЦИИ
3.1 ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА ПОЛЁТНОЙ ИНФОРМАЦИИ
3.2 ОКОНЧАТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА ПОЛЁТНОЙ ИНФОРМАЦИИ И ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТЕЙ МЕТОДА
3.3 АНАЛИЗ ТОЧНОСТИ МЕТОДА
3.3.1 Анализ с помощью идеальной модели
3.3.2 Описание способа наложения шумов на идеальную характеристику скорости
3.3.3 Анализ с помощью модели приближенной к реальной
3.4. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОДЕЛАННОГО АНАЛИЗА
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ

Актуальность темы. Нагружение силовых элементов летательного аппарата (ЛА), происходящее в полёте определяется произведением веса на перегрузку. При этом перегрузка определяется бортовыми измерительными системами с высокой точностью, а вес (масса) в полёте не измеряется вообще. Определение массы производится расчётным путём - из взлётной массы вычитается масса выработанного топлива. Погрешность расчётного значения массы определяется погрешностью определения взлётной массы и погрешностью топли-вомера. При этом под погрешностью топливомера следует понимать погрешность разности его показаний в начале полёта и в текущий момент, она не включает в себя постоянную составляющую погрешности топливомера и на порядок ниже погрешности определения взлётной массы. Поэтому определение взлётной массы с высокой точностью является непременным условием для оценки состояния силовых элементов ЛА. Определить её можно перед полётом, сложением массы груза, топлива и самого ЛА, но погрешность при этом, как сумма погрешностей компонентов, может превысить требуемые ограничения. Более точный метод - вычисление по ускорению в процессе разбега. Однако определить взлётную массу по косвенным данным, полученным от бортовых измерителей невозможно без точного знания взлётной тяги двигателей. Как показали данные исследования, взлётная тяга двигателей известна недостаточно точно, но есть возможность снизить погрешность до приемлемой в процессе наблюдения (мониторинга) за полётами. В итоге мониторинг полётной информации позволяет решить две задачи: оценить состояние конструкции ЛА и получить точные значения взлётной массы и тяги двигателей, что необходимо для первой задачи, но имеет также самостоятельное значение.
В авиации каждому типу воздушного судна (ВС) определена максимально допустимая вертикальная перегрузка. Если она превышена в полёте, производится дефектация силовых элементов конструкции планера и шасси. Но при одинаковой перегрузке и разных полётных массах, нагрузка силовых элементов тоже будет разной. Есть резон учитывать массу ВС при определении максимально допустимой вертикальной перегрузки. Особенно её следует учитывать, когда полётная масса превышает допустимую. Предельную перегрузку в этом случае необходимо снизить кратно соотношению допустимой и фактической масс.
Определение взлётной массы и взлётной тяги двигателей воздушного судна является важной задачей для прогнозирования и производства полётов, а также для их идентификации и оценки действий экипажа при послеполётных исследованиях. Следовательно, необходима максимально возможная точность их определения. При этом повышение точности может дать качественно новые результаты. Например, определение взлётной тяги с малой погрешностью повысит точность расчёта параметров разбега и точность определения взлётной массы ВС. При высокой точности наблюдение (мониторинг) за величиной тяги позволит выявить её изменение в процессе эксплуатации. В итоге, взлётную тягу можно будет корректировать по наработке двигателей. Это весьма актуально, поскольку замена двигателей происходит довольно часто, а тягу необходимо знать до вылета.
Надёжное определение взлётной массы и тяги двигателей при послеполётной обработке данных бортового самописца не даст поставить конъюнктурные интересы выше интересов безопасности полётов (БП) и очень важно при расследовании инцидентов. Таким образом, повышение точности в этом вопросе является весомым фактором повышения БП. Кроме того, точное знание массы и тяги имеет немалое экономическое значение. Эксплуатация ВС в коммерческих целях требует, в числе прочих, решения двух задач. Первая - это определение максимальной загрузки ВС в данных условиях взлёта и полётного задания. Вторая - оптимальное управление полётом с целью минимизации затрат. Для решения первой определяющим фактором является взлётная тяга двигателей. Решение второй невозможно без точного знания текущей массы ВС и тяги двигателей. Разница затрат между псевдооптимальным и оптимальным режимом по данным зарубежной печати [7] лежит в пределах 2-5%. Если тяга и масса известны с точностью около 4%, то ожидать эффекта не приходится, а в отечест-

Тяга двигателя зависит, в основном, от режима работы двигателя (устанавливается членами экипажа при помощи РУДа - рычага управления двигателем), атмосферных условий и от степени эффективности двигателя. Таким образом, можно отметить:
Допустив, что уравнение и его коэффициенты в достаточной степени точны (данная гипотеза впоследствии не была опровергнута), необходимо ввести коэффициент эффективности ТЯГИ Сф для соотношения теоретически возможного и реального.
Коэффициент режима двигателя Ср характеризует режим работы двигателя и зависит от атмосферных условий. Он измеряется в относительных единицах и по сути отражает теоретическое значение тяги двигателя в относительных единицах.
Режим работы турбореактивного двигателя при заданном режиме полёта определяется числом оборотов ротора и положением регулируемых устройств его элементов. Обычно положение регулируемых устройств задается в зависимости от требуемого числа оборотов. В таком случае дроссельную характеристику турбореактивного двигателя можно рассматривать как зависимость тяги от числа оборотов. На рис.3.3 изображена дроссельная характеристика двигателя
Д-ЗОКП при скорости полёта V = 0 и высоте НмСА-0 (10=15°С и р=760 мм рт. ст.)
Зная обороты двигателя, можно однозначно определить его тягу. Однако это можно осуществить только при стандартных атмосферных условиях
(1:0=15оС и р=760 мм рт. ст.). В реальности самолёт очень редко взлетает при таких условиях. Обычно температура наружного воздуха и атмосферное давление варьируются в широких пределах. Не учитывать данные факторы невозможно, так как они существенно влияют на значение тяги.