CC BY
120
2009
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Эксплуатация воздушного транспорта. Безопасность полетов
№149
УДК.629.735.015
СИСТЕМА МОДЕЛИРОВАНИЯ СЦЕНАРИЯ ВЗЛЕТА САМОЛЕТА
В.А. АГАФОНОВ
Статья представлена доктором технических наук, профессором Зубковым Б.В.
В статье рассматриваются основные элементы взлета самолета для последующего моделирования описываемого процесса.
Ключевые слова: система моделирования, моделирование процесса.
Подготовка к полету
Согласно руководству по летной эксплуатации ВС Ту-154М разрешается производить взлет в диапазоне центровок 21-40% САХ при взлетной массе менее 100 т. При этом допускается взлет на взлетном режиме работы двигателей при угле отклонения закрылков 15° или 28° и на номинальном режиме при угле отклонения закрылков 28°. Величина угла установки стабилизатора определяется фактической центровкой и взлетной массой самолета и принимает значения фст= -1,5° или фст= -3°.
Величина взлетной массы определяется согласно РЛЭ Ту-154М.
Параметры взлета и набора высоты до высоты круга рассчитываются согласно п. 3.1.8 РЛЭ. Таким образом определяются конкретные значения У1, Уг, Уотр, У2, Ушт, Уотр,Унаб.
Взлет
Существует несколько видов взлета, рекомендуемых и описанных в РЛЭ, таких как взлет с тормозов и др.
На разбеге экипаж контролирует достижение критической скорости У1. При появлении признаков отказов, требующих прекращение взлета до этой скорости, взлет должен быть прекращен. После У1 взлет должен быть продолжен.
На скорости Уг = Уп.ст. экипаж начинает перевод ВС на угол тангажа, соответствующий углу отрыва и продолжает разгон скорости с таким расчетом, чтобы на высоте 10,7 м достичь безопасной скорости набора У2.
При прогнозировании сдвига ветра (СВ) в районе аэродрома после отрыва от ВПП на высоте Н=10,7 м экипаж может разогнать ВС до безопасных скоростей набора высоты равных Уг+20 км/ч или Уг+40, если эти скорости не превышают каких-либо ограничений. На Н>5 м производится уборка шасси.
На высоте Н=50 м выключают и убирают фары. Набор высоты на одной из названных скоростей экипаж производит до высоты Н=120 м, после чего увеличивает скорость и поэтапно убирает закрылки.
На скорости 330 км/ч производится уборка закрылков до 0°. Экипаж разгоняет ВС до 410 км/ч. На этой скорости 410 км/ч производится перебалансировка ВС и снятие нагрузок со штурвала триммированием и перекладкой стабилизатора на полетный угол фст= 0°.
После уборки закрылков на 83=15° и при Уунаб£15 м/с при достижении рекомендованных скоростей допускается уменьшение режима работы двигателей до номинального.
Примечание 1. В некоторых зарубежных аэропортах для активного управления воздушным движением требуется единая стратегия выполнения полета до определенной высоты по давле-
нию ОКИ, где задаются рубежи выдерживания скорости и высот полета. В этих условиях экипаж должен руководствоваться процедурными требованиями выполнения полета данного конкретного аэропорта.
Примечание 2. В некоторых зарубежных аэродромах встречаются многоградиентные профили набора высоты. И если для выполнения требований РЛЭ невозможно выдерживать рекомендуемую скорость полета, то выполнение процедурных указаний может быть связано с внесением корректив в вертикальную скорость набора высоты при неизменном градиенте.
Примечание 3. В случае невозможности безопасного выполнения полета при выполнении требуемых процедур, экипаж должен поставить в известность об этом администрацию аэропорта или принять решение о смене ВПП для взлета, переноса времени вылета на более прохладное время и т. п.
Формальное описание взлета
Приводимое описание производства взлета ВС Ту-154М вполне пригодно для формализации и использования при математическом моделировании динамики полета. Для этого применяется методика разработки «сценария» взлета. «Сценарием» при этом называется последовательность характерных состояний системы «экипаж-самолет-среда», распознаваемых и регистрируемых в вычислительном эксперименте, в моменты достижения которых экипаж принимает решения по управлению самолетом и совершает необходимые действия для их выполнения. В «сценарий» входят также выполняемые задачи и процедуры управления.
Задача управления - многошаговый процесс управления самолетом, направленный на стабилизацию заданных траекторных параметров полета. Каждый шаг этого процесса состоит из следующих операций: наблюдение за текущими параметрами полета, сравнение результатов с заданными значениями, принятие решения о выработке управляющих воздействий, реализация выбранного воздействия.
Процедура управления используется для придания управляющим органам определенных положений. В практической летной деятельности нередко пилоты выполняют двойные движения органами управления. Причем суть их сводится к тому, что за положительным управляющим движением следует противоположное на ' 50% от первоначального. Это обстоятельство учитывается в процедурах управления, реализованных в математической модели.
Список событий взлета .
Б1 - начало полета (включение часов), отсчет времени взлета;
Р2, Р60, Р62 - (разбег) взлет с тормозов;
Рз, Р61, Р63 - взлет с руления;
У4, У13, У20 - скорость У8, соответственно при полном, промежуточном и нулевом угле отклонения механизации крыла;
У5, У14, У21 - минимальная (безопасная) скорость полета для соответствующей конфигурации крыла;
У6, У50, У58 - скорость принятия решения У1 для соответствующих конфигураций крыла;
У7, У51, У59 - скорость подъемной передней стойки шасси Уг ;
У8, У52, У60 - скорость отрыва самолета Уотр ;
Р36, Р37, Р38, Р39; Р53, Р54, Р55, Р56, Р57; Р64, Р65, Р66, Р67, Р68 - углы тангажа при соответствующей стратегии пилотирования на скоростях У2, У2+20 км/ч, У2 +45 км/ч при соответствующем положении закрылков ;
К39, К69, К71 и К40; К70, К72 - соответственно, начало (Н>5 м) и конец уборки шасси;
К41 - начало (Н>120 м) уборки механизации крыла в промежуточное положение;
К42 - окончание уборки механизации крыла в промежуточное положение;
К44 - начало полной уборки механизации крыла;
К45 - окончание уборки механизации крыла из промежуточного в нулевое положение;
У9, Уі5, У22 - безопасные скорости набора высоты при соответствующем угле отклонения механизации крыла (соответствующие У2);
У10, У16, У23 - безопасные скорости набора высоты при У2+20 км/ч для соответствующего угла отклонения механизации крыла;
У1Ь У17, У24 - безопасные скорости набора высоты У2+45 км/ч для соответствующего угла отклонения механизации крыла;
У12, У18 -максимальная скорость полета при соответствующем угле отклонения механизации крыла;
У19 - скорость, ограниченная правилами выполнения полетов;
У26 - скорость, ограниченная правилами выполнения полетов при Н<3000 м:
У25 - рекомендованная РЛЭ скорость набора высоты;
У27 - максимальная (из условий ограничения по скоростному напору) приборная скорость набора высоты;
У28 - приборная скорость оперативно ограниченная УВД;
У29 - число М, оперативно ограниченная УВД;
У30 - рекомендованное число М в наборе высоты;
У31 - максимально допустимое число М<0,83 при маневрировании в ЗО;
У32 - число М, рассчитанное для выполнения рейса и заявленное в плане полета М;
У33 - рекомендованное число М = 0,82;
У34 - максимально допустимое число М в крейсерском полете;
У42 - минимально допустимая приборная скорость в зоне ожидания;
У43 - максимально допустимое число М в зоне ожидания.
Список задач и процедур управления на взлете
В момент пуска часов (событие Б - старт) включается задача управления:
-выдерживание направления на разбеге и устранение крена. Эта процедура выполняется до наступления момента отрыва самолета от взлетно - посадочной полосы (ВПП) (события Р36-Р39, Р53 - Р57 ,Р64 - Р68). В случае взлета без остановки на ВПП (Р3, Р61, Р63) в момент старта Б включается процедура:
-перевода двигателей на номинальный режим. Эта процедура заканчивается в момент достижения двигателями заданного числа оборотов (выходом на заданный режим).
Момент достижения скорости принятия решения У1 является опорным в случае прерванного взлета. При нормальном или продолженном взлете вплоть до момента отрыва не происходит никакого переключения задач управления, а процедуры управления до скорости подъема передней стойки шасси Уг (события У7 <<У51 ,У59) при необходимости имитируют лишь отказы систем.
В момент события включается процедура У7 ,У51 ,У59 :
бн(^, ф, г) 6э (X У)
П1в :йоб^95,5%
перевода двигателей на взлетный режим, или:
П1н :иоб^93,7%
П2 :5в^15°
- взятие штурвала на себя. Завершается эта процедура выходом самолета на требуемый угол тангажа и. Поэтому в зависимости от конкретной полетной ситуации эта процедура вполне адекватно имитирует более или менее выраженное двойное движение штурвалом, если учесть, что после достижения иотр пилот переходит к задаче его стабилизации (см. ниже).
С момента отрыва самолета от ВПП (событие Р36 -Р39 ,Р53 - Р57 ,Р64 - Р68) вплоть до разворота после набора определенной высоты реализуется задача управления :
-выдерживание заданного угла пути и устранение крена.
С этого момента времени до момента достижения выбранной скорости безопасного набора высоты (события У9 —V12 , V15 - У19 , У22 - У2б) выполняется задача стабилизации требуемого угла тангажа и.
З3 : 5в ( и, ю2).
В момент достижения высоты Н = 5м (события К39, К69, К71) включается процедура уборки шасси:
П3: шасси -> убрано
- которая заканчивается (события К40, К70, К72) за промежуток времени, определяемый состоянием гидросистемы уборки шасси.
Этим заканчивается этап взлета. Дальнейшие задачи в канале руля высоты и управления двигателями диктуются конкретными условиями последующих этапов набора высоты и здесь не рассматриваются. Можно лишь отметить, что такими задачами могут быть задачи стабилизации приборной скорости и/или вертикальной скорости набора высоты. Среди процедур следует упомянуть процедуры уборки механизации крыла: от Н = 120 м (событие К41), перестановка закрылков из положения 28° в положение 15° (событие К42):
П4 : 5з^15°;
- к скорости У=360 км/ч (событие К44) полная уборка закрылков (событие К45):
П5 : 5з^0°;
- а также процедуру перевода двигателей с взлетного режима на номинальный режим работы:
Пб : и0б^93,7°.
Способы задания вариантов взлета
Предложенное формальное описание процедуры взлета позволяет унифицировать параметры задач и процедур управления для определенного типа самолета (Ту-154М) и свести количество параметров для моделирования конкретного варианта взлета к минимуму, определяемому аналогично тому, как это делается на этапе подготовки к полету. При этом достаточно задать следующие параметры начального состояния:
На - высота аэродрома (м);
ХТ - центровка самолета (% );
т0 - взлетная (стартовая) масса самолета (кг);
цсц - коэффициент сцепления колес шасси с ВПП;
5ст. УПс - угол отклонения стабилизатора по УПС (градусы);
5з - угол отклонения закрылков (градусы);
5пр - угол отклонения предкрылков (градусы);
поб (или положение РУД) - относительное число оборотов двигателей (%) или угол отклонения рукояток управления двигателями (градусы);
Vi - скорость принятия решения о прекращении/продолжении взлета (км/ч);
Vr - скорость подъема передней стойки шасси (км/ч);
V2 - минимальная безопасная скорость первоначального набора высоты (км/ч);
Uo-ip - угол тангажа, обеспечивающий V2 при соответствующем 5з (градусы);
Vm6 - выбранная скорость набора высоты (км/ч).
Параметры внешнего воздействия:
АТ - отклонение атмосферной температуры от стандартного значения (К0);
АР - отклонение атмосферного давления от стандартного значения (мм. рт. ст. );
ф№ - угол ветра (о по азимуту);
ф№ - угол наклона ветра относительно горизонтальной плоскости (градусы);
W - профиль скорости ветра (м/с) в зависимости от времени полета (с) или земных координат самолета (м), отсчитываемых от точки старта. Может задана любая функция в виде непрерывной ломаной линии;
F - интенсивность дождя (мм/ч) в зависимости от любого монотонно растущего параметра задачи в виде непрерывной ломаной линии.
Отказные ситуации:
- отказ любого двигателя в момент, определяемый заданным значением любого монотонно растущего параметра задачи,
- отказ органов управления в момент достижения значения любого монотонно растущего параметра задачи, возможна имитация:
заклинивания в произвольном положении;
переход в самоориентирование;
отказ гидросистем (уборка шасси, уборка механизации), в момент достижения заданного значения любого монотонно растущего параметра задачи, возможна имитация отказа половины мощностей или полностью (скорость уборки вдвое меньше или равна 0).
Очевидно представлено, что этого достаточно для моделирования не только предусмотренных РЛЭ случаев взлета, но и более сложных случаев взлета. При этом возможен учет требований УВД в районе аэродрома (РА) посредством задания определенных скоростей.
ЛИТЕРАТУРА
1. Руководство по летной эксплуатации самолета Ту-154М. - М., 1986.
2. Аэродинамика самолета; под ред. А.Ф. Бочкарева - М.: Машиностроение, 1977.
3. Остославский И. В. Динамика полета. Траектории летательных аппаратов. - М.: Машиностроение, 1967.
4. Ильясов И. И. Структура процесса обучения. - М.: МГУ, 1986.
AIRCRAFT TAKEOFF ELEMENTS FOR ANALYZE MODEL SYSTEM
Agafonov V. A.
The main elements of flight aircraft for modeling are considered.
Сведения об авторе
Агафонов Вячеслав Александрович, 1965 г.р., окончил АВЛУГА (1986), КВС ОАО «Аэрофлот», автор 2 научных работ, область научных интересов - безопасность полетов и обеспечение жизнедеятельности.
