novtexmechМехатроника, автоматизация, управлениеMekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie1684-64272619-1253Commercial Publisher «New Technologies»10.17587/mau.27.495-504novtexmech-2093Research ArticleДИНАМИКА, БАЛЛИСТИКА, УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВDYNAMICS, BALLISTICS AND CONTROL OF AIRCRAFTИнтегрированное управление боковой силой самолета в задаче стабилизации траектории полета при посадкеIntegrated Side Force Control of Aircraft in the Task of Flight Path Stabilization during LandingМулинП. В.MulinP. V.

канд. техн. наук, доц.

Москва

Cand. of Tech. Sc., Associate Professor

Moscow, 125993

pvmpro@mail.ruМосковский авиационный институт (национальный исследовательский университет)РоссияMoscow Aviation Institute (National Research University)Russian Federation202607092026279495504Copyright © Commercial Publisher «New Technologies», 20262026Commercial Publisher «New Technologies»Commercial Publisher «New Technologies»https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://mech.novtex.ru/jour/article/view/2093

Исследована эффективность применения органов непосредственного управления боковой силой (ОНУБС) с точки зрения повышения качества и точности автоматического управления боковым движением неманевренных самолетов при заходе на посадку и при посадке. Предполагается, что на перспективных самолетах на пилонах двигателей или на их мотогондолах будут установлены аэродинамические щитки, способные создавать аэродинамические силы в поперечном направлении, либо авиационные газотурбинные двигатели будут оснащены необходимыми устройствами поворота реактивной струи. Системы управления, имеющие ОНУБС наряду с традиционными органами управления, относятся к классу двухканальных систем, в структуре которых можно выделить медленную и быструю, но с существенно меньшим управляющим воздействием, подсистемы управления. Поэтому возникает необходимость организации наиболее рационального совместного использования традиционных средств управления и ОНУБС. При построении системы управления использовался иерархический принцип. В качестве внутреннего контура управления, выполняющего исполнительные функции, задействованы: система стабилизации угла крена при маневрировании путем координированного управления боковым движением либо система стабилизации заданной боковой перегрузки при управлении без крена. При этом в обоих случаях для парирования ветровых возмущений используется единая схема двухканальной системы стабилизации заданной боковой перегрузки, для которой в целях учета ограниченного ресурса ОНУБС была выбрана схема с каскадным соединением по ошибке автономного контура руля направления (медленная подсистема управления) и контура ОНУБС (быстрая, но с ограниченным ресурсом). Предлагаемый подход позволяет интегрировать ОНУБС со штатными системами управления траекторным движением. Предложена схема астатической системы стабилизации заданной боковой перегрузки с ОНУБС. Приведены характерные графики переходных процессов, результаты моделирования реакции на боковой порыв ветра. Показано, что система управления самолетом с ОНУБС является эффективным средством повышения точности стабилизации заданной траектории движения в условиях действия ветровых возмущений.

The paper investigated the effectiveness of using direct side-force control (DSFC) to improve the quality and accuracy of automatic lateral control of non-maneuverable aircraft during approach and landing. It is hypothesized that, on advanced aircraft, aerodynamic shields capable of generating transverse aerodynamic forces will be installed on engine pylons or nacelles, or alternatively, jet engines will be equipped with devices for thrust vector control. Control systems incorporating DSFC alongside conventional control elements belong to the class of two-channel systems, characterized by the presence of slow and fast subsystems, with the latter exerting significantly less control influence. Consequently, there is a need to optimize the integrated utilization of traditional control mechanisms and DSFC. The control system design employed a hierarchical architecture. The inner control loop that performs executive functions is comprised of: stabilization system the roll angle during maneuvering by means of coordinated lateral control, or stabilization system the prescribed lateral overload during control without roll. In both configurations, a unified two-channel stabilization scheme was implemented to counteract wind disturbances, specifically designed for regulating the prescribed lateral overload. To account for the limited actuation resource of DSFC, a cascade control scheme was adopted, combining an autonomous yaw control loop (slow subsystem) with the DSFC loop (fast subsystem with resource constraints).The proposed methodology facilitates the integration of DSFC with standard trajectory control systems. А schematic of an astatic stabilization system for the prescribed lateral overload incorporating DSFC is presented. Transient response characteristics and simulation results illustrating the system’s reaction to lateral wind gusts are provided. The research findings demonstrate that an aircraft control system equipped with DSFC significantly improves the accuracy of flight path stabilization under wind disturbance conditions.

неманевренный самолетнепосредственное управление боковой силойруль направлениязаход на посадкупосадкаnon-maneuverable aircraftdirect side-force controlrudderapproach and landingReferencesАктивные системы управления самолетов // Обзор ЦАГИ. 1976. № 499. 119 с.Active Aircraft Control Systems, TsAGI Review, 1976, no. 499, 119 p. (in Russian).Алешин Б. С., Живов Ю. Г., Кувшинов В. М., Устинов А. С. Активные системы управления самолетов. М.: Наука, 2015. 216 с.Aleshin B. S., Zhivov Yu. G., Kuvshinov V. M., Ustinov А. S. Active Aircraft Control Systems, Moscow, Nauka, 2015, 216 p. (in Russian).Mercier D., Duffy R. Application of Direct Side Force Control to Commercial Transport. AIAA 1973-886 // Guidance and Control Conference. 1973. DOI: 10.2514/6.1973-886.Mercier D., Duffy R. Application of Direct Side Force Control to Commercial Transport. AIAA 1973-886, Guidance and Control Conference, 1973, DOI: 10.2514/6.1973-886.Brulle R. V. Dive bombing simulation results using direct side force control modes, AIAA 1977-1118 // Guidance and Control Conference. August 1977. DOI: 10.2514/6.1977-1118.Brulle R. V. Dive bombing simulation results using direct side force control modes, AIAA 1977-1118, Guidance and Control Conference, August 1977, DOI: 10.2514/6.1977-1118.Brannan J. D., Lallman F. J. Flight test of a direct sideforce control system on an F-15 fighter airplane // Journal of Guidance, Control, and Dynamics. Sep.-Oct. 1985. Vol. 8, N. 5. P. 641—646. DOI: 10.2514/3.20033.Brannan J. D., Lallman F. J. Flight test of a direct side-force control system on an F-15 fighter airplane, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Sep.-Oct. 1985, vol. 8, no. 5, pp. 641—646, DOI: 10.2514/3.20033.Jupp J. A. The Application of Direct Side Force Control to the AFTI/F-16 // Proc. IEEE, 1989 National Aerospace Electronics Conference (NAECON), Dayton, OH, USA. 1989. P. 119—126. DOI: 10.1109/NAECON.1989.40445.Jupp J. A. The Application of Direct Side Force Control to the AFTI/F-16, Proc. IEEE, 1989 National Aerospace Electronics Conference (NAECON), Dayton, OH, USA, 1989, pp. 119—126, DOI: 10.1109/NAECON.1989.40445.Grunwald S. L., Stengel R. F. Design and flight testing of direct digital side-force control laws // Journal of Guidance, Control, and Dynamics. March 1985. Vol. 8, N. 2. P. 188—193. DOI: 10.2514/3.19958.Grunwald S. L., Stengel R. F. Design and flight testing of direct digital side-force control laws, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, March 1985, vol. 8, no. 2, pp. 188—193, DOI: 10.2514/3.19958.Binnie W. B., Stengel R. F. Flight investigation and theory of direct side-force control // Journal of Guidance and Control. Nov.-Dec. 1979. Vol. 2, N. 6. P. 471—478. DOI: 10.2514/3.55911.Binnie W. B., Stengel R. F. Flight investigation and theory of direct side-force control. Journal of Guidance and Control, Nov.-Dec. 1979, vol. 2, no. 6, pp. 471—478, DOI: 10.2514/3.55911.Чистов С. М. Исследование возможности применения непосредственного управления боковой силой для уменьшения ошибок пилотирования при посадке // Задачи динамики полета самолетов с непосредственным управлением силами. Тематический сборник научных трудов института. МАИ. 1981. С. 64—68.Chistov S. M. Investigation of the possibility of using direct side-force control to reduce piloting errors during landing, Problems of flight dynamics of aircraft with direct force control. Thematic collection of scientific papers of the Institute, MAI 1981, pp. 64—68 (in Russian).Михалев И. А., Окоемов Б. Н., Чикулаев М. С. Системы автоматического управления самолетом. М.: Машиностроение, 1987. 240 с.Mikhalev I. A., Okoyemov B. N., Chikulaev M. S. Aircraft Automatic Control Systems, Moscow, Mashinostroenie, 1987, 240 p. (in Russian).Мулин П. В., Березуев А. В., Кушнир Д. М. Способ совместного управления вектором тяги и рулем высоты для повышения точности автоматического управления траекторным движением самолета при посадке // Доклады ТУСУР. 2016. Т. 19, № 2. С. 61—66/ DOI: 10.21293/1818-0442-2016-19-2-61-66.Mulin P. V., Berezuev A. V., Kushnir D. M. А method of joint control of the thrust vector and the elevator to improve the accuracy of automatic control of the trajectory during aircraft landing, Reports of TUSUR, 2016, vol. 19, no. 2, pp. 61—66, DOI: 10.21293/1818-0442-2016-19-2-61-66 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.