канд. техн. наук, ст. науч. сотр.
г. Москва
Ph.D., Senior Staff Scientist
117997, Moscow
науч. сотр.
г. Москва
117997, Moscow
математик
г. Москва
117997, Moscow
Обсуждаются разработка и исследование метода прогнозирования событий на траектории взлета, набора высоты и преодоления высотных препятствий по курсу. Метод прогнозирования базируется на энергетическом подходе к управлению полетом, рассмотренном авторами в предыдущих работах. Математическая формулировка метода основана на уравнении баланса энергий, описывающем взаимное влияние всех действующих сил в системе "самолет—двигательвнешняя среда" . В данной статье уравнение расширено на наземные режимы движения по взлетно-посадочной полосе. Для этого в уравнение добавлен член, учитывающий действие тормозящих сил со стороны колес шасси. Уравнение баланса позволяет непосредственно получить алгоритм расчета длины впередилежащей траектории, необходимой для накопления требуемого значения терминальной энергии. Взлетная траектория включает наземный и воздушный участки. Поэтому возможность преодоления препятствия фиксируется алгоритмом в точке возможного принятия решения на взлет с учетом следующего воздушного участка. Эта точка достигается раньше, чем достигается скорость принятия решения, предписываемая руководством по летной эксплуатации. Такое опережающее оповещение о возможности взлета улучшает ситуационную осведомленность пилота, что снижает стрессовые нагрузки и уменьшает риск ошибочных действий. Для проведения исследований разработан испытательный стенд, на котором возможны одиночные пуски и серии статистических испытаний. В окне оператора стенда формируются сценарии взлета, задаются начальные условия на ВПП, атмосферные возмущения, конфигурация самолета и координаты препятствия. Задаются параметры случайных погрешностей в задании взлетной массы и центровки самолета, а также шумы измерений продольной перегрузки. На стенде выполнен большой объем детерминированных и статистических испытаний алгоритмов прогнозирования событий на траектории взлета. С помощью модуля статистического анализа рассчитаны характеристики ошибок прогнозирования дальности до точки принятия решения на взлет и точки отрыва носового колеса. Приведены примеры построения графиков плотности вероятностей и гистограммы распределения ошибок по пяти характерным зонам отклонений от среднего. Получены доверительные интервалы для расчета математического ожидания. Разработан прототип электронного индикатора траектории взлета с отметками прогнозных характерных координат.
The article is devoted to the development and research of the method of predicting the events on the trajectory of takeoff, climb and overcome highrise obstacles on the course. The prediction method is based on the energy approach to flight control, created by us in previous works. The mathematical formulation of the method is the energy balance equation describing the mutual influence of all acting forces in the aircraft-engine-environment" system. In this article, the equation is extended to ground modes of movement along the runway. For this, a term is added to the equation that takes into account the action of braking forces from the chassis. The balance equation allows us to directly obtain an algorithm for calculating the length of the forward trajectory required for the accumulation of the required amount of terminal energy. Takeoff trajectory includes ground and air segments. Therefore, the possibility of overcoming the obstacle is fixed by the algorithm at the point of a possible decision to takeoff, taking into account the next air segment. This point is reached before the decision-making airspeed prescribed by the flight manual is reached. This advance warning of the possibility of takeoff improves situational awareness of the pilot, which reduces stress and reduces the risk of erroneous actions. A computer stand was developed for the research. Single launches and series of statistical tests are possible. Takeoff scenarios are generated in the stand operator window, as well as initial runway conditions, atmospheric disturbances, aircraft configuration, and obstacle coordinates are specified. The parameters of random errors in the takeoff weight and centering are assigned, as well as the noise of longitudinal overload measurements are set. A large volume of deterministic and statistical tests of algorithms for predicting events on the takeoff trajectory was performed at the stand. Using the statistical analysis module, the characteristics of the range prediction errors to the take-off decision point and the nose wheel separation point were calculated. Probability densities and histograms of error distribution over five characteristic zones of deviations from the mean are constructed. The confidence intervals for calculating the mathematical expectation are obtained. A prototype of an electronic indicator of the takeoff trajectory with marks of predictive characteristic coordinates has been developed.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.