novtexmechМехатроника, автоматизация, управлениеMekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie1684-64272619-1253Commercial Publisher «New Technologies»10.17587/mau.21.535-543novtexmech-878Research ArticleДИНАМИКА, БАЛЛИСТИКА И УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВDYNAMICS, BALLISTICS AND CONTROL OF AIRCRAFTОбеспечение динамической точности системы воздушных сигналов самолета с неподвижным невыступающим приемником потокаEnsuring Dynamic Accuracy of Aircraft’s Air Data System with Motionless Flush-Mounted Receiver of FlowСолдаткинВ. М.SoldatkinV. M.

Доктор технических наук, профессор

Soldatkin V. M., Dr. Sci., Professor

420111, Kazan

 

w-soldatkin@mail.ruСолдаткинВ. В.SoldatkinV. V.

Доктор технических наук, зав. кафедрой

vv-soldatkin@mail.ruНикитинА. В.NikitinA. V.

Кандидат технических наук, доцент

nikitin.rf@mail.ruСоколоваГ. П.SokolovaG. P.

Кандидат педагогических наук, доцент

glnsokolova@mail.ruКазанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева — КАИ, КазаньРоссияKazan National Research Technical University Named after A. N. Tupolev-KAI, KazanRussian Federation202007092020219535543Copyright © Commercial Publisher «New Technologies», 20202020Commercial Publisher «New Technologies»Commercial Publisher «New Technologies»https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://mech.novtex.ru/jour/article/view/878

Рассматривается функциональная  схема системы воздушных сигналов  самолета с неподвижным невыступающим приемником потока, построенным на основе оригинального ионно-меточного датчика аэродинамического угла и истинной воздушной скорости, на приемной плате которого установлено отверстие-приемник для восприятия статического давления набегающего воздушного потока. Отмечается, что недостатки традиционных систем воздушных сигналов (СВС) самолета, построенных на основе вынесенных за обшивку фюзеляжа и установленных в набегающем воздушном потоке приемников воздушных давлений, приемников температуры торможения, флюгерных датчиков аэродинамических углов атаки и скольжения, устраняются в оригинальной СВС с неподвижным невыступающим приемником потока.

Приводятся модели операторной чувствительности и динамических погрешностей измерительных каналов, обусловленных случайной стационарной атмосферной турбулентностью и случайными пульсациями потока в месте расположения ионно-меточного датчика на фюзеляже самолета.

Для снижения стационарных динамических погрешностей измерительных каналов СВС с неподвижным невыступающим приемником потока, обусловленных атмосферной турбулентностью, рекомендуется использовать оптимальный линейный фильтр Винера, методика синтеза которого раскрывается на примере канала измерения истинной воздушной скорости.

Для снижения стационарных случайных динамических погрешностей измерительных каналов СВС с неподвижным невыступающим приемником из-за пульсаций потока вблизи фюзеляжа в месте расположения ионно-меточного датчика рекомендовано использовать принцип комплексирования. В качестве дополнительного компонента комплексной системы воздушных сигналов предлагается использовать аэромеханическую измерительно-вычислительную систему, построенную на основе метода VIMI с наблюдателем Люэнбергера, которая моделирует движение самолета на данном режиме полета и по параметрам полета, измеряемым с высокой точностью с помощью невыступающих приемников, "восстанавливает" воздушные сигналы, входящие в уравнения движения самолета.

Приводится структура, методика и алгоритмы определения воздушных сигналов в каналах аэромеханической измерительно-вычислительный системы с наблюдателем Люэнбергера. На примере измерения истинной воздушной скорости проводится анализ и количественная оценка остаточной динамической погрешности комплексированного канала комплексной СВС самолета с неподвижным невыступающим приемником потока.

The article views, that draw-backs of aircraft’s traditional air data systems (ADS), built based installed in incoming air flow and installed outside the fuselage the pitot tube booms, temperature braking receivers, vane sensors of incidence angle and gliding angle are eliminated in original ADS with motionless flush-mounted receiver of flow. The functional scheme of aircraft’s air data system with motionless flush-mounted receiver of flow, built based on the original ion-mark sensor of aerodynamic angle and true airspeed, on receiving board of which the hole-receiver is installed to perceive the static pressure of incoming air flow. Models of operator sensitivity and dynamic errors of instrumentation channels due to random stationary atmospheric turbulence and random flow pulsations at location of the ion-mark sensor on fuselage of the aircraft are presented. Recommended to use the optimal linear Wiener filter, the synthesis method of which is revealed on example of the true airspeed instrumentation channel to reduce the stationary dynamic errors of instrumentation channels of air data system with motionless flush-mounted receiver due to atmospheric turbulence. Recommended to use the principle of integration to reduce the stationary random dynamic errors of instrumentation channels of air data system with motionless flush-mounted receiver due to flow pulsations near fuselage at location of ion-mark sensor. Proposed to use aeromechanical measuring and computing system built based VIMI method with Luenberger observer as an additional component of integrated air data system. Integrated system simulates the movement of aircraft in this flight mode and by flight parameters measured with high accuracy using flush-mounted receivers "restores" air signals included in equations of movement of aircraft. The structure, method and algorithms for determining air signals in channels of aeromechanical measuring and computing system with a Luenberger observer are presented. Using the example of true airspeed measurement, the analysis and quantitative assessment of residual dynamic error of integrating channel of integrated aircraft’s air data system with motionless flush-mounted receiver of flow is carried out.

воздушные сигналыизмерениеневыступающий приемникдинамические погрешностифильтрациякомплексированиеair signalsmeasurementflush-mounted receiverdynamic errorsreductionfilteringintegrationРабота выполнена по гранту РФФИ №18-08-00264.This work was supported by the Russian Foundation for Basic Research, project no. 18-08-00264.ReferencesМакаров Н. Н. Системы обеспечения безопасности функционирования бортового эргатического комплекса: теория, проектирование, применение / Под ред. доктора техн. наук В. М. Солдаткина. М.: Машиностроение / Машиностроение — Полет, 2009. 760 с.Макаров Н. Н. Системы обеспечения безопасности функционирования бортового эргатического комплекса: теория, проектирование, применение / Под ред. доктора техн. наук В. М. Солдаткина. М.: Машиностроение / Машиностроение — Полет, 2009. 760 с.Филатов Г. А., Пуминова Г. С., Сильвестров П. В. Безопасность полетов в возмущенной атмосфере. М.: Транспорт, 1992. 272 с.Makarov N. N. Ensuring systems of safety of onboard ergatic complex: theory, design and application / edition by Dr. tech. science V. M. Soldatkin, Moscow, Mashinostroenie / Mashinostroenie — Polet, 2009, 760 p. (in Russian).Алексеев Н. В., Вождаев Е. С., Кравцов В. Г. и др. Системыизмерениявоздушныхсигналовновогопоколения// Авиакосмическоеприборостроение. 2003. № 8. С. 31—36.Filatov G. A., Puminova G. S., Silvestrov P. V. Flight safety in a disturbed atmosphere, Moscow, Transport, 1992, 272 p. (in Russian).Клюев Г. И., Макаров Н. Н., Солдаткин В. М., Ефимов И. П. Измерители аэродинамических параметров летательных аппаратов / Под ред. В. А. Мишина. Ульяновск: УлГТУ, 2005. 509 с.Alekseev N. V., Vozhdaev E. S., Kravtsov V. G., Nazarov O. I. The measuring system new generation of air signals,Aviakosmicheskoe Priborostroenie, 2003, no. 8, pp. 31—36 (inRussian).Солдаткин В. М., Солдаткин В. В., Крылов Д. Л. Теоретические основы построения системы воздушных сигналов самолета с неподвижным невыступающим приемником потока // Мехатроника, автоматизация, управление. 2017. Т. 18, № 7. С. 495—502.Kluev G. I., Makarov N. N., Soldatkin V. M., Efimov I. P. Meters of aerodynamic parameters of aircraft plane / edition by V. А. Mishin. Ulyanovsk: UlGTU, 2005, 509 p. (in Russian).Ганеев Ф. А., Солдаткин В. М. Ионно-меточный датчик аэродинамического угла и воздушной скорости с логометрическими информативными сигналами и интерполяционной схемой обработки // Известия вузов. Авиационная техника. 2010. № 3. С. 46—50.Soldatkin V. M., Soldatkin V. V., Krylov D. L. Theoretical foundations for building of aircraft’s air data system with motion lessflush-mounted receiver of flow, Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2017, vol. 18, no. 7, pp. 495—502 (in Russian).Солдаткин В. М., Солдаткин В. В. Исследование методических погрешностей системы воздушных сигналов самолета с неподвижным невыступающим приемником набегающего воздушного потока // Мехатроника, автоматизация, управление. 2019. Т. 20. № 8. С. 504—517.Ganeev F. A., Soldatkin V. M. Ion-mark sensor of aerodynamic angle and airspeed with logometric informative signals and interpolation processing scheme, Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Aviatsionnaya Tekhnika, 2010, no. 3. pp. 46—50 (in Russia).Браславский Д. А. Точность измерительных устройств. М.: Машиностроение, 1976. 312 с.Soldatkin V. M., Soldatkin V. V. Research of methodological errors of the air data system of aircraft with stationary included receiver of incoming air flow // Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, vol. 20, 2019, no. 8, pp. 504—517 (in Russian).Иванов Ю. П., Синяков А. Н. Комплексирование информационно-измерительных устройств летательных аппаратов. Л.: Машиностроение, 1984. 208 с.Braslavskiy D. A. The accuracy of measuring devices, Moscow, Mashinostroenie, 1976, 312 p. (in Russian).Солдаткин В. М. Методы и средства измерения аэродинамических углов летательных аппаратов. Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2001. 448 с.Ivanov Yu. P., Sinyakov A. N. Integration of informationmeasuring devices of aircraft plane, Leningrad, Mashinostroenie, 1984, 208 p. (in Russian).Цыпкин Я. З. Основы теории автоматических систем. М.: Наука, 1977. 560 с.Soldatkin V. M. Methods and means for measuring of aerodynamic angles of aircraft plane, Kazan, Publishing house Kazan. gov. tech. un-ty, 2001, 448 p. (in Russian).Санковский Е. А. Вопросы теории автоматического управления. Статистический анализ и синтез САУ. М.: Высшая школа, 1971. 231 с.Tsypkin Ya. Z. Fundamentals of theory of automatic systems, Moscow, Nauka, 1977, 560 p. (in Russian).Матросов В. М., Анапольский А. Ю., Васильев С. Н. Принцип сравнения в математической теории систем. Новосибирск: Наука, 1979. 481 с.Sankovskiy E. A. Questions of theory of automatic control. Statistical analysis and synthesis of ACS, Moscow, Vysshaya shkola, 1971, 231 p. (in Russian).Солдаткин В. В. Система воздушных сигналов вертолета на основе неподвижного аэрометрического приемника и информации аэродинамического поля вихревой колонны несущего винта. Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2012. 284 с.Matrosov V. M., Anapolskiy A. Yu., Vasilev S. N. The comparison principle in mathematical systems theory, Novosibirsk, Nauka, 1979, 481 p.Солодов А. В. Методы теории систем в задачах непрерывной фильтрации. М.: Наука, 1976. 264 с.Soldatkin V. V. Air data system of helicopter based on fixed aerometric receiver and information about aerodynamic field of vortex column of roto, Kazan, Publishing house Kazangov. tech. university,2012, 264 p. (in Russian).Solodov A. V. Methods of system theory in continuous filtration problems, Moscow, Nauka, 1976, 264 p. (in Russian).Solodov A. V. Methods of system theory in continuous filtration problems, Moscow, Nauka, 1976, 264 p. (in Russian).

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