Analysis of the Aircraft Motion at the Overcritical Angles of Attack: Errors of the On-Board Measurements and Simulation of the Deviated Thrust Vector

The article deals with the problems of the flight test data analysis concerning the flights at higher then critical angles of attack in order to improve the mathematical model of an aircraft's motion. The paper presents a technique for validation and correction of the on-board measurements for this type of motion. Regarding the use of the vector control during such maneuvers, the article considers the mathematical model of the forces and torques generated by the thrust vectoring. Examples of the data processing of the modern maneuverable aircraft's flight tests are presented to confirm the efficiency of the proposed models and methods. The validation of the on-board measurements, above all, the aerometric measurements, is based on the equations of the aircraft spatial motion. It is assumed that the correct values of the motion parameters must satisfy the system of the nonlinear differential equations known from the flight dynamics. This approach has already proved its efficiency in the analysis of the flight data in the operational range of the angles of attack. The signals obtained through the simulation are used to correct the measurements in case of errors. The article presents examples of detection and correction of errors in the measurement channels for a true airspeed and angle of attack. This paper also proposes two versions of the model capable of calculation the projections of the forces and torques on the aircraft principal axes. The first version is derived from the evident geometrical considerations, the second one is based on Rodrigues' vector rotation formula known in the theoretical mechanics. A numerical comparison confirmed correctness of both obtained models. These models were also verified by processing of the flight tests data.

летные испытания, идентификация аэродинамических коэффициентов, проверка согласованности бортовых измерений, отклоняемый вектор тяги, закритические углы атаки, сверхманевренность, flight tests, identification of the aerodynamic coefficients, verification of the on-board measurements, deviated thrust vector, overcritical angles of attack, supermaneuverability

1. Klein V., Morelli E. A. Aircraft system identification: Theory and Practice. USA, Reston: AIAA. 2006. 499 p.

2. Jategaonkar R. V. Flight vehicle system identification: A time domain methodology. USA, Reston: AIAA. 2006. 410 p.

3. Корсун О. Н., Поплавский Б. К. Технология идентификации аэродинамических коэффициентов летательных аппаратов по данным летных испытаний // Моделирование авиационных систем. ГосНИИАС, 2011. С. 444-451.

4. Корсун О. Н., Поплавский Б. К. Структура методологии идентификации математических моделей самолетов по результатам летных испытаний // Авиационные технологии XXI века. IX международный научно-технический симпозиум ASTEC'07. 2007.

5. Tischler M. B. System identification methods for aircraft flight control development and validation. Advances in aircraft flight control. 1996. P. 35-69.

6. Корсун О. Н., Николаев С. В. Методика идентификации аэродинамических коэффициентов продольного движения самолета в эксплуатационном диапазоне углов атаки // Мехатроника, автоматизация, управление. 2015. Т. 16, № 4. C. 269-276.

7. Корсун О. Н., Николаев С. В. Идентификация аэродинамических коэффициентов самолетов в эксплуатационном диапазоне углов атаки // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2016. № 9(147). С. 3-10.

8. Nesaei S., Bahrami B. Data Processing Considerations in Flight Vehicle Identification // AEROTECH III, Kuala Lumpur, India, 2009.

9. Nesaei S., Raissi K. Data processing consideration and model validation in flight vehicle system identification // Signal Processing and Information Technology: First International Joint Conference, SPIT 2011, Amsterdam, The Netherlands, December 1-2, 2011.

10. Zhang J., Zhang P. Time series analysis methods and applications for flight data. Germany, Berlin: Springer-Verlag, 2017. 240 p.

11. Корсун О. Н., Лысюк О. П. Комплексная оценка погрешностей бортовых измерений и регистрации в целях обеспечения задач безопасности полетов // Проблемы безопасности полетов. 2007. № 2. С. 31-41.

12. Корсун О. Н., Николаев С. В., Поплавский Б. К. Алгоритмы проверки правильности полетных данных и оценивания нелинейностей при идентификации аэродинамических коэффициентов самолетов // Мехатроника, автоматизация, управление. 2017. Т. 18, № 4. C. 270-278.

13. Корсун О. Н., Николаев С. В., Пушков С. Г. Алгоритм оценивания систематических погрешностей измерений воздушной скорости, углов атаки и скольжения в летных испытаниях // Изв. РАН. Теория и системы управления. 2016. № 3. С.118.

14. Корсун О. Н., Семенов А. В. Методика определения характеристик устойчивости и управляемости высотного дозвукового самолета М-55 "Геофизика" по результатам летного эксперимента и моделирования // Полет. 2006. № 2. С. 22-29.

15. Евдокименков В. Н., Ким Р. В., Красильщиков М. Н., Себряков Г. Г. Использование нейросетевой модели управляющих действий летчика в интересах его индивидуально-адаптированной поддержки // Изв. РАН. Теория и системы управления. 2015. № 4. С. 111.

16. Корсун О. Н., Семенов А. В. Оценка пилотажных характеристик самолетов по результатам летного эксперимента, идентификации и моделирования // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2007. № 7. С. 2-7.

17. Аэродинамика, устойчивость и управляемость сверхзвуковых самолетов / Под ред. Г. С. Бюшгенса. М.: Наука. Физ-малит, 1998. 816 с.

18. ГОСТ 20058-80. Динамика летательных аппаратов в атмосфере. Термины, определения и обозначения. М.: Издательство стандартов, 1981. 54 с.

19. Голубев Ю. Ф. Основы теоретической механики. М.: Изд-во МГУ, 2000. 719 с.