Preview

Мехатроника, автоматизация, управление

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Разработка энергетического метода и исследование алгоритмов прогнозирования траектории взлета самолета

https://doi.org/10.17587/mau.21.366-374

Полный текст:

Аннотация

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.

Об авторах

А. М. Шевченко
Институт проблем управления им В. А. Трапезникова РАН
Россия

канд. техн. наук, ст. науч. сотр.

г. Москва



Г. Н. Начинкина
Институт проблем управления им В. А. Трапезникова РАН
Россия

науч. сотр.

г. Москва



М. В. Городнова
Институт проблем управления им В. А. Трапезникова РАН
Россия

математик

г. Москва



Список литературы

1. Statistical Summary of Commercial Jet Airplane Accidents. Worldwide Operations 1959—2017. October 2018. Boeing. URL: http://www.boeing.com/news/techissues/pdf/statsum.pdf.

2. Shappel S., Boquet A., Wiegmann D. Human Error and Commercial Aviation Accidents: An Analysis Using the Human Factors Analysis and Classication System // Journal of the Human Factors and Ergonomics Society. May 2007. DOI: 10.1518/001872007X312469.

3. Orasanu J., Martin L. Errors in Aviation Decision Making: A Factor in Accidents and Incidents // NASA Ames Research Center. doi: 10.1.1.434.3878&rep=rep1&type=pdf.

4. Pinder S. D. Aircraft Takeoff Performance Monitoring in Far-Northern Regions: An Application of the Global Positioning System. Ph.D. thesis, University of Saskatchewan. 2002.

5. Erusalimskiy M. A. Analysis of a decision-making about rejection or continuation of takeoff in flight accident and incidents // Aviation Explorer. 07.11.2011. URL: http://www.aex.ru/docs/4/2011/11/7/1447.

6. Глубокая М. Г. Бортовая система поддержки принятия решений на этапе взлета пассажирского самолета // Техника воздушного флота. 2008. Т. LXXXII. № 1 (690). С. 21—30.

7. Кофман В. Д., Полтавец В. А., Теймуразов Р. А. Сравнительный анализ безопасности полетов отечественных и зарубежных самолетов // Транспортная безопасность и технологии. 2005. № 4(5).

8. Shevchenko A. M. Some Means for Informational Support of Airliner Pilot // 5th Int. Scientific Conf. on Physics and Control (Physcon 2011). Leon, Spain. 2011. Sept. 5—8. P. 1—5. URL: http://lib.physcon.ru/doc?id=78f90e41e746/.

9. Шевченко А. М., Павлов Б. В., Начинкина Г. Н. Метод прогнозирования взлета самолета при наличии высотных препятствий // Изв. Южного федерального ун-та. Техн. науки. / Изд-во ТТИ ЮФУ. 2012. № 3. С. 167—172.

10. Шевченко А. М., Солонников Ю. И., Начинкина Г. Н. Разработка и исследование метода прогнозирования взлета самолета // Проблемы управления. 2012. № 6. С. 63—68.

11. Kuznetsov A., Shevchenko A., Solonnikov Ju. The Methods of Forecasting Some Events During the Aircraft Takeoff and Landing // 19 th IFAC Symposium on Automatic Control in Aerospace (АСА2013). Germany. 2013. Proceedings. P. 183—187.

12. Шевченко А. М. Энергетический метод прогнозирования дистанции торможения воздушных судов // Мехатроника, автоматизация, управление. 2018. Т. 19, № 6. С. 424—430. DOI: 10.17587/mau.19.424-430.

13. Кербер О. Б., Начинкина Г. Н., Солонников Ю. И., Шевченко А. М. Методы улучшения ситуационной осведомленности экипажа воздушного судна на взлетно-посадочных режимах // Авиакосмическое приборостроение. 2016. № 5. С. 33—47.

14. Борисов В. Г., Начинкина Г. Н., Шевченко А. М. Энергетический подход к управлению полетом // Автоматика и телемеханика. 1999. № 6. С. 59—70.

15. Kurdjukov A. P., Nachinkina G. N., Shevtchenko A. M. Energy approach to flight control // AIAA Conf. Navigation, Guidance & Control. AAIA Paper 98-4211. Boston, 1998, pp. 543—553.

16. Шевченко А. М., Павлов Б. В., Начинкина Г. Н. Применение энергетического подхода для проектирования систем управления полетом // Труды XII Всероссийского совещания по проблемам управления (ВСПУ 2014). М.: ИПУ РАН. 2014. С. 3417—3430.

17. Lambregts A. A. Vertical Flight Path and Speed Control Autopilot Design Using Total Energy Principles // AIAA Paper 83-2239CP. 1983. P. 559—569.


Для цитирования:


Шевченко А.М., Начинкина Г.Н., Городнова М.В. Разработка энергетического метода и исследование алгоритмов прогнозирования траектории взлета самолета. Мехатроника, автоматизация, управление. 2020;21(6):366-374. https://doi.org/10.17587/mau.21.366-374

For citation:


Shevchenko A.M., Nachinkina G.N., Gorodnova M.V. Development of the Energy Method and Study of Algorithms for Predicting the Takeoff Trajectory of Aircraft. Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie. 2020;21(6):366-374. (In Russ.) https://doi.org/10.17587/mau.21.366-374

Просмотров: 36


ISSN 1684-6427 (Print)
ISSN 2619-1253 (Online)