ЗАДАЧА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПОСАДКИ САМОЛЁТА ПРИ ДЕЙСТВИИ СИЛЬНЫХ МИКРОПОРЫВОВ ВЕТРА

С.С. Кананадзе; Ю. В. Косых; Г. Н. Лебедев; А. П. Москалёв; Н. И. Сельвесюк

С.С. Кананадзе НИУ МАИ
Ю. В. Косых НИУ МАИ
Г. Н. Лебедев НИУ МАИ
А. П. Москалёв НИУ МАИ
Н. И. Сельвесюк ФГУП «ГосНИИАС»

Ключевые слова: Контроль безопасности посадки, микропорыв ветра, автомат тяги, коэффициент опасности приземления

Аннотация

Рассмотрена задача обеспечения безопасности посадки при попадании самолёта в вихревой воздушный поток. При этом малоизученным является попадание самолёта в вих-ревой воздушный поток уже при снижении по глиссаде, когда вначале на самолет действу-ет попутный либо встречный ветер, а затем самолёт попадает в «воздушную яму», из которой иногда не удаётся выбраться вблизи земли, если не предпринимать дополнитель-ных усилий. При ручном управлении обычно меняют тягу двигателя пропорционально воз-душной скорости, либо путевой скорости. Однако соблюдение этого принципа чревато опасными последствиями ввиду значительной инерционности возрастания тяги, так как при попадании в «воздушную яму» самолет не справится с задачей снижения по глиссаде. Отсюда можно сделать вывод о необходимости в различных полетных ситуациях полного исключения процесса снижения тяги по сравнению со штатным режимом посадки, для чего необходимо сформировать особый закон управления тягой двигателя. Формирование этого закона учитывает заданные дифференциальные уравнения продольного и попутного движения при посадке и структуру контура автоматического управления тягой двигателя для формирования необходимой скорости полета при посадке. Предложен специальный способ регулирования воздушной скорости с помощью сформированного блока задающих воздействий для автомата управления тягой двигателя, когда учитывается разница пове-дения в чередующихся направлениях ветра. Предложено использовать идентификатор определения направления и силы попутного (встречного) ветра при попадании в вихревой поток, а затем при попутном ветре управление тягой осуществляется путём стабилиза-ции воздушной скорости, при встречном ветре значение тяги не меняется. Для успешного действия автомата управления тягой сформирован специальный блок формирования раз-личных задающих воздействий, использующий сигналы различения альтернативных ситуа-ций вхождения в вихревой поток с выхода идентификатора попутного, встречного и вер-тикального ветра. Сформирован алгоритм оценки коэффициента опасности продолжения посадки при действии микропорывов ветра, что позволит использовать полученный сигнал тревоги для своевременного прекращения этой посадки в экстремальных ситуациях. Ком-пьютерное моделирование подтвердило эффективность предложенного подхода.

Литература

1. Ostoslavskiy I.V. Aerodinamika poleta [Aerodynamics of flight]. Moscow: Oborongiz, 1957, 560 p.
2. Kotik M.G. Dinamika vzleta i posadki samoletov [Dynamics of takeoff and landing of aircraft]. Moscow: Mashinostroenie, 1984.
3. Efremov A.V. i dr. Dinamika poleta: uchebnik dlya vuzov [Flight dynamics: a textbook for universities], ed. by G.S. Byushgensa. 2nd ed. Moscow: Mashinostroenie-Polet, 2017.
4. Elliot J.R. NASA’s Advanced Control Law Program for the F-8 Digital Fly-by-Wire Aircraft, IEEE Transactions on Automatic Control, Oct. 1977, Vol. AC-22, No. 5, pp. 735-757.
5. Golpaswamy S., Hedrick J.K. Robust Adaptive Nonlinear Control of High Performance Air-craft, Proceedings of the American Control Conference, 1990, pp. 1279-1283.
6. Kublanov M.S., Tsypenko V.G. Mathematical modelization system for aircraft flight dynamics simulation, International Aerospace Congress: Proceedings, 1994, No. 2, pp. 92-93.
7. Binetti P., Ariyur K.B., Krstic M., Bernelli F. Formation flight optimization using extremum seeking feedback, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2003, Vol. 26 (1), pp. 132-142.
8. Parunak H.V, Brueckner S.A., Odell J.J. Swarming coordination of multiple UAVS for collab-orative sensing. Presented at the Second, 2ND AIAA Unmanned Unlimited Systems Technolo-gies and Operations Aerospace Land and Sea Conference and Workshop & Exhibit, San Die-go, CA, 15-18 Sept. 2003. Available at: http://www.abcresearch.org/papers/AIAA03.pdf.
9. Brian D.O. Anderson, Bariş Fidan, Changbin Yu, Dirk Walle. UAV Formation Control: Theo-ry and Application, Recent Advances in Learning and Control, 2008, Vol. 371, pp. 15-33.
10. Luis Merino, José Ramiro Martínez-de Dios, AníbalOllero. Cooperative Unmanned Aerial Systems for Fire Detection, Monitoring, and Extinguishing, In: Kimon P. Valavanis, George J. Vachtsevanos Handbook of Unmanned Aerial Vehicles. Springer Netherlands, 2014, pp. 2693-2722.
11. Xavier J.A., Selvakumari S.R. Behavior architecture controller for an autonomous robot navi-gation in an unknown environment to perform a given task, International Journal of Physical Sciences, 2015, Vol. 10, pp. 182-191.
12. Blin K., Bonnans F., Hoffman E., Zeghal K. Conflict resolution in presence of uncertainty: A case study of decision making with dynamic programming, Proc. AIAA Guidance, Naviga-tion and Control Conference, Montreal, 2001. Available at: http://www.eurocontrol.int/eec/ public/standard_page/DOC_Conf_2001_004.html.
13. Brooker P. Future air traffic management: quantitative en route safety assessment, The Journal of navigation, 2002, No. 2, pp. 197-211.
14. Pritchett A.R., Vandor B., Edwards K. Testing and implementing cockpit alerting systems, Reliability engineering & system safety, 2002, No. 75 (2), pp. 193-206. Doi: 10.1016/S0951-8320(01)00094-1.
15. Kuchar J.K., Walton D.S., Matsumoto D.M. Integrating objective and subjective hazard risk in decision-aiding system design, Reliability engineering & system safety, 2002, No. 75 (2), pp. 207-214.
16. Petunin V.I., Neugodnikova L.M. Ogranichenie i preduprezhdenie opasnykh rezhimov pri avtomaticheskom upravlenii dvizheniem letatel'nykh apparatov [Limitation and prevention of hazardous conditions in the automatic control of aircraft movement], Vestnik Ufimskogo gosudarstvennogo aviatsionnogo tekhnicheskogo universiteta [Bulletin of the Ufa State Avia-tion Technical University], 2014, No. 4 (65), pp. 99-104.
17. Eremin A.I., Lebedev G.N., Chekhov I.A. Sistema avtomatizirovannogo preduprezhdeniya opasnykh situatsiy pri zakhode samoleta na posadku pered nachalom snizheniya po glissade [The system of automated warning of dangerous situations when the aircraft approaches for landing before the start of the descent along the glide path], Nauchnyy vestnik MGTU GA [Sci-entific Herald of the Moscow State Technical University GA], 2016, No. 226 (4), pp. 90-100.
18. Sel'vesyuk N.I., Kananadze S.S., Lebedev G.N., Moskalev A.P. Zadacha avtomaticheskogo kontrolya bezopasnosti vzleta pri razbege bespilotnykh i pilotiruemykh letatel'nykh apparatov [The task of automatic control of takeoff safety during take-off of unmanned and manned air-craft], Informatika i sistemy upravleniya. Modelirovanie system [Informatics and control sys-tems. System Modeling]. Khabarovsk: Izd-vo AmGU, 2018, No. 4 (58), pp. 52-59.
19. Eremin A.I., Sel'vesyuk N.I. Utochnennaya otsenka koeffitsienta opasnosti posadki pri snizhenii po glissade s uchetom deystviya vertikal'nogo vetra [Updated assessment of the landing hazard coefficient when descending the glide path taking into account the ef-fect of vertical wind], Tr. MAI [Proceedings of the Moscow Aviation Institute], 2018, Issue 100. Available at: http://trudymai.ru/published.php?ID=93451.
20. Goncharenko V.I., Lebedev G.N., Mikhaylin D.A., Khakhulin G.F. Informatsionnaya sistema nepreryvnogo kontrolya bezopasnosti poleta gruppy vozdushnykh sudov pri ikh sblizhenii [In-formation system for continuous monitoring of flight safety of a group of aircraft during their approach], Izvestiya VUZov. Aviatsionnaya tekhnika [News of universities. Russian avionics], 2018, No. 2, pp. 117-124.