Обобщение сценария снижения по глиссаде и посадки самолета для системы математического моделирования

2009

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Эксплуатация воздушного транспорта. Безопасность полетов

№149

УДК.629.735.015

ОБОБЩЕНИЕ СЦЕНАРИЯ СНИЖЕНИЯ ПО ГЛИССАДЕ И ПОСАДКИ САМОЛЕТА ДЛЯ СИСТЕМЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

В.А. АГАФОНОВ

Статья представлена доктором технических наук, профессором Зубковым Б.В.

В статье рассматриваются принципы построения математической модели описывающей снижение по глиссаде и выполнение посадки самолета.

Ключевые слова: математическая модель, снижение по глиссаде.

Снижение по глиссаде

Рассмотрим снижение по глиссаде и выполнение посадки самолета Ту-154М. При этом предполагается, что до момента входа в глиссаду завершен выпуск механизации крыла в посадочное положение, выпуск шасси и перекладка стабилизатора в балансировочное положение для снижения по глиссаде. На этом участке полета пилот выдерживает курс и угол наклона глиссады, а также расчетную скорость захода на посадку (ЗП). Первые задаются положением курсоглиссадной планки на приборе-указателе (КПП), а скорость определяется в зависимости от массы самолета и посадочной конфигурации или задается органами УВД. Режим снижения по глиссаде остается стабильным до достижения высоты начала выравнивания.

Если до высоты принятия решения (ВПР) не обеспечены все необходимые условия для выполнения безопасной посадки, то экипаж переходит к выполнению задачи ухода на второй круг.

Посадка

Согласно РЛЭ Ту-154М в точке начала выравнивания пилот изменяет угол тангажа и режим работы двигателей с таким расчетом, чтобы к моменту касания взлетно-посадочной полосы (ВПП) вертикальная скорость снижения Уу не превышала (0,5 - 1,0) м/с. После касания пилот принимает меры к тому , чтобы самолет не отошел от ВПП, для чего выпускаются внутренние и средние интерцепторы. В это время рычаги управления двигателями (РУД) переводятся на режим реверса. После плавного опускания передней стойки шасси двигатели переводятся на режим максимального реверсирования, а руль направления (РН) переводится на пикирование. Торможение колесами начинают после уверенного приземления на скоростях движения не более Уторм.

При движении по ВПП пилот выдерживает направление вдоль оси ВПП с помощью РН, сопряженного с управлением носовой стойки. Крен не допускается. Приемы управления самолетом в особых ситуациях (ветер, отказы двигателей, тормозных устройств, реверса, закрылков, скользкая ВПП и т.д.) предусмотрены соответствующими разделами РЛЭ.

При падении скорости до Уур =150 км/ч реверсирование тяги двигателей прекращается и двигатели выводятся на минимальный режим работы - малый газ. При угрозе безопасности реверс может быть использован до полной остановки самолета. После этого убираются внутренние и средние интерцепторы и тормозные щитки. Торможение колесами может продолжаться вплоть до полной остановки.

Формальное описание снижения по глиссаде и посадки

Список событий:

о Н1 - точка входа в глиссаду (ТВГ); о Н2 - высота принятия решения (ВПР); о Н3 - высота пролета торца ВПП; о Н4 - высота начала выравнивания; о П - точка первого касания ВПП;

о Сп - точка окончания выпуска внутренних и средних интерцепторов;

о К - точка опускания передней стойки шасси на ВПП;

о Ут - точка достижения скорости допустимой для начала торможения колесами; о Т - выход тормозов на устойчивый режим;

о Р - выход реверса тяги на максимальный режим;

о Уур - скорость выключения реверса; о МГ - двигатели на режиме малого газа; о Ут - внутренние и средние интерцепторы убраны;

о У0 - скорость конца участка (скорость сруливания с ВПП или полной остановки на ВПП). Список задач и процедур управления

В момент входа в глиссаду Н1 включаются две задачи управления. В канале тангажа - выдерживание движения по глиссаде с заданной скоростью:

где ДНг - отклонение самолета от глиссады по высоте; Д0- отклонение угла наклона траектории движения от заданного угла наклона глиссады.

Эта задача выполняется до высоты начала выравнивания Н4 или до момента принятия решения об уходе на второй круг Н2.

В каналах крена и рысканья - выдерживание заданного посадочного курса:

где АЯг отклонение самолета от глиссады в поперечном направлении; - угол посадочного

курса; у’ - скорость рысканья.

Эта задача выполняется до первого касания самолета ВПП - П.

В случае принятия решения об уходе на второй круг З1, З2 отменяются и включаются задачи и процедуры для конкретного маневра.

От момента достижения высоты начала выравнивания Н4 до касания П вместо задачи З1 включается задача стабилизации угла тангажа:

и процедура перевода режима двигателей на малый газ: П1: поб -> 25%.

В момент первого касания П включается процедура выпуска внутренных и средних интерцепторов и тормозных щитков, заканчивающаяся их отклонением на полный угол - событие Сп:

Процедура вывода двигателей на режим полного реверсирования Р: П1:поб -> 10%.

Задача управления движением самолета вдоль оси ВПП плоть до остановки или срулива-ния У0:

5В

1 I п0б

6н

Зз = 5в

6н

Ъл— ' •

. 6э

После опускания передней стойки шасси К и падения скорости до допустимой для торможения Ут включаются тормоза колес основных стоек Т:

На скорости Уур реверс должен быть выключен, а двигатели должны быть переведены на режим малого газа МГ:

П5:поб -> 25%.

После этого убираются внутренние и средние интерцепторы и тормозные щитки УТ:

Способы задания вариантов снижения по глиссаде

Для моделирования конкретного варианта снижения самолета Ту-154М по глиссаде с использованием вышеприведенного формального описания сценария оказывается достаточным задать следующие параметры начального состояния:

ХТ - центровка самолета (% ); т - полетная масса самолета (кг);

5ст. УПС - угол отклонения стабилизатора по УПС (градусы);

5з - угол отклонения закрылков (градусы);

5пр - угол отклонения предкрылков (градусы);

Упр - приборная скорость полета (км/ч);

Н - высота полета (м);

На - высота расположения аэродрома (м);

АНГ - отклонение от глиссады по высоте (м);

АЯГ - боковое отклонение при ЗП (м);

- угол наклона траектории полета (градусы).

Параметры полета

г - угол наклона глиссады (°);

Узп - заданная скорость ЗП (км/ч);

Ннв - высота начала выравнивания (м);

НтВпп- высота пролета торца ВПП (м);

Нпр - ВПР (м).

Параметры внешнего воздействия

АТ - отклонение атмосферной температуры от стандартного значения (К°);

АР - отклонение атмосферного давления от стандартного значения (мм.рт.ст.); ф№ - угол ветра (° по азимуту);

ф№ - угол наклона ветра относительно горизонтальной плоскости (градусы);

W - профиль скорости ветра (м/с) в зависимости от времени полета (с) или земных координат самолета (м), отсчитываемых от точки старта. Может задана любая функция в виде непрерывной ломаной линии;

Б - интенсивность дождя (мм/ч) в зависимости от любого монотонно растущего параметра задачи в виде непрерывной ломаной линии.

Отказные ситуации:

- отказ любого двигателя в момент, определяемый заданным значением любого монотонно растущего параметра задачи;

- отказ органов управления в момент достижения значения любого монотонно растущего параметра задачи, возможна имитация:

заклинивание в произвольном положении; переход в самоориентирование;

П4:фторм 0,2

отказ гидросистем (уборка шасси, уборка механизации) в момент достижения заданного значения любого монотонно растущего параметра задачи, возможна имитация отказа половины мощностей или полностью (скорость уборки вдвое меньше или равна 0).

Способы задания вариантов посадки

Для моделирования посадки от точки начала выравнивания до остановки самолета следует задать такие же параметры состояния, как это отмечалось выше, параметры внешнего воздействия и дополнительно:

рсц - коэффициент сцепления колес шасси с ВПП;

следующие параметры полета:

r - угол наклона глиссады (°);

Ут - скорость, допустимая для включения тормозов колес шасси (км/ч);

Уур - скорость на которой следует выключить реверс двигателей (км/ч).

Примечание. Все рассмотренные задачи предполагают заданное направление движения, соответствующее нулевому значению курса. Это сделано для простоты изложения, что позволяет рассчитывать траекторию полета, привязанную к географическим координатам местности.

Контрольный вариант снижения по глиссаде самолета Ту-154М

Данный раздел посвящен описанию серии вычислительных экспериментов по моделированию снижения по глиссаде с углом наклона -2,8° от точки пролета БПРМ самолета Ту-154М с полетной массой 78000 кг и центровкой 38% САХ. Серия состоит из четырех вариантов.

Первый вариант моделирует снижение по глиссаде строго и в соответствии с РЛЭ, т.е. с приборной скоростью 265 км/ч при отсутствии ошибок пилотирования и ветра. Этот вариант является базовым, с результатами которого производится сравнение результатов остальных трех вариантов усложненного полета.

Второй вариант характерен тем, что в начальные условия введена ошибка пилотирования: самолет находится ниже глиссады на 5 м (на высоте 58 м по сравнению с высотой залегания глиссады над БПРМ 63 м) и имеет приборную скорость на 10 км/ч ниже требуемой РЛЭ (255 км/ч против 265 км/ч).

Третий расчетный вариант снижения по глиссаде отличается от второго тем, что введена имитация встречного сдвига ветра интенсивностью 4 м/с на 30 м.

Четвертый вариант имитирует такой же сдвиг ветра, как третий, но при отсутствии отклонений от глиссады и требуемой скорости.

Анализ данных, содержащийся в упомянутых выше расчетах, позволяет сделать вывод о том, что принятие пилотом своевременных и правильных действий ликвидирует исследованные опасные ситуации.

ЛИТЕРАТУРА

1. Руководство по летной эксплуатации самолета Ту-154М. - М., 1986.

2. Аэродинамика самолета; под ред. А.Ф. Бочкарева.- М.: Машиностроение, 1977.

3. Остославский И. В. Динамика полета. Траектории летательных аппаратов. - М.: Машиностроение, 1967.

4. Ильясов И. И. Структура процесса обучения. - М.: МГУ, 1986.

5. Анализ точности имитации движения самолета в особых случаях взлета и посадки с помощью математического моделирования: Отчет НИР. МИИГА; руководитель Ципенко В.Г. - №ГР 01890017440. - М., 1989.

AIRCRAFT FINAL APPROACH & LANDING FOR MATH ANALYZE MODEL SYSTEM.

Agafonov V. A.

The principals constracting mathematical models of landing are considered/

Сведения об авторе

Агафонов Вячеслав Александрович, 1965 г.р., окончил АВЛУГА (1986), КВС ОАО «Аэрофлот», автор 2 научных работ, область научных интересов - безопасность полетов и обеспечение жизнедеятельности.