СПОСОБ ЛЕТНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ РУЧНОЙ ВИЗУАЛЬНОЙ ПОСАДКИ САМОЛЕТА НА ОБЪЕКТ
METHOD FOR FLIGHT SIMULATION OF MANUAL VISUAL LANDING OF AEROPLANE ON OBJECT

Изобретение относится к области исследований устойчивости, управляемости и динамики посадки самолетов и может быть использовано в приборном оборудовании летательных аппаратов для повышения безопасности и сокращения сроков и стоимости летного обучения и летной отработки управляемости самолетов при посадке на объект - взлетно-посадочная полосу (ВПП) или корабль.
Известен способ летного моделирования ручной визуальной посадки на ВПП путем имитации так называемой «посадки на облако», опубликованный в статье «Самолет Sukhoi Superjet-100 совершил второй полет», РИА Новости, 28/05/2008 и в книге авторов Близнюк В., Васильев Л., Вуль В. и др. «Правда о сверхзвуковых пассажирских самолетах», издательство "Московский рабочий", 2000 г.
Недостатком этого способа является невозможность объективной оценки точности посадки и несоответствие форм облака и натурной ВПП.
Известен способ летного моделирования ручной визуальной посадки самолета на ВПП, основанный на визуальном управлении самолетом с использованием изображения виртуальной ВПП, формируемого на пилотажном индикаторе летчика - многофункциональном индикаторе - с помощью бортовой вычислительной машины (БЦВМ) и совмещаемого в пространстве с реальной ВПП на основе информации, получаемой от спутниковой системы измерения координат самолета и аэродромной ВПП. (См. Описание изобретения к Патенту 2297596.)
Недостатком этого способа летного моделирования посадки является необходимость использования натурных аэродромных посадочных систем, трудность обеспечения безопасности обучения при посадке в сложных условиях, а также низкая вероятность реализации желаемых метеоусловий посадки.
Задачей изобретения является создание способа летного моделирования ручной визуальной посадки на объект, обеспечивающего летное обучение пилотированию и отработку характеристик управляемости самолета на требуемой высоте, превышающей штатную высоту расположения объекта, без использования натурных посадочных систем объекта.
Техническим результатом является повышение безопасности и существенное сокращение сроков и стоимости летного обучения и летной отработки управляемости самолетов при посадке на объект (ВПП или корабль) в сложных условиях (горный аэродром, сильный ветер, большая качка корабля, отказы).
Задача и технический результат достигаются тем, что в способе летного моделирования ручной визуальной посадки самолета на объект, включающем измерение параметров движения самолета и его положения в пространстве относительно земли, формирование изображения на пилотажном индикаторе - индикаторе на лобовом стекле или многофункциональном индикаторе - виртуального объекта с системой индикации посадки, визуальное управление самолетом при посадке на виртуальный объект с использованием его изображения на пилотажном индикаторе летчика, регистрацию параметров движения самолета относительно виртуального объекта и земли, с помощью бортовой цифровой вычислительной машины задают начальное положение виртуального объекта на требуемой высоте, превышающей штатную высоту расположения объекта, вычисляют вектор скорости виртуального объекта путем сложения вектора скорости объекта с разностью векторов путевой и приборной скоростей самолета и определяют параметры, характеризующие положение виртуального объекта и системы индикации посадки относительно земли и относительно самолета, которые используются для формирования изображения виртуального объекта с системой индикации посадки на пилотажном индикаторе летчика.
Для обеспечения летного моделирования посадки при наличии ветра относительно объекта, к вектору скорости виртуального объекта прибавляют вектор скорости ветра относительно объекта.
Перечень фигур на чертежах
На фиг.1 проиллюстрирован способ летного моделирования ручной визуальной посадки на объект на повышенной высоте в случае, когда объектом является корабль, где
1 - самолет,
2 - корабль,
3 - индикатор на лобовом стекле,
4 - 3-мерное графическое изображение,
5 - виртуальный корабль,
6 - виртуальная система индикации посадки,
7 - бортовая цифровая вычислительная машина,
8 - вектор скорости виртуального корабля,
9 - вектор скорости корабля
10 - вектор путевой скорости самолета,
11 - вектор приборной скорости самолета,
12 - спутниковая система измерения координат самолета,
13 - бортовая система измерения углового положения самолета,
14 - виртуальная посадочная глиссада,
15 - виртуальная траектория тормозного гака,
16 - тормозной гак,
17 - виртуальная зона допустимых отклонений точки касания палубы,
18 - посадочная глиссада,
19 - система индикации посадки,
20 - траектория тормозного гака,
21 - зона допустимых отклонений точки касания палубы,
22 - вектор скорости ветра относительно корабля,
На фиг.2 показано изображение корабля и системы индикации посадки - палубной оптической системы посадки, формируемое на индикаторе на лобовом стекле, где
23 - 3-мерное графическое изображение виртуального корабля,
24 - изображение виртуальной палубной оптической системы посадки,
25 - линия естественного горизонта.
Способ летного моделирования ручной визуальной посадки самолета 1 на корабль 2 с системой индикации посадки основан на формировании на пилотажном индикаторе летчика 3 - индикаторе на лобовом стекле или многофункциональном индикаторе - 3-мерного графического изображения 4 виртуального корабля 5 с виртуальной системой индикации посадки 6 путем расчета в бортовой цифровой вычислительной машине 7 положения виртуального корабля 5 относительно земли, определяемого на основе вектора скорости виртуального корабля 8, вычисляемого как сумма вектора скорости корабля 9 и разности векторов путевой и приборной скоростей 10 и 11 самолета 1, а также путем расчета положения виртуального корабля 5 и виртуальной системы индикации посадки 6 относительно самолета 1, координаты которого относительно земли определяются спутниковой системой измерения координат самолета 12, а угловое положение которого определяется с помощью бортовой системы измерения углового положения самолета 13. Начальное положение виртуального корабля 5 задается на требуемой высоте, превышающей штатную высоту корабля 2. Используя 3-мерное графическое изображение 4 виртуального корабля 5 и виртуальной системы индикации посадки 6 летчик осуществляет ручное визуальное управление посадкой на виртуальный корабль 5, выполняя полет по виртуальной глиссаде 14 путем управления угловым положением и приборной скоростью самолета 11 до момента пересечения траектории 15 тормозного гака 16 с посадочной палубой виртуального корабля 5 в зоне допустимых отклонений от расчетной точки касания виртуальной палубы 17, чем достигается моделирование посадки самолета 1 на корабль 2, выполняемой путем полета по глиссаде 18 системы индикации посадки 19, обеспечивающего пересечение траекторией тормозного гака 20 палубы корабля 2 в зоне допустимых отклонений от расчетной точки касания палубы 21.
Процесс изменения параметров движения самолета относительно виртуального корабля и земли регистрируется в бортовой цифровой вычислительной машине 7.
Для обеспечения летного моделирования посадки при наличии ветра относительно корабля 22, к вектору скорости виртуального корабля 8 прибавляется вектор скорости ветра относительно корабля 22.
Для обеспечения подобия коротко-периодического движения самолета при летном моделировании посадки на повышенной высоте и при реальной посадке, управление приборной скоростью самолета 11 осуществляется по закону, используемому при реальной посадке на корабль.
При летном моделировании на повышенной высоте путевая скорость самолета 10 превышает приборную скорость 11 (на ~ 30% на высоте 5000 метров). Поэтому при летном моделировании посадки на повышенной высоте траекторное движение самолета относительно земли заметно отличается от траекторного движения при обычной посадки. Для обеспечения подобия траекторного движения самолета 1 относительно виртуального корабля 5 при летном моделировании на повышенной высоте, при расчете вектора скорости виртуального корабля 8 используются следующие алгоритмы:
,
,
где  - вектор скорости виртуального корабля 8,
- вектор скорости корабля 9,
- вектор путевой скорости самолета 10,
- вектор приборной скорости самолета 11.
Проведенные расчеты и моделирование на пилотажном стенде подтвердили эффективность использования предлагаемых алгоритмов для обеспечения подобия движения самолета относительно виртуального корабля при летном моделировании посадки на корабль и ВПП в широком диапазоне высот.
С целью оценки возможности визуального управления посадкой при использовании монохромного изображения виртуального корабля на индикаторе на лобовом стекле, было разработано упрощенное изображение корабля, а также разработана программа расчета на пилотажном стенде ЦАГИ ПС-10М, обеспечивающая формирование 3-мерного графического изображения виртуального корабля 23 и виртуальной системы индикации посадки 24, которые использует летчик при визуальном управлении посадкой совместно с изображением линии естественного горизонтам 25.
Проведенное па пилотажном стенде ПС-10М моделирование посадки на корабль с участием летчика-испытателя С.Н.Мельникова и корабельного летчика С.Г.Рассказова показало, что при принятом законе движения виртуального корабля и сохранении закона управления приборной скоростью самолета 1 практически обеспечивается независимость управляемости самолета и точности посадки от высоты полета при летном моделировании посадки на высотах до 5000 м. Показано, что точность визуальной посадки с использованием упрощенного монохромного изображения корабля и подробного цветного изображения корабля отличается не более чем на 10 процентов.
При предлагаемом способе летного моделирования посадки на корабль на повышенной высоте без использования натурных посадочных систем обеспечивается повышение безопасности и автономность проведения летных испытаний, позволяющая увеличить в несколько раз число выполнения посадок в одном полете по сравнению с обычным методом посадки на корабль. При этом может быть обеспечена постепенность усложнения задачи пилотирования при обучении, что также повышает безопасность летного обучения.
В настоящее время руководство НИО-15 ЦАГИ включило данное предложение в план совместных работ с промышленностью.