Применение полунатурного моделирования для исследования пилотажных характеристик самолетов на кафедре авиационных комплексов и конструкции летательных аппаратов

УДК 53.001.57

ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛУНАТУРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПИЛОТАЖНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК САМОЛЕТОВ НА КАФЕДРЕ АВИАЦИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ И КОНСТРУКЦИИ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Ю.О. Верещагин, П.С. Костин, Т.А. Подкуйко, Д.В. Верещиков

Изложены результаты работ, выполняемых на кафедре авиационных комплексов и конструкции летательных аппаратов Военного авиационного инженерного университета (г. Воронеж) в направлении полунатурного моделирования динамики маневренных самолетов с использованием программного комплекса Mathlab - Simulink и пилотажных стендов

Ключевые слова: Mathlab - Simulin, пилотажные стенды, динамика маневренных самолетов, полунатурное моделирование

Изучение пилотажных характеристик имеет важнейшее значение для решения задач проектирования и модернизации авиационных комплексов, а так же обеспечения безопасности полетов. В большинстве случаев эта работы выполняется комплексно путем численного и полунатурного моделирования с использованием математических моделей, специализированного или прикладного программного обеспечения, пилотажных стендов и проведения летных экспериментов (испытаний).

На кафедре авиационных комплексов и конструкции летательных аппаратов Военного авиационного инженерного университета (г. Воронеж) освоено и развивается направление полунатурного моделирование динамики маневренных самолетов с использованием программного обеспечения на базе Mathlab -Simulink, макетов кабин с их информационно -управляющим полем и системой индикации закабинной обстановки. Эта деятельность сопровождается договором о взаимном сотрудничестве с ЦНТУ «Динамика», ОАО «Константа дизайн» и ФАЛТ МФТИ.

Программно-моделирующий комплекс, применяемый для решения широкого круга задач динамики самолета, состоит из следующих элементов:

- вычислителя на базе Mathlab- Simulinkс использованием блоков FlightSim;

- информационного дисплея с

моделированием индикации

многофункционального индикатора;

Верещагин Юрий Олегович - ВАИУ, инженер, тел. +7 (920) 425-79-63 Костин Павел Сергеевич -ВАИУ, слушатель Подкуйко Тимофей Александрович -ВАИУ, курсант Верещиков Дмитрий Викторович - ВАИУ, канд. техн. наук, доцент, нач. кафедры +7 (920) 425-79-63

- системы одноканальной закабинной обстановки;

- модуля ввода управляющих сигналов с командных рычагов управления.

Вычислитель основывается на

программном продукте Simulink, который является приложением к пакету Mathlab. При моделировании с использованием Simulink реализуется принцип визуального

программирования, в соответствии с которым пользователь из библиотеки стандартных блоков создает модель устройства и осуществляет расчеты. При этом, в отличие от классических способов моделирования, пользователю не нужно досконально изучать язык программирования и численные методы математики, достаточно общих знаний требующихся при работе на компьютере и, естественно, знаний той предметной области в которой он работает. В настоящее время комплекс Mathlab - Simulink дополнен специализированными компонентами

FlightSim, которые обеспечивают решение стандартных задач динамики самолета с учетом различных условий его эксплуатации. Применение FlightSim позволяет значительно ускорить процесс разработки сложных моделей дианмики самолета с учетом работы систем управления и устройств, улучшающих пилотажные характеристики.

FlightSim (рис. 1) включает в себя блоки разделенные на 4 раздела:

- библиотека блоков для создания моделей движения самолета с системой управления;

- библиотека элементов для визуализации и документирования результатов моделирования;

- библиотека элементов для визуализации движения самолета с использованием технологии виртуальной реальности;

Рис. 1. Комплекс FlightSim

элементов для

пилотажных и

- библиотека моделирования на полунатурных стендах.

Реализация полунатурного моделирования с использованием командных рычагов управления требует осуществления всех вычислений в реальном масштабе времени. Операционная система Windows не позволяет решать эту задачу без применения специальных программных средств. Комплекс FlightSim содержит синхронизатор модельного и машинного времени, который используется при создании математических моделей динамики.

Решение систем дифференциальных уравнений осуществляется путем развития во времени кинематических параметров движения от некоторых начальных значений, определяемых условием балансировки самолета на заданных высоте, скорости и перегрузке. Формирование начальных условий так же является специальной задачей, требующей применения специального программного модуля. Таким модулем является S-функция, созданная на языке программирования C++. Модуль балансировки формирует текстовый файл с начальными параметрами системы дифференциальных уравнений, который считывается в начальный момент времени блоком интегрирования.

В целом модель самолета с системой управления им формируется на экране компьютера в виде блок схемы с передаточными функциями и связями между ними (рис. 2). При этом система дифференциальных уравнений движения самолета может быть записана как в стандартной форме Коши, так и в виде стандартного блока из комплекта FlightSim.

Результаты решения уравнений могут использоваться для сетевого обмена с

компьютерами, обеспечивающими реализацию закабинной обстановки и приборной доски.

Приборная доска формируется с помощью системы автоматизированного проектирования DeskSim. Внешний вид приборной доски соответствует современным взглядам на индикацию пилотажно-навигационной

информации.

Система индикации закабинной установки реализует аэродром с радиотехническими и светосигнальными системами, позволяет изменять время суток и метеорологическую обстановку. Реализован режим дозаправки, который заключается в размещении танкера c выпущенным шлангом дозаправки на необходимой высоте, дальности, боковом смещении скорости полета. Все исходные данные вводятся в Simulink в блок начальных данных танкера.

Ввод управляющих сигналов от командных рычагов управления в виде джойстика или реальных органов управления самолета осуществляется с помощью аналогоцифрового преобразователя, построенного на базе АЦП ATMEGA-16. Плата АЦП подключается к компьютеру и распознается как джойстик, имеющий 6 аналоговых осей и 112 разовых команд. Все значения С АЦП передаются в Simulink с помощью драйвера джойстика. В случае использования макета кабины появляется возможность реализовать загрузку командных рычагов управления и их триммирование. Кроме сигналов от ручки управления самолетом по крену и тангажу, рукояток управления двигателями и педалей имеется возможность ввода в вычислитель разовых команд. Так, на стенде реализованы следующие разовые команды:

- выпуск и уборка шасси;

- выпуск и уборка закрылков

- выпуск и уборка тормозного щитка

- боевая кнопка.

Рис. 2. Пример математической модели самолета

По мнению авторов одним из перспективных в области образовательной деятельности направлений, реализуемых на кафедре, является создание натурного стенда системы управления маневренного

сверхзвукового истребителя, обеспечивающего не только демонстрацию принципов работы элементов ее конструкции, но и позволяющих изучать различные законы ее

функционирования. Так же это дает возможность для выполнения серьезных работ области исследования динамики

высокоманевренных боевых самолетов, что является основой для выполнения комплекса дипломных и диссертационных работ.

Литература

1. Аэродинамика и динамика полета сверхзвукового самолета. СВВАИУ им. Судца В.А. 1983г

2. Особенности аэродинамики и динамики полета самолета с внешними подвесками при сверхзвуковых скоростях. ВАИУ (г. Воронеж) 2010 г. Д.В. Верещиков, С.Н. Салтыков

3. Динамика полета. ВВИА им. Н.Е. Жуковского 2008 г. С.В. Левицкий, Н.А. Свиридов

4. Аэродинамика, динамика полета и конструкция ЛА. ВВИА им. Н.Е. Жуковского 2005 г. М.И. Радченко

5. Аэродинамика и динамика полета маневренных самолетов. 1984 г. Н.М. Лысенко.

Военный авиационный инженерный университет

APPLICATION OF SEMINATURAL MODELLING FOR RESEARCH OF FLIGHT CHARACTERISTICS OF PLANES ON CHAIR OF AVIATION COMPLEXES AND A

DESIGN OF FLYING MACHINES

Y.O. Vereshchagin, P.S. Kostin, T.A. Podkuiko, D.V. Vereschikov

Results of the works which are carried out on chair of aviation complexes and a design of flying machines of Military aviation engineering university (Voronezh) in a direction of seminatural modelling of dynamics of maneuverable planes with use of program complex Mathlab - Simulink and flight stands are stated

Key words: Mathlab - Simulink, Flight stands, Dynamics of maneuverable planes, Seminatural modelling