Технология выбора расчетных точек для мониторинга расхода топлива в эксплуатации ВС га

УДК 629.735.016

ТЕХНОЛОГИЯ ВЫБОРА РАСЧЕТНЫХ ТОЧЕК ДЛЯ МОНИТОРИНГА РАСХОДА ТОПЛИВА В ЭКСПЛУАТАЦИИ ВС ГА

Г.Е. МАСЛЕННИКОВА, Н.Н. СИРОТИН, А.И. ФРОЛКОВ

В статье описана разработанная в ГосНИИ ГА технология выбора расчетных точек для мониторинга характеристик расхода топлива гражданских воздушных судов в процессе эксплуатации. Проведено сравнение технологий выбора расчетных точек для мониторинга расходов топлива в программах, разработанных фирмой Боинг и в программах Г осНИИ Г А.

Ключевые слова: расходы топлива, постоянный мониторинг, воздушные суда, выбор расчетных точек, разброс оценок расхода топлива.

Для получения объективной картины изменения характеристик расхода топлива в процессе эксплуатации необходимо не только обеспечить организацию процесса сбора данных, но и разработать алгоритмы, позволяющие с наименьшей трудоемкостью и максимальной достоверностью обеспечивать оценку текущих показателей расхода топлива по данным, регистрируемым бортовыми системами объективного контроля. До сих пор наиболее популярным способом автоматизации процесса расчетов как в отечественных программах, так и в программах зарубежных разработчиков был автоматизированный выбор для расчета точек, удовлетворяющих заданным требованиях стационарности. Для включения точки в массив для расчета выполняется проверка стационарности основных параметров полета (высота, скорость, число М, температура наружного воздуха) и параметров работы двигателей (обороты КВД, КНД, турбовентилятора и т.д.) в течение отрезка времени заданной продолжительности. Так в программах, разработанных ГосНИИ ГА [3] для выбора расчетных точек на самолете Ту-154 по параметрам, регистрируемым МСРП-64, проверяются следующие критерии стационарности полета:

• В течение 5 минут полета:

- барометрическая высота изменяется не более чем на 100 м;

- приборная скорость полета изменяется не более чем на 5 км/ч;

- температура наружного воздуха изменяется не более чем на 1°С;

- обороты КНД двигателей изменяются не более чем на 1%;

- мгновенные расходы топлива каждого двигателя изменяются не более чем на 30 кг/ч (»2%).

Критерии отбора, рекомендуемые в программах, разработанных фирмой Боинг [5]:

• В течение 3-х минут полета:

- барометрическая высота изменяется не более чем 30,5 м;

- приборная скорость изменяется не более чем на 2,8 км/ч;

- температура наружного воздуха изменяется не более чем на 1°С;

- обороты № 1 изменяются не более чем на 0,5%;

- мгновенный расход топлива изменяется не более 1%.

При таком подходе количество получаемых расчетных точек (а следовательно, и результаты оценивания) всегда будет связано с заложенными в алгоритме значениями обязательной продолжительности установившегося участка и диапазоном изменения параметров, при котором их значения условно считаются неизменяемыми.

Следует отметить, что например в программах, разработанных в Г осНИИ Г А, исследуется стационарность параметров на участках продолжительностью не менее 5 минут, а в программах, разработанных фирмой Боинг [5], - 3 минуты, но при этом «коридор» изменения параметров, при котором их значения считаются установившимися в программах Боинга существенно _уже, чем в программах ГосНИИ ГА. Выбор расширенных коридоров при поиске установивших-

ся участков полета не случаен, он обусловлен допустимой погрешностью измерений тех или иных параметров и естественно задается тем .уже, чем меньше допустимая погрешность. Кроме того, выбор диапазона допустимого изменения параметров при определении установившихся режимов также может быть обусловлен допустимым изменением оценки расхода топлива. Так, например, если считать допустимым отклонением фактического расхода топлива от типового значения в пределах ±1%, то допустимым изменением параметров полета будут изменения, приводящие к уменьшению (увеличению) расчетного расхода топлива на 1%.

Для уменьшения влияния методики выбора установившихся участков полета на получаемые оценки расходов топлива и соответственно повышения устойчивости результатов оценивания в ГосНИИ ГА разработана технология выбора расчетных точек по результатам статистического анализа всей полетной информации на этапе установившегося крейсерского полета.

Описание работы алгоритма:

- создается массив оценок расхода топлива по всему этапу установившегося крейсерского полета, анализируемого с заданным шагом по времени (например 30 с);

- проводится анализ параметров распределения оценок с заданным шагом изменения оценки в 1%;

- производится выбор 3-х наиболее статистически значимых интервалов изменения оценки;

- отклонение фактического расхода топлива от расчетного определяется как среднее по этим трем статистически значимым результатам с учетом весовой характеристики оценки в каждом из интервалов.

Алгоритм расчета значимых точек и работа с программой «Оценка ЛТХ» описаны на примере расчета крейсерских характеристик самолета Ил-96-300.

1. В таблицу загружаются исходные данные. Исходными данными являются ВСЕ точки файла электронной копии записи МСРП-А-02 участка крейсерского полета с шагом по времени не более 1 минуты. Для каждой точки вычисляется оценка расхода топлива.

Если просуммировать полученные оценки по всему массиву исходных данных и вычислить среднее значение, то полученный результат будет неточно отображать характеристику расхода топлива экземпляра ВС. Это связано с тем, что в среднюю оценку попадут нехарактерные для крейсерского полета точки, которые будут искажать истинный результат. Например, точки, полученные при смене эшелона, точки, полученные при полете в болтанку и т.д.

2. Для выбора статистически значимых точек расчета строится гистограмма плотности распределения полученных оценок. Предполагается, что оценки расхода топлива экземпляра ВС должны лежать в диапазоне отклонений от данных РЛЭ не более ±20%. Если точка исходных данных не попадает в этот диапазон, значит, она является нехарактерной для эшелона.

Чтобы построить гистограмму в программе «Оценка ЛТХ» необходимо на таблице с результатами расчета вызвать контекстное меню (по правой кнопке «мыши») и выбрать расчет значимых средних. В результате отобразится окно с гистограммой (рис. 2).

При расчете плотности распределения ширина «кармана» задается с шагом 2%. Значимыми считаются точки, попадающие в смежные три кармана, сумма частот которых является максимальной на всем диапазоне от -20 до 20%. Для значимых точек вычисляется среднее значение оценки, которое будет являться характеристикой экземпляра ВС. Данное значение указывается в заголовке графика. Необходимо отметить, что гистограмма должна иметь явно выраженный экстремум. Если этого нет, то скорее всего профиль полета существенно отличается от типового. В данном случае для получения достоверного результата следует уменьшить шаг по времени при формировании файла исходных данных.

Гистограмма может не иметь явного экстремума в случае, когда какой-либо исходный параметр сильно зашумлен. В качестве примера приведена гистограмма, где суммарный мгновенный расход топлива имел разброс порядка 500 кг/ч с достаточно высокой частотой.

*Т Гистограмма

ИВ

В Word

Частота распределения отличия часового расхода топлива экземпляра от типового значения. Номер борта 55555; Дата полета 11.11.2011 Среднее значение по значимым точкам 4.92%

отличие расхода, %

Рис. 2. Окно с гистограммой

Так как передача таблицы с результатами расчета имеет достаточно много расчетных точек, то передача ее в MS Word не имеет смысла. В данном случае в MS Word передается суммирующая таблица. То есть для значимых точек, попадающих в один карман, вычисляется диапазон каждого параметра, и в таблицу заносится именно диапазон параметра (табл. 1).

Таблица 1

Таблица диапазонов параметров. Характеристики крейсерского полета Ил-96 (борт № 55555, полет от 11.11.2011). Среднее значение по статистически значимым точкам 4.92

Оценка Mпол ^ст M AT Qтоп Q рлэ AQ

2% ... 4% 159.4 . . 205.4 10.6 . . 10.6 0.78 ... 0.79 -5.05 ... 8.92 832 . . 863 6320 . . 7387 6122 ... 7157 129.3 ... 270.1

4% ... 6% 159.7 . . 204.7 10.6 . . 10.6 0.78 ... 0.79 -4.19 ... 9.97 829 . . 864 6334 . . 7578 6076 ... 7215 250.2 ... 418

6% ... 8% 159.5 . . 205.9 10.6 . . 10.6 0.78 ... 0.79 -4.33 ... 9.23 831 . . 860 6492 . . 7745 6057 ... 7261 373 ... 556

Анализ плотности распределения оценок требует больших объемов анализируемых массивов. Принято считать, что для изучения статистических характеристик объем массива должен содержать не менее 100 точек. Таким образом, при шаге обработки, равном 30 с, реализация описанного алгоритма позволяет существенно уменьшить влияние случайных факторов на разброс получаемых оценок расхода топлива при обработке полетов с продолжительностью этапа крейсерского полета более 1 ч.

ЛИТЕРАТУРА

1. Масленникова Г.Е. Контроль основных летных характеристик в процедуре поддержания летной годности воздушного судна // Сборник научных трудов ГосНИИ ГА. - 2008. - № 310. - С. 104-109.

2. Масленникова Г.Е. Оценка изменений основных летных характеристик экземпляра ВС в процессе эксплуатации по данным средств объективного контроля // Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества: тезисы докл. междунар. науч. техн. конф. 18-19 мая 2006 г. - М., 2006. - С. 99-100.

3. Дмитриева С.В., Масленникова Г.Е. Использование дисперсионного анализа для исследования причин увеличения расходов топлива самолетов Ил-96 // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Аэромеханика, прочность, поддержание летной годности ВС. - 2008. - № 310. - С. 81-84.

4. Boing Performance Software (BPS) Airplane Performance Monitoring (Performance Software and Applications Course. Руководство пользователя к программе мониторинга характеристик, июнь 2006 г.

CALCULATION POINTS SELECTION TECHNOLOGY FOR FLIGHT PERFORMANCE MONITORING

Maslennikova G.E., Sirotin N.N., Frolkov A.I.

This article describes a technique developed in GosNIIGA choice of settlement monitoring points for the

characteristics of the fuel consumption of civil aircraft in service. A comparison of technologies choice of calculation

points for monitoring fuel consumption in the programs developed by Boeing and programs GosNIIGA.

Key words: fuel consumption, constant monitoring, aircraft, choice of calculation points, the spread of estimates of fuel consumption.

Сведения об авторах

Масленникова Галина Евгеньевна, окончила МАИ (1977), доктор технических наук, начальник отдела ГосНИИ ГА, автор более 50 научных трудов, область научных интересов - изменение летных характеристик ВС ГА в процессе эксплуатации.

Сиротин Николай Николаевич, 1933 г.р., окончил КАИ (1958), заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник ГосНИИ ГА, автор более 220 научных работ, область научных интересов - повреждаемость и работоспособность ГТД в процессе проектирования, доводки, производства и эксплуатации.

Фролков Анатолий Иванович, 1941 г.р., окончил ХАИ (1964), доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник ГосНИИ ГА, автор более 200 научных работ, область научных интересов - эксплуатация авиационной техники.