РАЗДЕЛ 2
АНАЛИЗ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМЫ
«САМОЛЕТ – РЕГУЛЯТОР – СРЕДА – ОСОБАЯ СИТУАЦИЯ»
КАК ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ
2.1. Обоснование понятия системы «самолет – регулятор – среда – особая
ситуация»
Для обеспечения управляемости самолета в условиях ОС необходимо создавать
управляющие силы и моменты по трем взаимно перпендикулярным осям, направленные
на предотвращение дальнейшего развития нештатной ситуации. В условиях
возникновения ОС в полете в результате воздействия на самолет набегающих
потоков воздуха, столкновения самолета с биологическими, механическими или
электрическими формированиями, при отказе различного рода авиационного
оборудования, отказе двигателей и других неисправностях параметры движения
самолета будут изменяться. Следовательно, в ОС к этим управляющим силам и
моментам необходимо добавлять соответствующие составляющие, позволяющие
предотвратить, нейтрализовать или стабилизировать развитие сложившейся полетной
ситуации. Определяющими параметры динамических характеристик самолета как
объекта управления можно принять такие: время, скорость изменения углов,
высоты, угловых и линейных ускорений, так как они определяют время развития
нештатной ситуации, а также потребное для регулятора время парирования ОС в
полете. Но кроме перечисленных параметров необходимо учитывать влияние внешней
среды и сам характер развития ОС [75, 76].
Для определения потребного времени, необходимого для предотвращения на данном
этапе отрицательного развития ОС, необходимо учитывать в совокупности все
опасные факторы влияющие на изменение полетной ситуации во времени. Для этого
предлагается использовать понятие системы «самолет – регулятор – среда – ОС», в
описании которой учитывались: аэродинамические свойства данного типа самолета;
действие регулятора на каждом этапе развития ОС; влияние окружающей среды;
дополнительные силы и моменты, возникшие в результате развития ОС.
Для более детального анализа процесса развития ОС во времени и определения
потребного времени, необходимого для предотвращения авиапроисшествия, оценим
вклад в него каждой составляющей системы «самолет – регулятор – среда – ОС» в
отдельности.
2.2. Анализ динамических характеристик самолета как элемента системы «самолет –
регулятор – среда – особая ситуация»
Проанализируем динамику управляемого полета самолета в условиях возникновения
ОС. Процесс управления самолетом в общем случае состоит из последовательных
действий пилота и ответных реакций самолета. Движение самолета в условиях ОС
определяется его аэродинамическими свойствами, управляющими действиями
регулятора, воздействиями внешней среды, а также влиянием ОС. Динамика движения
самолета как объекта управления в условиях ОС описывается дифференциальным
уравнением движения [7, 10, 21]
, (2.1)
где , – вектор характеризующий состояние самолета в условиях ОС; , – вектор
параметров, определяемый свойствами внешней среды; , – вектор управляющих
воздействий, формируемых НР в зависимости от этапа развития ОС; – вектор
характеризующий влияние ОС на динамику движения самолета; – текущее время
движения, принадлежащее отрезку на котором определено уравнение (2.1); – вектор
возмущений.
Для анализа динамических характеристик самолет в условиях ОС представлен как
система с шестью степенями свободы. Динамика движения этой системы описывается
системой уравнений, включающей в себя:
– динамические уравнения, описывающие движение его центра масс с учетом
развития ОС;
– динамические уравнения, описывающие движение самолета относительно его центра
масс с учетом развития ОС.
В соответствии с законом сохранения количества и момента количества движения
запишем эти уравнения в векторной форме [7, 10, 21]:
– уравнение, описывающее движение центра масс самолета с учетом развития ОС:
, (2.2)
где – масса самолета, – вектор скорости движения центра масс самолета
относительно воздушной среды, не возмущенной самолетом в инерциальной системе
отсчета; – суммарный вектор всех внешних сил, действующих на самолет в условиях
ОС в полете; – вектор абсолютной угловой скорости вращения произвольной системы
координат. Суммарный вектор всех внешних сил, действующих на самолет в условиях
возникновения ОС в полете, представим в виде суммы векторов:
, (2.3)
где – сила, создающаяся в результате отклонения аэродинамических поверхностей
самолета; – внешняя сила, действующая на самолет, возникшая в результате
появления вертикальных порывов ветра и турбулентности; – вектор сил,
возникающий в результате действия ОС;
– уравнение, описывающее движение самолета относительно его центра масс с
учетом развития ОС, представим в виде:
, (2.4)
где – вектор момента количества движения самолета; – суммарный вектор моментов,
действующих на самолет:
, (2.5)
где – момент, возникающий в результате изменения положения аэродинамических
поверхностей самолета; – момент, действующий на самолет и возникший в
результате появления вертикальных порывов ветра и турбулентности; – вектор
момента, который возник в результате развития ОС в полете.
В связанной СК выражение (2.2) можно представить в матричной форме [21]:
, (2.6)
где – результирующий вектор сил, который также учитывает влияние ОС,
представленный в проекциях на оси связанной СК; – вектор угловой скорости
вращения связанной СК.
Результирующий вектор внешних сил , действующих на самолет в условиях
возникновения ОС в полете, в общем случае включает в себя [21]:
, (2.7)
где – вектор силы тяжести самолета; – вектор силы тяги двигателя; –
равнодействующий вектор аэродинамических сил; – дополнительный вектор сил,
действующих на самоле
- Київ+380960830922