РАЗДЕЛ 2
АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ
«САМОЛЕТ-ЭКИПАЖ-СРЕДА» В ОСОБОЙ СИТУАЦИИ В ПОЛЕТЕ
2.1. Обоснование понятия системы «самолет–экипаж–среда–особая ситуация»
Под системой «самолет–экипаж–среда» в особой ситуации в полете будем понимать
совокупность перечисленных составляющих, функционально взаимосвязанных между
собой и взаимодействующих определенным образом в процессе полета (рис. 2.1.).
Рис. 2.1 Структура системы «самолет–экипаж–среда» в полете.
Особенностью функционирования такой системы является то, что в полете в ней
сфокусированы недостатки всех ее составных элементов, которые скрыто в них
присутствуют и как, показывает анализ, могут проявляться в определенных
условиях, как правило, в условиях дефицита времени. К таким особенностям можно
отнести: отказ функциональных систем самолета, неправильное или несвоевременное
принятие решения экипажем, неожиданное негативное проявление особенностей
окружающей среды (сдвиг ветра, повышенная турбулентность, столкновения с
физическими или биологическими предметами и др.), а также возникновение других
нежелательных факторов. Из чего следует, что нарушение функционирования любого
элемента системы может привести к снижению ее живучести и к возникновению
нештатной ситуации в полете.
Предотвращение развития особой ситуации в полете определяется располагаемыми
возможностями составных элементов системы, необходимыми и достаточными для
парирования или компенсации ее проявления. Например, в случае отказа одной из
функциональных систем самолета, экипаж, хорошо подготовленный к действиям в
особых ситуациях своевременно, правильно принял и реализовал решение по
парированию данной ситуации. Другой пример, в условиях повышенной
турбулентности запас аэродинамических свойств самолета оказался достаточным для
предотвращения негативных явлений, обусловленных ее воздействием.
Таким образом, для анализа характеристик функционирования системы
«самолет–экипаж–среда» в ОС в полете, ее способности сохранять целостность при
воздействии неблагоприятных факторов, скрывающихся в каждой из ее составляющих,
а именно: «экипаже», «самолете», «среде», целесообразно оценить располагаемые
возможности и ограничения каждого элемента системы в отдельности.
2.2. Анализ динамических характеристик самолета как элемента системы
«самолет–экипаж–среда»
Проведенный анализ динамических характеристик самолета как элемента системы
показал, что задачи управления движением самолета полета в общем случае
разделяются на задачи траекторного управления положением центра масс
относительно заданной траектории, определяемой планом полета, а также задачи
угловой стабилизации и управления угловым положением самолета относительно
центра масс.
Проанализируем динамику управляемого полета самолета в условиях возникновения
ОС. Процесс управления самолетом в общем случае состоит из последовательных
действий экипажа и ответных реакций самолета. Движение самолета в условиях ОС,
определяется его аэродинамическими свойствами, управляющими действиями экипажа,
воздействиями внешней среды, а также влиянием ОС. Динамика движения самолета
как объекта управления в условиях ОС в общем случае описывается
дифференциальным уравнением движения [8, 19]:
, (2.1)
где х={х1, … хi}, – вектор характеризующий состояния самолета в условиях ОС;
а={а1, … аj}, – вектор параметров определяемый свойствами внешней среды; u={u1,
… uk}, – вектор управляющих воздействий, формируемый экипажем, в зависимости от
этапа развития ОС; z={z1,…zn} – вектор характеризующий влияние ОС на динамику
движения самолета; t – текущее время движения, принадлежащее отрезку
[t0, tk] на котором определено уравнение (2.1); ох – вектор возмущений; f – n
мерная векторная функция указанных аргументов.
Для анализа динамических характеристик самолета в условиях ОС в полете
применительно к конкретной ситуации, его можно представить, как систему 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 [18, 19]:
* уравнение, описывающие 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 аэр – сила, создающаяся в результате отклонения аэродинамических
поверхностей самолета; вс – внешняя сила действующая на самолет, возникшая в
результате негативных проявлений внешней среды.
* 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 аэр – момент, возникающий в результате изменения положения аэродинамических
поверхностей самолета; вс – момент, действующий на самолет и возникший в
результате негативных проявлений внешней среды.
При описании поступательного движения центра масс самолета будем использовать
траекторную или связанную систему координат (СК).
- Київ+380960830922