ПРИМЕНЕНИЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРИ ОЦЕНКЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АВИАЦИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ В ПРОЦЕССЕ ЛЕТНЫХ ИСПЫТАНИЙ

THE APPLICATION OF SIMULATION IN ESTIMATING THE EFFICIENCY THE FUNCTIONING AVIATION COMPLEXES IN THE PROCESS FLIGHT TESTS

Sergey Nikolaev

Candidate of Science, Head of Research and Testing Department, assistant professor, State Flight Test Center. V.P. Chkalov,

Russia, Akhtubinsk

АННОТАЦИЯ

Основная цель работы заключается в обеспечении сокращение затрат на проведение испытаний авиационных комплексов с одновременным повышением информативности и достоверности результатов. Этот результат достигается за счет применения в практике летных испытаний методов моделирования. В статье показаны некоторые результаты использования математического моделирования и разработанных программ при испытаниях современных летательных аппаратов с целью оценки эффективности их функционирования.

ABSTRACT

The main goal of the work is to ensure a reduction in the cost of testing aircraft complexes with a simultaneous increase in the information content and reliability of the results. This result is achieved through the use of simulation methods in flight test practice. The article shows some of the results of using mathematical modeling and developed programs in testing modern aircraft in order to assess the effectiveness of their functioning.

Ключевые слова: летные испытания, математическое моделирование, эффективность.

Keywords: flight tests, mathematical modeling, efficiency.

Одним из самых дорогостоящих этапов жизненного цикла современных авиационных комплексов (АК) является этап летных испытаний. На этом этапе выполняется большое количество дорогостоящих летных экспериментов, результативность которых зависит от многих факторов, в том числе от технического состояния образца и надежности его систем. В этой связи программа летных испытаний растягивается на годы и требует колоссальных затрат ресурсов. Альтернативой выполнения натурных экспериментов является применение математического моделирования при оценке эффективности функционирования авиационных комплексов в процессе их летных испытаний [1-3].

Автор непрерывно совершенствует существующий научно-методический аппарат обеспечения испытаний, в том числе за счет использования математического моделирования, численных методов и разработки комплекса программ для ЭВМ [4-5].

В основе комплекса программ лежит математическая модель движения летательного аппарата, которая представляет собой нелинейную систему дифференциальных уравнений, в которой учитывается центробежный момент инерции и используется допущение о том, что аппарат имеет плоскость симметрии [6]:

 ;

;

;

;

;

;       (1)

;

;

;

Ускорения вдоль связанных осей

;

;                                                       (2)

.

Перегрузки вдоль связанных осей:

;

;                                                                (3)

       .

В системах уравнений (1…3) используются следующие обозначения:

 α, β   – углы атаки и скольжения, рад;

w_x, w_y, w_z – угловые скорости относительно связанных осей, рад/с;

, g, y – углы тангажа, крена, курса, рад;

V – скорость полёта, м/с;

H – высота полёта, м;

m_x, m_y, m_z – коэффициенты аэродинамических моментов;

c_x, c_y, c_z – коэффициенты аэродинамических сил в связанной системе координат;

I_x, I_y, I_z , I_xy – моменты инерции относительно осей в связанной системе координат, кг×м²;

m – масса самолёта, кг;

 l,

b_A – размах крыла и длина средней аэродинамической хорды, м;

S – эквивалентная площадь крыла, м²;

 q – скоростной напор, Па;

 r_H – плотность воздуха на высоте полета, кг/м³;

 c_p– коэффициент тяги двигателей;

 Р_пр, Р_лeв – сила тяги правого и левого двигателей, Н;

 k_дв – кинетический момент роторов двигателей, кг×м²;

 у_дв, z_дв – координаты двигателя в связанной системе координат, м.

Кроме того созданы модели и разработаны программы для: расчета вероятности преодоления ПВО авиационным комплексом на этапе испытаний [7], расчета вероятности обнаружения наземных объектов [8], моделирования боевых возможностей группы самолетов на этапе испытаний [9], расчета вероятности своевременного вылета летательного аппарата [10], вероятности выхода летательного аппарата в информационный контакт с воздушными объектами [11] и другие. Все эти программы позволяют выполнить расчет показателей эффективности функционирования авиационных комплексов в широком диапазоне изменения влияющих на искомые показатели факторов. Кроме того программы обладают современным графическим интерфейсом (рисунок 1), удобным для пользователя.

Рисунок 1. Интерфейс разработанного комплекса программ

Некоторые результаты применения моделирования показаны в таблице 1 и на рисунке 2.

Таблица 1.

Результаты моделирования вероятности выхода гипотетического АК в информационный контакт с типовыми воздушными объектами

На рисунке 2 показаны границы доверительного интервала числа сбитых самолетов для доверительной вероятности 0,9 при атаке группы из m = 12 самолетов в зависимости от числа результативных ракет n [9]. На графике также показаны точки m = n, соответствующие идеальному целераспределению [9]. Очевидны потери, обусловленные отсутствием целеуказания, которые возрастают при увеличении числа ракет. Например, при n = 4, т.е. при четырех результативных ракетах, верхняя граница приближается к четырем, нижняя – трем, т.е. в лучшем случае нет потери эффективности по сравнению с идеальным целеуказанием, в худшем – теряется одна ракета. В то же время при n = 12 в лучшем случае теряются четыре ракеты, в худшем – шесть.

Рисунок 2. Границы доверительного интервала для доверительной вероятности 0,9 при атаке группы из m = 12 самолетов в зависимости от числа результативных ракет n: – верхняя граница;  – нижняя граница;  – идеальное целераспределение m = n

Таким образом применение моделирования позволяет получать информацию о характеристиках испытываемых образцов авиационой техники в более широком диапазоне условий их эксплуатации, сокращает время и затраты ресурсов на проведение испытаний.

Список литературы:

1. Николаев С.В. Метод имитационного моделирования в летных испытаниях авиационных комплексов. Прикладная физика и математика 2017 г. № 3, С. 57-68.
2. Николаев С.В. Применение метода имитационного моделирования в летных испытаниях авиационных комплексов. Авиакосмическое приборостроение 2017.- №8. С. 18-34.
3. Балык О.А. Применение моделирования при создании и испытаниях авиационных комплексов. Юбилейная всероссийская научно-техническая конференция «Авиационные системы в XXI веке». Сборник тезисов докладов. Москва, 26–27 мая 2016 г. С. 9.
4. Николаев С.В., Меренцов Д.С., Скрыников А.А., Спирин В.В.. Моделирование режима увода самолёта-носителя от осколков авиационных средств поражения при бомбометании с пикирования. Труды ГосНИИАС. Серия Вопросы авионики. Выпуск 3 (32) 2017. С. 3-11.
5. Николаев С.В., Снегирева И.В. Программно-аппаратный комплекс для исследований и оценивания в испытаниях характеристик авиационных комплексов. Авиакосмическое приборостроение 2018.- №3. С. 22-36.
6. Аэродинамика, устойчивость и управляемость сверхзвуковых самолетов / Под ред. Г.С. Бюшгенса. М.: Наука. Физмалит, 1998. 816 с.
7. Николаев С.В. Методика расчета вероятности преодоления ПВО авиационным комплексом на этапе испытаний. Авиакосмическое приборостроение 2019.- №11. С. 32-41
8. Николаев С.В. Моделирование вероятности обнаружения наземных объектов. Автоматизация. Современные технологии. 2019. Т. 73. № 4. С. 172-176.
9. Николаев С.В., Корсун О.Н., Нестеров В.А. Сыпало К.И. Математическое моделирование при оценке боевых возможностей группы самолетов на этапе испытаний. Известия Российской академии ракетных и артиллерийских наук. 2019. № 2 (107). С. 67-75.
10. Николаев С.В. Методика расчета вероятности своевременного вылета летательного аппарата. Научный вестник МГТУ ГА. 2019;22(5):96-104.
11. Николаев С.В., Тихонов А.А., Меренцов Д.С. Определение в испытаниях вероятности выхода летательного аппарата в информационный контакт с воздушными объектами. Научный вестник МГТУ ГА. 2018;21(5):78-93.