МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕЖИМОВ БОКОВОГО ДВИЖЕНИЯ ВС ДЛЯ УПРОЩЕННОГО ВАРИАНТА В СРЕДЕ SIMINTECH

MODELING OF AIRCRAFT LATERAL MOVEMENT MODES FOR A SIMPLIFIED VERSION IN THE SIMINTECH ENVIRONMENT

Dmitry Shokin

student, Saint Petersburg State University of Civil Aviation named after Chief Marshal of Aviation A.A. Novikov,

Russia, Saint Petersburg

Vladimir Samoilov

scientific supervisor, PhD in Pedagogical Sciences, Saint Petersburg State University of Civil Aviation named after Chief Marshal of Aviation A.A. Novikov,

Russia, Saint Petersburg

АННОТАЦИЯ

В данной работе рассматриваются особенности моделирования бокового движения ВС для упрощенного и полного вариантов расчета, выполняемой в среде SimInTech. В статье представлены результаты исследования, демонстрирующие эффективность данного подхода и возможности программы для анализа таких сложных процессов, как боковое движение воздушных судов.

ABSTRACT

This paper discusses the features of modeling the lateral movement of an aircraft for simplified and complete calculation options, performed in the SimInTech environment. The article presents the results of the study, demonstrating the effectiveness of this approach and the capabilities of the program for analyzing such complex processes as the lateral movement of aircraft.

Ключевые слова: боковое движение, угол рысканья, угол скольжения, скоростной напор, боковая сила, угол поворота траектории.

Keywords: lateral movement, yaw angle, sliding angle, velocity head, lateral force, the angle of rotation of the trajectory.

Боковое движение является важным аспектом динамики полета воздушных судов и требует особого внимания при моделировании и исследовании [1, 2]. В данной статье рассматривается моделирование различных режимов бокового движения воздушных судов на основе упрощенного варианта с использованием программного обеспечения SimInTech [3]. Исследование проводится с целью изучения и анализа поведения воздушного судна при боковом движении, выявления особенностей и оптимизации параметров для повышения управляемости и безопасности полета. На рис. 1 представлена схема упрощенного бокового движения.

Рисунок 1. Реализация алгоритма упрощенного бокового движения в среде SimInTech

Результат блока динамической выборки подается на вход блока «боковое движение» на порт MRy1 - проекция момента в связанной системе координат на ось Y1.

Рисунок 2. Входные параметры блока динамической выборки

Порты в блоке динамической выборки:

v - модуль скорости ЛА размерность [м/c];

teta - угол наклона траектории размерность [град];

tang - угол тангажа размерность [град];

Py* - тяга двигателя Ла в проекции на полускоростную ось 0Y*;

Z^* - аэродинамическая сила [н];

MRy1 - проекция момента в связанной системе координат на ось Y1 [нм];

Jy - моменты инерции ЛА размерность [кгм^2];

m - масса ЛА размерность [кг];

psi - угол рысканья размерность [рад];

betta - угол скольжения размерность [рад];

Gamma_с - угол крена (угол между плоскостями 0X1Y1 и 0XY*) размерность [рад];

Z - боковое смещение размерность [м];

Рисунок 3. Результат работы при угле поворота траектории равном 0^° и 1°

Первоначально, когда угол поворота траектории равен 0°, все три угла движения - угол поворота, угол рыскания и угол скольжения - также равны 0°. Самолет движется прямо вперед, не меняя направления.

График угла движения будет представлять собой прямую линию, а все три угла будут константами, равными 0°. В этом случае зависимость показателей угла движения от параметра угла поворота траектории будет прямой и однозначной.

Таким образом, при угле поворота траектории, равном 0°, все углы движения летательного аппарата будут равны 0°, а его движение будет прямолинейным.

При угле поворота траектории, равном 1°, график угла движения будет отображать начало изменения угла поворота, а значит угол поворота начнет увеличиваться. Угловая скорость также начнет изменяться соответственно.

Угол рысканья и угол скольжения отличаются от других показателей (например, угла поворота) потому, что они отражают изменения в направлении движения летательного аппарата относительно его продольной оси и горизонтальной плоскости соответственно. Угол рысканья характеризует угол наклона летательного аппарата в плоскости движения, а угол скольжения отражает угол между продольной осью аппарата и направлением движения.

Таким образом, при угле поворота траектории, равном 1°, угол рысканья и угол скольжения будут изменяться в зависимости от изменения угла поворота, что обеспечит управляемость и стабильность полета летательного аппарата.

Рисунок 4. Результат работы при угле поворота траектории равном 70^◦ и 80^◦

При угле поворота в 70° мы перестаем видеть параметры синусоиды, они настолько изменились сильно, что видно только первый период. График угла движения будет показывать резкое изменение угла поворота летательного аппарата, что приведет к значительным изменениям углов рысканья и скольжения. Угловая скорость также будет резко изменяться в соответствии с углом поворота траектории.

Обрыв угла скольжения может произойти в какой-то момент времени из-за возможного нарушения управления и стабильности полета. Это может быть вызвано экстремальными форсированными маневрами или другими внешними факторами, которые повлияли на динамику полета. Обрыв угла скольжения может быть опасным, так как это может привести к потере контроля над аппаратом.

Таким образом, при угле поворота траектории, равном 70° градусам, график угла движения демонстрирует резкие изменения в угле поворота, рысканья и скольжения. Обрыв угла скольжения может означать критическую ситуацию в полете и требует быстрой реакции пилота или автоматических систем управления.

Рисунок 5. Результат работы при угле поворота траектории равном 270^◦ и 360^◦

При угле поворота в 360°, видим, как ЛА начинает “кружить” в воздухе, а не такие же показания как при угле поворота 0°.

1. Разница упрощенного и полного вариантов расчета бокового движения.

Углы тангажа и наклона траектории равны 0° в уравнениях, определяющих угловые параметры движения ракеты, продольная ось ее составляет с вектором скорости центра масс угол р, а угол ɣ_с=0°.

2. Движение в поперечной плоскости.

Боковое движение ЛА происходит в поперечной плоскости. Эта плоскость проходит вдоль поперечной оси ЛА, которая идет от крыла к крылу. Боковое движение осуществляется изменением угла крена (наклон вокруг продольной оси) и управлением элеронами.

3. Назначение результирующих.

Результирующая боковая сила и момент, созданные управляющими поверхностями, воздействуют на ЛА, вызывают его боковое движение. Это изменяет направления движения и позволяет ЛА выполнять маневры, управлять своим полетом в горизонтальной плоскости.

4. Области использования модели бокового движения:

• Моделирование бокового движения ЛА позволяет проводить аэродинамический анализ, оптимизацию параметров.
• Тренажеры. Модели бокового движения используются в авиационных тренажерах для обучения пилотов работе с управляющими поверхностями при выполнении маневров и боковых движений.
• Исследования динамики полета. Модели бокового движения используются для исследования динамических характеристик ЛА при различных режимах полета и атмосферных условиях.
• Тестирование управляющих алгоритмов. Модели бокового движения используются для тестирования и оптимизации алгоритмов автопилотов и систем автоматического управления.
• Генерация данных для обучающей выборки при использовании искусственного интеллекта: при автономном управлении ЛА, работать с боковыми движениями и адаптации к переменным условиям.

5. Когда нужен полный вариант и когда достаточного упрощенного?

При горизонтальном движении ЛА достаточно упрощенной.

Критические моменты для различных ЛА (истребитель и гражданское) различны и требуется их исследование с помощью моделирования.

Воздействие нагрузок на человека при критических углах поворота.

Заключение

Было проведено моделирование режимов бокового движения воздушного судна с использованием программной среды SimInTech. Проведенные исследования показали, что с помощью данной программы можно упростить моделирование и оценку динамики бокового движения ЛА. Это позволяет улучшить процесс анализа и оптимизации параметров полета. Моделирование с использованием данной программной среды позволяет получить точные и достоверные результаты для различных сценариев и условий полета.

Список литературы:

1. Дубов Ю. Б. Анализ взаимодействия продольного и бокового движения при выходе маневренного самолета на большие углы атаки // Ученые записки ЦАГИ. 2013. №2. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/analiz-vzaimodeystviya-prodolnogo-i-bokovogo-dvizheniya-pri-vyhode-manevrennogo-samoleta-na-bolshie-ugly-ataki (дата обращения: 05.12.2023).
2. Дубов Ю. Б., Живов Ю. Г., Митриченко А. Н., Поединок А. М. Использование астатических алгоритмов для управления продольным и боковым движением маневренного самолета // Ученые записки ЦАГИ. 2013. №2. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/ispolzovanie-astaticheskih-algoritmov-dlya-upravleniya-prodolnym-i-bokovym-dvizheniem-manevrennogo-samoleta (дата обращения: 05.12.2023).
3. Справочная система SimInTech. URL: https://help.simintech.ru/10_biblioteki_blokov/dinamika_poleta_la/bokovoe_dvizhenie/5312.html (дата обращения: 05.12.2023).
4. SimInTech: Руководство пользователя. — СПб.: Интелтек, 2022. — 172 с.
5. Федосеев С. В. Математическое моделирование и идентификация летательных аппаратов. — М.: Радио и связь, 2018. — 390 с.