Спосіб розподіленої аеродинамічної компенсації дії вітрових збурень на траєкторію польоту повітряного судна

Реферат: Запропоновано спосіб розподіленої аеродинамічної компенсації дії вітрових збурень на траєкторію польоту повітряного судна, що включає вимірювання величини дії вітрового збурення, створення сигналу компенсації зміною профілю крила та подачу його до контуру керування висотою польоту. Перед подачею сигналу компенсації зміною профілю крила до контуру керування висотою польоту створюють протилежний за знаком сигнал компенсації дії UA 102654 C2 (12) UA 102654 C2 вітрових збурень, визначають додаткові зміни величин характеристик аеродинамічної схеми профілю крила, вибирають кращий варіант розподілення сил та моментів зміни аеродинамічної схеми профілю крила, при якому досягається максимальне значення підйомної сили при значеннях моменту тангажа, що задовольняють вимогам аеродинаміки. UA 102654 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід стосується області авіації, більш конкретно систем автоматичного управління повітряним судном, які використовують активну компенсацію дії вітрових збурень на політ повітряного судна в ешелоні з використанням розподіленого управління підйомною силою за допомогою зміни аеродинамічної схеми керуючих поверхонь крила. Відомо, що активні способи зменшення дії збуреної атмосфери на політ повітряного судна дозволяють підвищити якість витримування заданої траєкторії польоту, проте використовують лише ті автоматичні системи, які керують безпосередньо підйомною силою крила за допомогою окремих частин механізації крила. Існують способи та засоби, які дозволяють компенсувати дію вітрових збурень за допомогою створення підйомної сили, застосовуючи відхилення керуючих поверхонь крила, таких як елерони, спойлери та інші (патент US № 8000846 від 16.08.2011 p.). Такий метод не враховує можливість використання усіх частин аеродинамічної схеми механізації крила. Існують також способи та засоби, які точно визначають дію вітрового збурення на політ повітряного судна та застосовують всі наявні компоненти механізації крила для створення підйомної сили з метою компенсації цих дій (патент RU № 23771519 С1 від 09.10.2006). Такий метод не враховує перерозподіл аеродинамічних сил та моментів при управлінні зміною профілю крила. Найбільш близьким за сукупністю ознак до винаходу, що заявляється, є патент US № 6161801 від 19.12.2000 р. Спосіб зменшення дії вітрових збурень на крило повітряного судна базується на зміні аеродинамічної схеми профілю крила, який змінює розподіл підйомної сили на крилі під час різних фаз польоту. Необхідне регулювання розподілення підйомної сили досягається синхронним відхиленням елеронів вгору та вниз. Цей метод використовує компанія Airbus на літаках А340. Спосіб зменшення дії вітрових збурень на політ повітряного судна, який застосовує аеродинамічні властивості зміни профілю крила, приводить до зміни розподілу його підйомної сили в момент дії цих збурень. Регулювання зміни профілю крила виконується в залежності від параметрів польоту, таких як висота, швидкість польоту та вага повітряного судна, інакше кажучи, крило адаптується до виконання миттєвої компенсації дії вітрових збурень в даних умовах польоту. Вітрові збурення мають швидко реєструватися датчиками. Виміряна величина дії вітрових збурень подається в систему автоматичного керування, яка створює сигнал компенсації зміною профілю крила, при цьому досягаються великі швидкості відхилення елерона. В результаті система стає більш складною та дорогою, а також призводить до збільшення ваги системи та повітряного судна в цілому. Крім цього система потребує використання складних швидко реагуючих та чутливих датчиків для виміру значення дії вітрових збурень. Спільними ознаками відомого способу та винаходу, що заявляється, є вимірювання величини дії вітрового збурення на траєкторію польоту повітряного судна та створення сигналу компенсації зміною профілю крила. Однак, для використання активного методу компенсації дії вітрових збурень в умовах обмеженого часу при відпрацюванні маневру ухилення бортовою системою попередження зіткнень в конфліктній ситуації, важливо синхронізувати роботу базового контуру керуванням висотою польоту повітряного судна за допомогою відхилення керма висоти та додаткового контуру за допомогою зміни аеродинамічної схеми крила для створення додаткових розподілених сил та моментів. Компенсація дії вітрових збурень за допомогою синхронного відхилення елеронів обмежує можливості використання аеродинамічної схеми крила. В основу винаходу поставлена задача розробки способу компенсації дії вітрових збурень на політ повітряного судна, що дозволить покращити якість відпрацювання заданої траєкторії його польоту в збуреній атмосфері та підвищити рівень безпеки польотів. Для вирішення поставленої задачі автоматична система, яка керує безпосередньо підйомною силою крила, відповідно до винаходу, включає додатковий контур розподіленої аеродинамічної адаптивної компенсації дії вітрових збурень. Виміряне значення вітрового збурення з протилежним знаком надходить до бортового комп'ютера, який вираховує кращу комбінацію зміни профілю крила з використанням вагових коефіцієнтів функції підтримки прийняття рішень для кожної окремої частини профілю крила та їх комбінацій. Дані про залежності коефіцієнта підйомної сили, лобового опору та, утвореного їх зміною, моменту тангажа від зміни кута атаки зберігаються в бортовому комп'ютері, котрий в кожен момент часу дії вітрових збурень на траєкторію польоту вираховує можливі варіанти зміни профілю крила. Використання всіх компонентів аеродинамічної схеми крила для прорахунку кращого розподілу сил та моментів для компенсації дії вітрового збурення дозволяє адаптуватися до навколишньої обстановки та підвищити точність відпрацювання заданої траєкторії польоту повітряного судна. 1 UA 102654 C2 5 10 15 Кращим вважається той розподіл, при якому досягається максимальне значення підйомної сили при значеннях моменту тангажа, що задовольняють вимогам аеродинаміки. Суть винаходу пояснюється кресленням, де наведено схему розподіленої аеродинамічної компенсації дії вітрових збурень із симетричною структурою по каналу керування висотою польоту повітряного судна, яка враховує різні компоненти зміни профілю крила та їх комбінації. Розглядається модель руху повітряного судна по заданій траєкторії польоту в збуреній атмосфері, де h3 и h - задане та вихідне значення висоти польоту. На повітряне судно діє вітрове збурення W , величина якого подається в контур керування висотою польоту, через прирости коефіцієнта підйомної сили C та моменту тангажа m . Іншими словами, вектор z y швидкості вітру додається до вектора швидкості польоту повітряного судна, що викликає відхилення швидкості польоту на кут атаки, який приводить до зміни підйомної сили та зміщення центру мас, наслідком чого є виникнення додаткового моменту тангажа. Для створення протилежного за знаком сигналу компенсації вимірюють вертикальну складову вітрового збурення та подають її з коефіцієнтом пропорційності K дії вітрового збурення на несучі поверхні повітряного судна. Схема компенсації передбачає створення протилежного за знаком значення дії вітрового збурення через додаткові величини характеристик аеродинамічної схеми профілю крила, такі як коефіцієнт підйомної сили крила C і момент y тангажа m  , та подачу його до контуру керування висотою польоту за законом симетрії. На z кресленні 1,  2 , '3 ,  4 ;..., i - кути відхилення елементів механізації крила, Ci y 20 - приріст коефіцієнтів підйомної сили від відхилення частин механізації крила, m  - приріст моменту z тангажа від відхилення частин механізації крила  i - вагомі коефіцієнти функції підтримки прийняття рішень, які в сумі дорівнюють одиниці n  i  1 . i 1 25 При дії вітрового збурення W на траєкторію польоту повітряного судна вимірювач дії вітру через коефіцієнт пропорційності K подає виміряний сигнал в додатковий контур компенсації, що включає бортовий комп'ютер, який розраховує комбінацію розподілення аеродинамічних сил та моментів зміни профілю крила з врахуванням приростів коефіцієнта підйомної сили C та y моменту тангажа m  . Використання вагових коефіцієнтів функцій підтримки прийняття рішень z для визначення переваги використання різних частин механізації крила дозволяє бортовому комп'ютеру вирахувати кращу комбінацію приростів коефіцієнта підйомної сили C та моменту y 30 35 тангажа m  . Розподілена архітектура схеми компенсації дозволяє здійснити адаптивне z керування зміною аеродинамічної схеми крила повітряного судна для зменшення відхилення від заданої траєкторії польоту в умовах дії вітрових збурень, а також підвищити якість відпрацювання маневру ухилення в конфліктній ситуації, що приведе до скорочення часу на розходження повітряних суден та зменшення гарантованої дистанції найбільшого зближення повітряних суден. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 45 Спосіб розподіленої аеродинамічної компенсації дії вітрових збурень на траєкторію польоту повітряного судна, що включає вимірювання величини дії вітрового збурення, створення сигналу компенсації зміною профілю крила та подачу його до контуру керування висотою польоту, який відрізняється тим, що перед подачею сигналу компенсації зміною профілю крила до контуру керування висотою польоту створюють протилежний за знаком сигнал компенсації дії вітрових збурень, визначають додаткові зміни величин характеристик аеродинамічної схеми профілю крила, вибирають кращий варіант розподілення сил та моментів зміни аеродинамічної схеми профілю крила, при якому досягається максимальне значення підйомної сили при значеннях моменту тангажа, що задовольняють вимогам аеродинаміки. 2 UA 102654 C2 Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3