страница 10. Сборник тезисов докладов
 Скачать 3.87 Mb.
|
|
ПОСАДКА НА ПЛОЩАДКУ ОГРАНИЧЕННОГО РАЗМЕРА С ПОДБОРОМ С ВОЗДУХА ПО ДАННЫМ ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ К.В. Малынкин, Д.И. Попова (АО НПО «Мобильные Информационные Системы») Посадка вертолёта на неподготовленную площадку – один из самых сложных элементов пилотирования, сопряжённый с повышенным риском. Необходимость в посадке на неподготовленные площадки возникает в первую очередь в военной и специальной авиации: высадка, эвакуация, доставка грузов (в том числе и в боевых условиях) – при выполнении этих задач зачастую приходится сажать вертолёт в неподготовленной или неразведанной зоне посадки. Одной из ключевых проблем при посадке на неподготовленные площадки являются условия недостаточной видимости, под которыми понимается слабая или нулевая оптическая видимость закабинной обстановки, обусловленная слабой освещённостью, неблагоприятными метеорологическими условиями, поднимаемым винтом вертолёта вихрем твёрдых частиц и другими факторами. Вследствие пространственной дезориентации пилотов посадки на неподготовленные площадки становятся причинами значительного процента авиационных происшествий. Технологические решения проблемы безопасной посадки в условиях недостаточной видимости находятся на различных этапах проработки, однако готового коммерческого решения для массового производства пока нет. Один из подходов основан на использовании лазерно-локационного метода дистанционного зондирования земли. В качестве датчика в данном случае применяется аппаратура лазерного сканирования (лидары). В процессе полёта местность сканируется с летательного аппарата лучом полупроводникового лазера, а в бортовом накопителе регистрируется информация о точках лазерного отражения. В результате одного или нескольких пролётов над зоной интереса регистрируется массив (облако) точек, достаточный для определения наличия препятствий для выполнения посадки и их общих очертаний. Согласно методике выполнения полёта на площадку ограниченного размера с подбором с воздуха, непосредственно перед посадкой предусматривается три «прохода» вертолёта над зоной посадки: – первый проход – пилот оценивает общий размер площадки, направление ветра, определяет наличие помех, фиксирует основные ориентиры; 194 – второй проход (так называемый «полузаход») – фактически, имитация захода на посадку: предпочтительно против ветра, с учётом данных, полученных во время первого прохода; – третий проход – собственно заход на посадку с направления второго прохода, выполнение висения над точкой посадки и посадка. Предполагается, что бортовой системой поддержки экипажа на этапе посадки первые два прохода будут задействованы для накопления и предварительной обработки точек лазерного отражения. На третьем проходе обработанные данные будут использоваться для визуализации экипажу на средствах отображения совместно с априорной информацией о рельефе земной поверхности и объектовом составе местности. По результатам программного моделирования работы лазерно- локационной системы на различных высотах и скоростях полёта, режимах работы сканера, для различных видов подстилающей поверхности и попадающих в область сканирования техногенных объектов будут вырабатываться рекомендации по методике подбора площадки, пригодной для посадки, с использованием лидара. Представляется перспективной разработка алгоритмов классификации и анализа облака точек лазерного отражения для выделения ограничительных поверхностей с целью автоматического определения площадок, пригодных для посадки. Бортовые реализации таких алгоритмов могут быть использованы не только в интеллектуальных системах поддержки экипажа, но и при реализации посадки автономных беспилотных летательных аппаратов. ЛИТЕРАТУРА 1. Harrington W., Savage J.C., McKinley R.A., Braddom S., Szoboszlay Z.P., Burns H.N. 3D-LZ Brownout Landing Solution American Helicopter Society 66 th Annual Forum, Phoenix, AZ, May 2010, DOI: 10.13140/2.1.3831.8725 2. Szoboszlay Z.P., Fujizawa B.T., Ott T.R., Savage J.C., Goodrich S.M., McKinley R.A., Soukup J.R. 3D-LZ Flight Test of 2013: Landing an EH-60L Helicopter in a Brownout Degraded Visual Environment American Helicopter Society 70 th Annual Forum, Montréal, Québec, Canada, May 2014 3. McKinley R.A. Sensor-Based Technology for Rotary Wing Aircraft in Low Visibility Environment, North Atlantic Treaty Organization – Science and Technology Organization, Publication EN-FHM-265-04 6/13/2017 4. Павлов Н.В. Вертолётные системы для пилотирования в условиях ограниченной видимости / Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем, Научно-техническая информация, 2018 №11 195 ЭКИПАЖ В СОВРЕМЕННЫХ И ПЕРСПЕКТИВНЫХ СИСТЕМАХ АВТОМАТИЗАЦИИ ПОЛЕТОВ А.В. Чунтул (АО «Московский вертолетный завод им.М.Л.Миля) На современном этапе развития общества, летательные аппараты (ЛА) стали неотъемлемой частью транспортных систем обеспечивающих решение широкого круга задач, как в народно-хозяйственной деятельности, так и в военной области. В свою очередь запросы практики требуют дальнейшего наращивания потенциала ЛА в части энерговооруженности, увеличения скорости и дальности полета, массы перевозимого груза, количества пассажиров, повышения безопасности полетов, улучшения эргономических характеристик рабочих мест экипажа и др. В этом направлении активно работают отечественные и зарубежные авиастроительные компании. В разрабатываемых проектах делается акцент не только на техническую сторону при проектировании, но и на учет человеческого фактора в системе «экипаж-ЛА- среда» реализуемых через соблюдение эргономических технологий и применение методологии антропоцентрического подхода, предполагающего разработку новых комплексов и систем под психофизиологические возможности человека. Одновременно идет разработка средств и способов, оптимизирующих выполнение новых видов деятельности, которые, как предполагается, существенным образом повысят эффективность эксплуатации ЛА и безопасность полетов. Необходимо отметить, что в настоящее время успешно эксплуатируются информационные системы на основе электронных индикаторов, сенсорные системы управления, автопилоты, индикаторы на лобовом стекле, многофункциональные органы управления, автоматизированные системы речевого информирования, системы ограничения предельных режимов, автоматические навигационные системы и др. Вместе с тем, опыт непосредственного участия в эргономическом обеспечении модернизации и создании новых ЛА, а также мониторинг современных запросов практики и тенденций развития бортовых авиационных комплексов, позволяют выполнить прогностический анализ в части требований к активной разработке и внедрению на ЛА комплексов и систем с новой элементной базой, расширенными функциональными возможностями, адаптивной логикой управления, технологией перераспределения функций в экипаже, степенью включенности автоматических систем управления в процессы пилотирования и др. При этом, в целях повышения надежности функционирования бортовой информационной системы, обеспечения отказобезопасности и помехоустойчивости пилотажно-навигационного комплекса, необходимо создание следующих систем: многоуровневого представления экипажу основных параметров полета (включая резервные); автоматического 196 изменения состава информационных кадров для различных этапов полета;системы позволяющие усилить информационное обеспечение экипажа не только по зрительному каналу, но и включение в информационное поле кожного анализатора;«системы технического зрения» включающие радиолокационные, оптикотелевизионные и теплотелевизонные каналы представления внекабинного пространства с выводом изображения на электронные индикаторы и индикатор на лобовом стекле.В случаях низких характеристик оптических сигналов их предлагается обрабатывать методом компьютерной графики, формировать синтетическое изображение и представлять пилоту. Реализация этих задач потребует использования больших экранов с сенсорным покрытием и нашлемной системой индикации. Благодаря применению «бесшовной» технологии все экраны смогут отображать не только отдельные форматы, но и действовать совместно как один экран. В ближайшем будущем ожидается старт практической реализации идей разработки бортовой системы интеллектуальной поддержки экипажей. Идеология данной системы предусматривает обеспечение мониторинга ЛА с использованием технологии удалённого доступа к параметрам полета и состоянию экипажа с целью обеспечения высокой эффективности функционирования системы «экипаж – ЛА – среда». В результате функционирования бортовой системы интеллектуальной поддержки экипажей ЛА предусматривается: формирование экипажу рациональных алгоритмов пилотирования; автоматическая отработка сигналов угрозы безопасности полетов; представление временной матрицы нахождения ЛА в опасных зонах и режимах; выдача информации о приоритетных задачах; обеспечение оперативного контроля качества деятельности, функционального состояния, двигательной загрузки и работоспособности пилота в различных режимах полета в зависимости от уровня сложности полетного задания летно- технических характеристик ЛА, метеоусловий и др.; прогнозирование динамики изменения пространственного положения ЛА и возможности развития опасной ситуации (по критериям ограничений ЛА) и предупреждение об этом пилота; формирование рекомендаций по действиям пилота при развитии нештатной ситуации; выдача пилоту сообщения о его функциональном состоянии и дееспособности; обеспечение дистанционного управления ЛА с командного пункта с целью его возвращения и посадки на аэродром в случае потери работоспособности пилотом (экипажем). Реализация в бортовой интеллектуальной системе принципа непрерывного контроля основных параметров полета (высоты, скорости, режимов работы двигателей и др.), которые могут быть достигнуты при выполнении любых пространственных маневров, позволит осуществлять нелинейный динамический прогноз над трехмерным рельефом, с анализом угрозы столкновения ЛА и расчетом режима оптимального увода ЛА из опасной зоны, маршрут которого будет отображаться пилоту на многофункциональном индикаторе. 197 Вершиной будущих технологий, в современном представлении, будет являться симбиоз пилота и ЛА на основе биоэлектронной кабины, предполагающей разработку комплекса объединяющего организм пилота и бортовую экспертную систему. Особенностью биоэлектронной кабины будет являться наличие биокибернетической системы контроля психофизиологических параметров пилота, которая по данным ритмов головного мозга, положению головы, размещению рук на органах управления, интонации голоса, электрокардиограмме, параметров дыхания, электрокожного сопротивления и др. будет определять, находится ли пилот в состоянии работоспособности или дееспособности. Данная система будет определять динамическое распределение функций между пилотом и бортовой экспертной системой при выполнении полетных заданий различного уровня сложности и функционального состояния пилота. Например, при развитии стресса у пилота система автоматически возьмет часть задач на себя, снижая операционную загрузку пилота, а при потере дееспособности приведет ЛА в безопасные режимы полета. В случаях отказа экспертной системы пилот будет информирован об отказе с представлением перечня невыполненных задач. Для реализации этих задач разрабатываются методы, основанные на использовании устройств регистрации электрических и магнитных волн проявления мозговой деятельности человека, предусматривающих создание встроенных в шлем летчика устройств для регистрации электроэнцефалограмм и магнитоэнцефалограмм. В перспективе, в биоэлектронной кабине, совместно с использованием сенсорных органов управления, голосового управления и управления взглядом предусматривается разработка средств мысленного управления на основе контроля волн мозга. Таким образом, в ближайшем и отдаленном будущем следует ожидать появления новых средств и способов, позволяющих принципиальным образом оптимизировать эргономику ЛА, качественно изменить профессиональную деятельность пилотов, автоматизировать процесс пилотирования, снизить операционную нагрузку на экипаж и повысить безопасность полетов. 198 Секция «МОДЕЛИРОВАНИЕ БОРТОВЫХ СИСТЕМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ» ФОРМИРОВАНИЕ СИГНАЛА УГЛОВОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ПО КРЕНУ НА ОСНОВЕ ОЦЕНКИ ВОЗМУЩЕНИЙ ПРИ ПОПАДАНИИ В ВИХРЕВОЙ СЛЕД В.В. Вышинский (ФГУП «ЦАГИ»); И.Г. Головнев, Р.Ю. Зимин, А.М. Кульчак, К.В. Лапшин, (ФГУП «ГосНИИАС») Обеспечение вихревой безопасности полетов ЛА все еще остается актуальной проблемой. Фактически в настоящее время нет апробированной системы вихревой безопасности, хотя инциденты с попаданием в когерентные вихревые структуры не редки. Попытки создания системы вихревой безопасности, опираясь на расчетные прогнозы местоположения и интенсивности вихрей, обречены на неудачу. Также не дошли до практического использования системы вихревой безопасности, основанные на измерении характеристики вихрей лидарами и метеорадарами. В развитии предложений [1-2] рассматривается система вихревой безопасности, основанная на использовании бортовой системы воздушных сигналов, для оценки возмущений, наведенных вихревым следом, с формированием на этой основе системы стабилизации ЛА. Теоретические расчеты показывают, что характер поведения зависимостей ускорений по осям ХУ, вызванных разными причинами (сдвиг ветра, порыв ветра, вихревой след), различаются, следовательно, имеется возможность их разделения и определения параметров вихревого следа по результатам измерений угла хрена, шарнирного момента, угла поворота элеронов и других управляющих элементов. Для проверки возможности реализации предлагаемого способа формирования сигнала на уклонение, выполнены исследования с использованиям полной нелинейной аэродинамической модели продольного вхождения ЛА в центр одного из вихрей следа от предшествующего ЛА, включая нарастание момента крена, с которым первоначально система справляется, и последующего несимметричного срыва и сваливания в штопор. Система управления начинает реагировать на вихревой след при приращении коэффициента момента крена на 0,002, время нарастания до наступления критического режима составляет примерно 70 с, что достаточно для выполнения маневра на уклонение. ЛИТЕРАТУРА 1. Вышинский В.В., Свириденко Ю.Н., Головнев И.Г., Лапшин К.В. Бортовая система обнаружения попадания летательного аппарата в вихревой след и выработки сигнала на уклонение, Труды ГосНИИАС. Серия: Вопросы авионики. 2019. № 1 (41). С. 35-49. 199 2 Головнев И.Г., Вышинский В.В., Желанников А.И., Лапшин К.В. Принципы построения бортовой системы раннего предупреждения пилота о вхождении в вихревой след от другого воздушного судна. Научный вестник МГТУ ГА. 2018; 21(4). С. 84-95. ОБЗОР СТАНДАРТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ СИСТЕМ А.В. Куковинец, А.Ю. Чекин (ФГУП «ГосНИИАС») Переход к концепциям полностью и более электрических самолетов существенно повлиял на проектирование систем электроснабжения (СЭС). Поскольку количество нагрузок, управляемых силовыми электронными преобразователями, в бортовой энергосистеме может достигать десятков и даже сотен единиц, разработка точных и экономящих вычислительное время имитационных моделей имеет большое значение. В настоящее время в аэрокосмической промышленности существует множество стандартов, описывающих разработку программного и аппаратного обеспечения. Эти стандарты хорошо известны и используются при разработке авиационных систем и компонентов. Для программного обеспечения это DO-178, DO-331, DO-332 и другие. Для аппаратного обеспечения это, например, DO-254. В авиационной промышленности единый подход к формированию моделей и стандарты моделирования находятся на этапе разработки. Моделирование позволяет исследовать размеры, спланировать потребные мощности, оценить вес, стоимость, эффективность и надежность СЭС, определить размещение кабелей, рассчитать отклик на неисправности и ответить на другие вопросы. Проблемы в решении связанных с СЭС задач как в аппаратной области, так и модельной среде возникают из-за сложности системы и широкого диапазона постоянных времени: постоянные времени систем могут быть на уровне секунд, в то время как силовые электронные события происходят на уровне от наносекунд до микросекунд. Это может предъявлять серьезные требования к ресурсам компьютера и времени вычислений. В связи с необходимостью эффективного и точного решения возникающих проблем требуются создание общих подходов к моделированию СЭС и формирование терминологии в данной области. Работа посвящена обзору двух документов, опубликованных SAE International в подкомитете AE-7M «Aerospace Model Based Engineering»: AIR6326 открывает серию документов, направленных на обеспечение координации в терминологии и подходах, используемых при моделировании различными компаниями. ARP6538 содержит методические указания и рекомендуемую методику динамического моделирования аэрокосмических систем, а также конкретные примеры моделей компонентов аэрокосмических СЭС. 200 ЛИТЕРАТУРА 1. SAE AIR6326: Aircraft Electrical Power Systems. Modeling and Simulation. Definitions. 2. SAE ARP6538: Dynamic Modeling of Aerospace Systems (DyMAS). К ВОПРОСУ ВЛИЯНИЯ ВИДА ПЕРЕДАТОЧНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВОСПРИЯТИЯ ИНФОРМАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЯ Н.И. Сельвесюк (ФГУП «ГосНИИАС»), Ю.Г. Веселов, А.С. Островский (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Информативность изображения – понятие не тривиальное и определяется детальностью изображения, шириной динамического диапазона комплекса получения видовой информации, определяющего количество передаваемых градаций яркости, характеристиками шума и рядом других параметров и характеристик. Указанные характеристики существенно влияют на достоверность обнаружения и распознавания объектов на изображении [1]. Однако, имеет место ситуация, когда близкие по рассмотренным характеристикам и параметрам комплексы не обеспечивают близких значений вероятностей обнаружения и распознавания объектов в заданный временной интервал. Например, комплексы с различными оптическими системами (зеркальной и линзовой), но обеспечивающие близкие по величине рассматриваемые выше характеристики и параметры. Одним из основных показателей качества изображения является его передаточная характеристика или функция передачи модуляции [2]. Возможности изображения передавать детали снимаемой ситуации количественно выражаются разрешающей способностью, резкостью изображения, контрастно-частотной характеристикой и разрешением снимка. Изображение комплекса является наиболее комфортным для наблюдения оператором при максимальной близости вида ее передаточной характеристики к характеристике зрительного анализатора. Аналогично тому, как геометрические искажения деформируют форму объекта интереса, снижая вероятность его правильного распознавания, отклонения кривой передаточной характеристики комплекса получения видовой информации от вида кривой передаточной характеристики глаза искажает пространственно-частотную картину объекта от привычной глазу, также снижая вероятность его распознавания. В докладе представлены передаточные характеристики ряда оптико- электронных систем и изображения, полученные рассмотренными системами. Предлагаются рекомендации по построению оптико-электронных систем, 201 передаточные характеристики которых соответствуют функции передачи модуляции зрительного анализатора. Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 18-08-00486-а. ЛИТЕРАТУРА 1. Н.И. Сельвесюк, Ю.Г. Веселов, А.В. Гайденков, А.С. Островский. Оценка характеристик обнаружения и распознавания объектов на изображении от специальных оптико-электронных систем наблюдения летного поля // Труды МАИ, М: МАИ, 2018, 21 с. 2. Н.И. Сельвесюк, Ю.Г. Веселов, А.С. Островский. Методическое и инструментальное обеспечение построения функции передачи модуляции оптико-электронных систем // Сборник тезисов докладов III ВНТК «Навигация, наведение и управление летательными аппаратами», М.: Научтехлитиздат, с. 234-236. |