Моделирование захода на посадку и посадки воздушных судов в условиях предельных профилей сдвига ветра тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.14, кандидат технических наук Стрелец, Игорь Владимирович

• Стрелец, Игорь Владимирович
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Стрелец, Игорь Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ СДВИГА ВЕТРА

НА БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ.

1.1. Вводные замечания и постановка задачи.

1.2. Классификация сдвига ветра.

1.3. Анализ авиационных происшествий, связанных со сдвигом ветра

1.4. Метеорологические условия возникновения сдвига ветра.

1.5. Существующие средства повышения безопасности полетов воздушных судов в условиях сдвига ветра.

1.6. Методы исследования безопасности полетов воздушных судов в условиях сдвига ветра

Выводы по главе

2. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДОПУСТИМЫХ ЗНАЧЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ СДВИГА ВЕТРА НА КРИТИЧЕСКИХ ПРОФИЛЯХ ВЕТРОВЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ.

2.1. Математическая постановка задачи поиска допустимых значений параметров сдвига ветра на критических профилях ветровых возмущений.

2.1.1. Формирование постановки задачи и основной алгоритм ее решения.

2.1.2. Физическое описание базовой оптимизационной задачи.

2.2. Алгоритм формирования области существования критического профиля ветрового возмущения.

2.3. Алгоритм формирования критического профиля сдвига ветра.

2.3.1. Алгоритм формирования кусочно-линейной аппроксимации критического профиля ветра, когда узлами аппроксимации являются угловые точки границы области

2.3.2. Алгоритм формирования кусочно-линейной аппроксимации критического профиля ветра, когда узлы аппроксимации лежат внутри области

2.3.3. Алгоритм формирования кусочно-линейной аппроксимации вертикальной составляющей критического профиля ветра

2.3.4. Алгоритм формирования сплайн-аппроксимации профиля горизонтальной составляющей скорости ветра, когда максимум достигается на границе области и имеются две точки перегиба аппроксимирующей кривой

2.3.5. Алгоритм сплайн-аппроксимации профиля горизонтальной составляющей скорости ветра, когда максимум ]¥ достигается на границе области О,^ и имеет одну точку перегиба.

2.3.6. Алгоритм сплайн-аппроксимации профиля вертикального порыва ветра.

Выводы по главе 2.

3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ПОЛЕТА ВОЗДУШНОГО СУДНА НА ЭТАПАХ ЗАХОДА НА ПОСАДКУ

И ПОСАДКИ В УСЛОВИЯХ СДВИГА ВЕТРА.

3.1. Вводные замечания.

3.2. Возможности системы математического моделирования динамики полета летательных аппаратов.

3.3. Архитектура системы математического моделирования динамики полета летательных аппаратов.

3.4. Структура математической модели движения самолета.

3.5. Идентификация математических моделей движения самолетов.

3.5.1. Методика обобщенной проверки адекватности математических моделей экспериментальным данным.

3.5.2. Методика эвристической проверки адекватности математических моделей экспериментальным данным.

3.6. Результаты идентификации математической модели движения самолета Ил-96-300.

3.6.1. Идентификация математической модели посадки самолета Ил-96-300 в продольном канале управления.

3.6.2. Идентификация математической модели посадки при воздействии возмущающих факторов поперечного движения

3.7. Результаты идентификации математической модели движения самолета Ту-154Б.

Выводы по главе 3.

4. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ РАСЧЕТНЫХ СЛУЧАЕВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОСЛЕДСТВИЙ ВЛИЯНИЯ СДВИГА ВЕТРА НА ЭТАПАХ ЗАХОДА

НА ПОСАДКУ И ПОСАДКИ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ.

4.1. Вводные замечания.

4.2. Выбор и обоснование расчетных случаев вычислительных экспериментов

4.2.1. Анализ существующего перечня расчетных случаев полета самолета Ту-154М на этапах захода на посадку и посадки.

4.2.1.1. Нормальные ситуации, предусмотренные РЛЭ—

4.2.1.2. Особые ситуации, предусмотренные РЛЭ.

4.2.1.3. Особые ситуации, не предусмотренные РЛЭ.

4.2.2. Порядок оценки степени опасности особых ситуаций попета самолета Ил-96-300 на этапах захода на посадку и посадки

4.2.2.1. Содержание и анализ перечня расчетных случаев самолета Ил-96-300 на этапах захода на посадку и посадки.

4.3. Разработка перечня расчетных случаев полетов самолетов Ту-154М и Ил-96-300 на этапах захода на посадку и посадки в условиях сдвига ветра

4.3.1. Обоснование программы расчетных случаев для проведения вычислительных экспериментов на самолете Ту-154М.

4.3.2. Обоснование программы расчетных случаев для проведения вычислительных экспериментов на самолете Ил-96

Выводы по главе 4.

5. РЕШЕНИЕ ПРИКЛАДНЫХ ЗАДАЧ ЗАХОДА НА ПОСАДКУ И ПОСАДКИ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ В УСЛОВИЯХ СДВИГА ВЕТРА, ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ.

5.1. Вводные замечания.

5.2. Математическое моделирование захода на посадку и посадки самолета Ту-154М в условиях сдвига ветра с учетом влияния опасных внешних воздействий среды и отказов авиационной техники.

5.2.1. Условия вычислительных экспериментов.

5.2.2. Влияние продольной, боковой и вертикальной составляющих скоростей ветра.

5.2.3. Влияние порывов ветра и ошибок пилотирования при выходе самолета на взлетно-посадочную полосу.

5.2.4. Влияние отказа двигателя.

5.2.5. Влияние ливневых осадков.

5.3. Математическое моделирование захода на посадку и посадки самолета Ил-96-300 в условиях сдвига ветра с учетом влияния внешних воздействий среды и отказов авиационной техники.

5.3.1. Условия вычислительных экспериментов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Моделирование захода на посадку и посадки воздушных судов в условиях предельных профилей сдвига ветра»

Анализ тенденции развития гражданской авиации (ГА) во всем мире показывает, что основной проблемой, неизменно стоящей в процессе создания и эксплуатации авиационной техники (АТ), является проблема постоянного повышения эффективности летной эксплуатации (ЛЭ) и одновременно с этим обеспечения заданного уровня безопасности полетов (БП) воздушных судов (ВС) на различных этапах полета [18, 19, 37]. Повышение эффективности ЛЭВС требует обеспечения полетов практически в любую погоду, днем и ночью, в самых различных природно-климатических условиях. Для этого совершенствуется АТ, усложняются автоматические устройства, но при этом одновременно усложняется и эксплуатация самолета [44, 87].

Наиболее сложными и ответственными с точки зрения обеспечения БП по-прежнему являются режимы взлета, захода на посадку и посадки ВС [5, 45, 66—68], специфика которых обусловлена: существенно нелинейным характером аэродинамических характеристик (АХ) самолета на больших взлетно-посадочных углах атаки; проявлением существенных перекрестных связей продольного и бокового движений самолета; значительным влиянием близости земли как на АХ, так и непосредственно на условия пилотирования самолета; наличием особых этапов движения самолета (в отличие от обычных полетных) — отрыва и касания, а также участков движения ВС по взлетно-посадочной полосе (ВПП); значительным повышением психофизической нагрузки на экипаж в связи с резким возрастанием объема и сложности задач, которые необходимо решить в течение коротких периодов времени; необходимостью применения особых, отличных от используемых в течение всего остального полета, методов пилотирования ВС, требующих большой точности и четкости действий экипажа; значительным влиянием внешних атмосферных условий; существенным разбросом эксплуатационных параметров в рассматриваемых режимах полета.

Необходимость решения указанных и многих других вопросов делает задачу исследования движения ВС на режимах взлета и посадки в нормальных и особых случаях полета весьма актуальной. Именно поэтому вполне оправданным является большой объем проводимых в нашей стране и за рубежом исследований, направленных на повышение эффективности ЛЭ и уровня БП ВС на этапах взлета и посадки [6, 7, 21, 22, 32].

Если рассматривать раздельно взлет и посадку ВС, то в работе [88] приведены следующие факты, касающиеся авиационных катастроф, почерпнутые из изданий зарубежных органов информации. На взлет, который составляет 2% общего времени полета, приходится 21% катастроф, а на этапах захода на посадку и на посадке (4% общего времени полета) происходит 54% катастроф. Иначе говоря, на 6% летного времени приходится 75% авиационных происшествий (АП), при этом на долю ошибок пилотов отводится 62,5% всех катастроф. Наличие столь весомой доли АП, приходящихся на этапы захода на посадку и посадки, делает эти этапы более потенциально опасными по сравнению с этапом взлета. Поэтому все вышесказанное обусловило необходимость проведения в данной работе исследований движения ВС на этапах захода на посадку и посадки в условиях опасных внешних воздействий и, в частности, в условиях сдвига ветра (СБ) с целью выявления предельных возможностей самолетов ГА.

Проблема СВ, являющаяся одной из основных причин АП и предпосылок к ним (ПАЛ) на этапах захода на посадку и посадки ВС, остается нерешенной и по настоящее время [24]. Она в последние годы, точнее в последние десятилетия, входим в перечень основных научно-технических проблем, решаемых Аэронавигационной комиссией Международной организации гражданской авиации (ИКАО). В нашей стране работы по проблеме СВ ведутся под контролем Федеральной службы воздушного транспорта РФ, в них участвуют организации ГА и авиационной промышленности [18, 19, 82—84].

Основными направлениями в проблеме СВ являются разработка и внедрение бортовых и наземных систем, обеспечивающих БП в условиях СВ, а также совершенствование нормативных и руководящих документов, регламентирующих ЛЭ самолетов. Однако эффективное решение проблемы в целом возможно только при условии выяснения возможностей каждого направления и определения задач, которые в проблеме СВ целесообразно решать на каждом из указанных направлений [27, 33, 35].

Вся сложность исследования влияния СВ на этапах захода на посадку и посадки ВС заключается в том, что эти этапы проходят в условиях малых запасов по высоте, скорости и времени полета, когда несвоевременное и неправильное управление проявляются как решающий фактор возникновения необратимого развития аварийной ситуации. А при полете в опасных ситуациях, особенно на этапах захода на посадку и посадке, для исключения возникновения критических ситуаций пилоту важно иметь в активе всевозможные варианты принятия грамотного решения, что требует исследования динамических свойств самолетов в условиях СВ. Как правило, источником выработки рекомендации действий в таких условиях являются летные испытания (ЛИ) [23, 39]. Однако ввиду недостаточного аппаратурного обеспечения замера параметров СВ, сложности его обнаружения, сравнительной быстротечности явлений, а также трудности и дороговизны проведения ЛИ последние проводятся мало. В связи со сложностью проведения ЛИ в настоящее время с учетом мощного развития вычислительной техники все большую роль начинает играть математическое моделирование [8, 12, 13, 20, 26].

Успешное создание математических моделей (ММ) движения ВС невозможно без хорошо организованного системного анализа методов, развиваемых в базовых науках (аэродинамике, динамике полета, теоретической механике, теории упругости и автоматике) и позволяющих во времени определять нагрузки, перемещения самолета, его деформации и отклонения рулей [28, 42, 47—49]. Однако такой общий подход к проблеме разработки ММ делает ее сложной и трудно обозримой: поставленная задача имеет большую размерность по количеству параметров ВС, режимов его полета и исходных данных. Тем не менее решение именно такой большой и сложной задачи позволяет иметь достаточную гарантию ее определенной достоверности, которая может быть проверена и уточнена лишь по результатам ЛИ [4, 8, 13, 26].

Сейчас уже заметен неоспоримый прогресс в развитии методов математического моделирования динамики полета самолета, который связан с вводом новых быстродействующих ЭВМ. В настоящее время во многих авиационных организациях и учебных центрах (ЦАГИ, ЛИИ им.Громова, ГосНИИГА, МАИ, ВАТУ, МГТУТА, КМУГА, РАУ и др.) разработаны с теми или иными допущениями полные ММ жесткого самолета, которые позволяют проводить внедрение комплексного цикла исследований на ЭВМ в практику ЛИ ВС [38, 46, 50]. Характерным для этих ММ являются трудности замыкания общих уравнений движения ВС, которые преодолеваются путем задания законов управления и дополнительных соотношений, полученных из эксперимента [6, 8, 32].

Здесь особое место занимают работы Ципенко В.Г., Бурдуна И.Е., Боярского Г.Н., Лазнюка П.С., Кубланова М.С., Страдомского О.Ю., Егорова Г.С., Фицнера Л.К., Моисеева Е.М., Ломовского В.В., Гребенкина A.B., Ускова В.П., Леонова В.А., Матвеева Ю.И., Кули-феева Ю.Б., Морозова В.И., Шишмарева A.B., Солдаткина В.М., Ами-нова Н.М., Бина Г.Е. и других отечественных и зарубежных ученых, занимающихся исследованием влияния СВ на динамику полета ВС с помощью методов математического моделирования.

В последние годы появился целый ряд глубоких научных исследований, посвященных разработкам аэроупругой и аэроавтоупругой моделей самолета. Теоретические и экспериментальные методы исследования указанных моделей весьма сложны, поскольку они требуют для успешного решения проблемы вполне согласованного взаимодействия различных специалистов и выдачи ими исходных данных [26, 47, 86]. Более того, задача значительно усложняется, когда делаются попытки учесть влияния нестационарности обтекания в уравнениях аэроупругости самолета и дополнить их моделями рулевого привода и датчиков [4, 12].

Вместе с тем, при использовании полных аэроупругих и аэроавто-упругих моделей возникает ряд затруднений и, в первую очередь, сложности их реализации на ЭВМ. Поэтому при исследовании только движения ВС, его устойчивости и управляемости в условиях СВ вряд ли целесообразно использовать громоздкие аэроупругие и аэроавтоупругие модели. В этом случае лучше воспользоваться ММ жесткого самолета, учитывающими аэроупругость конструкции ВС путем введения соответствующих поправок и использовать их в инженерной практике [36, 85].

К настоящему времени уже опубликовано достаточно много материалов, посвященных решению частных задач движения ВС в условиях СВ на взлете и посадке [14, 16, 17, 57]. Но особого внимания требуют материалы, касающиеся особых случаев захода на посадку и посадки ВС, в частности, вопросов инженерного обеспечения БП, связанных с анализом отказов двигателей и систем, влиянием опасных внешних воздействий, к которым относится СВ и турбулентность, и ошибочными действиями экипажа [64, 70]. Такие внешние воздействия, как СВ и турбулентность, в настоящее время не определяются метеонаблюдениями с достаточной точностью, поэтому и рекомендации по ЛЭ имеют весьма общий характер. Для более глубоких исследований необходимо иметь модели СВ, позволяющие выявить самые неблагоприятные условия в атмосфере — критические профили СВ. Отсутствие на сегодняшний день надежных результатов по данным вопросам во многом объясняется недостаточным использованием при математическим моделировании движения ВС современных теоретических методов определения критических профилей СВ, что значительно затрудняет интерпретацию результатов проведенных исследований [3, 11, 52—56].

Таким образом, в предлагаемой работе решается важная для ГА проблема повышения эффективности ЛЭ и уровня БП ВС на этапах захода на посадку и посадки за счет определения и использования в ММ движения ВС критических профилей СВ с целью разработки на этой основе рекомендаций по совершенствованию техники пилотирования.

Решение указанной проблемы позволяет существенно расширить и углубить уровень изучения динамических свойств ВС на этапах захода на посадку и посадки в условиях СВ при сохранении или уменьшении объема ЛИ, а также выдавать до проведения ЛИ рекомендации по обеспечению безопасности и регулярности полетов, расширению летных ограничений и делать заключения по соответствию нормам летной годности гражданских транспортных самолетов (НЛГС).

Диссертационная работа базируется на материалах теоретических и экспериментальных исследований, выполненных автором в Киевском международном университете гражданской авиации (КМУГА, ранее — Киевском институте инженеров гражданской авиации — КИИГА) и в Московском государственном техническом университете гражданской авиации (МГТУГА, ранее — Московском институте инженеров гражданской авиации - МИИГА) в период 1985-2000 гг. [75—80].

Ниже приводится краткая характеристика целей, задач, основных результатов диссертационной работы и ее содержание.

Цель работы — разработка предложений и рекомендаций по обеспечению БП и технике пилотирования ВС на этапах захода на посадку и посадки в условиях критических профилей СВ на основе результатов математического моделирования.

Объектом исследования являются широкофюзеляжный и узкофюзеляжный самолеты (Ил-96-300, Ту-154М).

Анализ руководящей и технической документации по ЛЭ ВС на этапах захода на посадку и посадки позволил сформулировать следующие конкретные задачи исследования: разработка метода определения допустимых значений параметров СВ на критических профилях ветровых возмущений; исследование с помощью системы математического моделирования динамики полета ВС поведения самолета на этапах захода на посадку и посадки в условиях критических профилей СВ; разработка рекомендаций и предложений по обеспечению безопасной ЛЭВС на этапах захода на посадку и посадки в условиях СВ.

Основная идея диссертационной работы состоит в том, чтобы в основу разработки рекомендаций и предложений по обеспечению БП ВС на этапах захода на посадку и посадки в условиях СВ положить математические средства, как наиболее дешевые и доступные, а дорогостоящие и трудновыполнимые летные эксперименты использовать лишь для уточнения и контроля расчетных результатов, подтверждения их достоверности и точности.

В качестве методов исследования в работе использовался широкий спектр методов математического моделирования динамики полета: идентификации и оценки адекватности ММ, оптимизации и интерполяции, разностные методы решения дифференциальных уравнений и методы математической статистики.

Научная новизна работы состоит в том, что на комплексной основе анализа АП и метеоусловий, применения математического моделирования в задачах ЛЭ: создан метод разработки рекомендаций по ЛЭ ВС на этапах захода на посадку и посадки в условиях СВ; разработан метод определения допустимых значений параметров критических профилей СВ, которые обеспечивают БП на этапах захода на посадку и посадки при отказах функциональных систем; предложены и обоснованы методы пилотирования ВС в ожидаемых условиях эксплуатации (ОУЭ) на этапах захода на посадку и посадки в условиях СВ.

Достоверность результатов решения поставленных задач подтверждается: идентификацией ММ по данным ЛИ конкретных типов самолетов; адекватностью результатов вычислительных экспериментов (ВЭ) данным ЛИ конкретных типов самолетов, оцененной с помощью статистических критериев точности и непротиворечивости и с помощью эвристического подхода.

Практическая ценность работы состоит в том, что она позволяет: решать задачи эффективности и оптимизации режимов полета ВС в условиях СВ на этапах захода на посадку и посадки для получения дополнительной информации к существующим руководствам по летной эксплуатации (РЛЭ) и выработки первой редакции новых РЛЭ перспективных ВС, которая будет уточняться результатами ЛИ; совершенствовать НЛГС как вновь создаваемых ВС, так и находящихся в эксплуатации; разрабатывать рекомендации и предложения по обучению и тренировке экипажей ВС в условиях СВ на этапах захода на посадку и посадки; расширить границы исследований ЛЭ ВС в условиях СВ на этапах захода на посадку и посадки и сделать ЛИ в аналогичных условиях более безопасными и информативными; обеспечить экономию ресурсов за счет сокращения объема ЛИ; проводить анализ особых ситуаций в полете за рамками эксплуатационных ограничений на этапах захода на посадку и посадки ВС с целью определения предельных возможностей самолета.

Апробация работы. Основные материалы выполненных исследований и отдельные результаты работы докладывались и получили положительную оценку на заседаниях кафедральных семинаров в КМУГА (г.Киев) и МГТУГА (г.Москва) в период 1985-2000 гг., а также обсуждались на межотраслевых и международных научно-практических конференциях.

Реализация и внедрение результатов работы. Основные результаты диссертационной работы были использованы в летных подразделениях ГА при обучении экипажей технике пилотирования на этапах захода на посадку и посадки в условиях СВ, а также нашли применение в отраслевых учебных пособиях по курсам аэродинамики и динамики полета летательных аппаратов (ЛА), в курсах лекций по указанным дисциплинам.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 6 печатных работ (4 — в КМУГА и 2 — в МГТУГА).

Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников, перечня сокращений и двух приложений. Основная часть работы изложена на 203 страницах машинописного текста, всего работа содержит 66 рисунков, 17 таблиц и 108 библиографических названий (из них 21 — на иностранных языках). Общий объем работы 263 страницы.

Заключение диссертации по теме «Эксплуатация воздушного транспорта», Стрелец, Игорь Владимирович

Выводы по главе 5

1. С помощью СММ ДП J1A проведена серия ВЭ по расчетам захода на посадку и посадки самолетов Ту-154М и Ил-96-300 в условиях предельных профилей СБ с учетом влияния опасных внешних воздействий и отказов авиационной техники. Исследования проведены согласно разработанному перечню РС по оценке последствий влияния СВ и отказов ФС, выходящих за ОУЭ, с целью разработки рекомендаций и предложений в руководящую документацию по ЛЭ ВС.

2. На основании анализа результатов моделирования посадки самолета Ту-154М в условиях СВ установлено следующее: на этапе захода на посадку СВ по высоте 12 м/с на 30 м слое при внимательном отслеживании пилотом приборной скорости (с точностью ДК<10 км/ч парируется при незначительных расходах руля высоты увеличением режима работы двигателей, при этом режим работы двигателей не превышает номинального; наиболее опасным является значительный положительный С В при штилевых условиях на уровне ВПП; при достаточно большом встречном ветре у земли нормальная посадка самолета обеспечивается даже при очень сильном положительном СВ; на траекторию снижения заметное влияние оказывают вертикальные потоки: нисходящий поток со скоростью 1¥у= -5 м/с вызывает заметный нырок самолета и требует для возврата его на глиссаду запаса высоты не менее 30 м; такой же нисходящий поток, осложненный еще и сильным положительным СВ по высоте (с градиентом порядка 0,25 1/с) полностью исчерпывает энергетические возможности самолета; значительное влияние на посадку самолета оказывает резкое исчезновение нисходящего потока при непосредственном подходе самолета к ВПП; самолет, отбалансированный в условиях нисходящего потока, реагирует на его исчезновение как на восходящий поток, резко поднимаясь над полосой с последующим жестким приземлением, так как запаса высоты на исправление ошибки в этих условиях практически нет; существенным фактором является точность, с которой пилот отслеживает приборную скорость и скорость вертикального снижения при заходе на посадку в условиях СВ: запаздывание при парировании СВ приводит к повышенным расходам РУД и руля высоты, что может быстро создать катастрофическую ситуацию; при пробеге самолета СВ по азимуту заметного влияния на траекторию пробега не оказывает; ошибки выхода самолета на ось ВПП до 2° парируются органами управления при расходе рулей, не превышающем трети располагаемого значения; по предварительным данным ошибки выхода самолета на ось ВПП порядка 4° исчерпывают запас рулей и приводят к выкатыванию самолета; в режиме автоматического захода на посадку опасности снижения приборной скорости при продольном СВ нет, но следует бьггь готовым к посадке с повышенной скоростью (для сильного СВ — на 15 км/ч); наибольшую опасность при боковом СВ представляет ненулевое значение боковой составляющей ветра на земле — допустимым при этом молото считать 4 м/с; учитывая стабилизирующее действие шасси, резких и энергичных действий по уменьшению упреждения перед касанием необходимо избегать, так как при этом появляется значительная скорость рыскания, опасная на ВПП; необходима психологическая подготовка пилотов к попаданию в область микровзрыва с восходяще-нисходящим СВ — следует пилотировать не по восприятию угла тангажа, а по курсоглиссадному прибору; самолет Ту-154М в исправном состоянии на сухой ВПП может благополучно завершить посадку в область микровзрыва, расположенную непосредственно на ВПП, при максимальной приземной скорости бокового ветра 15 м/с.

3. На основании анализа результатов ВЭ захода на посадку и посадки самолета Ил-96-300 получено, что: если при снижении по глиссаде до высоты 100 м не удалось полностью стабилизировать режим полета самолета, то следует уходить на второй круг, а при разбалансировке ниже 100 м уход на второй круг обязателен; во избежание бокового выкатывания с ВПП при посадке основное внимание экипажа на глиссаде и выравнивании должно быть сосредоточено на выдерживании направления движения самолета вдоль оси ВПП, даже если для этого необходимо большое упреждение по рысканию; в целях уменьшения посадочной дистанции при угрозе выкатывания на концевую полосу безопасности можно использовать на сухой ВПП полный режим торможения и реверс тяги двигателей вплоть до остановки, а при повышенных режимах работы двигателей на глиссаде необходимо переводить РУД на малый газ на высоте 8 м; при подготовке к полетам на горные аэродромы (более 2500 м) с повышенной температурой (МСА+15°) следует учитывать дополнительные ограничения по условию непревышения номинального режима работы двигателей на глиссаде и по условию прочности шин при пробеге; при попадании в ливневые осадки («тропический ливень») на этапах снижения по глиссаде необходимо прекратить заход на посадку и уйти на запасной аэродром при одном из следующих усложняющих факторов: два отказавших двигателя, неполностью выпущенная механизация крыла (в том числе при отказах рулей высоты и направления, горный жаркий аэродром, крутая глиссада, посадочная масса более 175 т); в случаях снижения по глиссаде при повышенных значениях вертикальной скорости (более 4 м/с) или при большой посадочной массе самолета (более 175 т) начинать выравнивание следует на большей высоте, чем в обычных условиях, ориентируясь на вертикальную скорость; в связи с большой инерционностью самолет Ил-96-300 слабо подвержен разбалансировке при заходе на посадку в условиях сильного бокового СВ и даже с отказавшим двигателем может благополучно завершить посадку при правильной манере пилотирования; найдены предельные скорости регистрируемого бокового ветра в СВ на ВПП, допускающие безопасное завершение посадки Ил-96-300 с использованием реверса двух симметрично работающих двигателей: 15 м/с для исправного самолета и 10 м/с для посадки с одним отказавшим двигателем.

4. По результатам проведенных исследований разработаны общие рекомендации и предложения по обеспечению безопасной ЛЭ ВС при заходе на посадку и посадке в условиях предельных профилей СВ с учетом влияния внешних воздействий среды и при отказах AT, а также по повышению квалификации летного состава.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проведен анализ авиационных происшествий и инцидентов с воздушными суднами по отечественным и зарубежным источникам, связанным со сдвигом ветра. Показано, что наиболее опасными этапами полета являются заход на посадку и посадка ВС. Рассмотрены причины возникновения сдвига ветра, средства их обнаружения и предложены методы исследования поведения воздушных судов в указанных условиях.

2. Разработан расчетный метод определения допустимых параметров СВ при заходе на посадку и посадке транспортных самолетов.

3. В качестве метода исследования выбрана система математического моделирования динамики полета летательных аппаратов, позволяющая получить параметры движения транспортных самолетов на различных этапах полетов с высокой степенью точности и достоверности с учетом разнообразных внешних условий, в том числе сдвига ветра любой формы.

4. Рассмотрен порядок оценки степени опасных ситуаций самолетов Ту-154М и Ил-96-300 на этапах захода на посадку и посадки и предложено содержание программы расчетных случаев по оценке последствий влияния внешних воздействий среды и отказов систем.

5. С помощью вычислительных экспериментов решен ряд прикладных задач летной эксплуатации воздушных судов при заходе на посадку и посадке в условиях предельных профилей сдвига ветра с учетом влияния опасных внешних воздействий среды и отказов систем согласно разработанному перечню РС. Подтверждена эффективность применения системы математического моделирования динамики полета летательных аппаратов для сопровождающего

193 и опережающего моделирования практических задач летных испытаний, летной эксплуатации и обоснованных изменений в РЛЭ транспортных самолетов.

6. Сформулированы обоснованные результатами вычислительных экспериментов выводы и рекомендации по летной эксплуатации самолетов Ту-154М и Ил-96-300 для обоснования эксплуатационных ограничений, выработки рекомендаций экипажам по технике пилотирования и оценки безопасности полетов при заходе на посадку и посадке в условиях сдвига ветра на границе ожидаемых условий эксплуатации.

7. Результаты проведенных исследований были переданы в ГосНИИГА, ФСВТ РФ, учебные заведения и летные подразделения ГА для использования в работе, что подтверждается соответствующими актами внедрения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Стрелец, Игорь Владимирович, 2000 год

1. Аварийность самолетов с СТД стран-членов ИКАО при всех видах полетов за период эксплуатации с 1982 г. по 1992 г. Обзор №642/ПЯ8759, руководитель Полтавец В.А. — №ГРХ74579. — М., 1987. — 74 е.: ил. — Ответственный исполнитель Пляцек A.B.

2. Анализ авиационных катастроф за 1972—80 гг. — Aircraft Engineering, №3, №10, №52, 1980.

3. Архангельский В.Н., Башинский A.B., Ершов A.M. Исследование эффективных скоростей вертикальных порывов в рейсовых полетах. — М.: Труды ЦАГИ, вып. 1342, 1971. 19 с.

4. Архипов Н.С., Кубланов М.С. Полномасштабное интерактивное анимационное моделирование динамики полета летательных аппаратов в реальном масштабе времени. — В кн.: Научный Вестник МГТУГА №15, сер. Аэромеханика и прочность. — М.: МГТУГА, 1999. — С. 13—21.

5. Аэромеханика самолета (под ред.Бочкарева А.Ф.). — М.: Машиностроение, 1977. — 415 с.

6. Аэродинамика и динамика полета магистральных самолетов (под ред.Бюшгенса Г.С.). — Москва—Пекин: Изд-во ЦАГИ и АВИА, 1995. 772 с.

7. Баранов A.A., Сорокин Э.И., Тотиашвили Л.Г. Аэродинамика и динамика полета транспортных летательных аппаратов. Кн. вторая. Динамика полета. — Рига: РКИИГА, 1970. — 624 с.

8. Барилов Д.Д., Кубланов М.С., Ципенко В.Г. Архитектура системы математического моделирования динамики полета летательных аппаратов. — В кн.: Математическое моделирование в задачах летной эксплуатации ВС. М.: МГТУГА, 1993. - С.3-11.

9. Берард А.Дж. мл. Причины, порождающие сдвиги ветра в атмосфере, и методы их обнаружения. — Аэрокосмическая техника, т.1, №3, 1983. С.13—20.

10. Белов В.В., Демидов Р.П., Кириллов А.Ю. Направления исследований о влиянии сдвига ветра на динамику полета самолета. — В кн.: Проблемы безопасности полетов, №5. — М.: МГА, 1991. — С.92—101.

11. Белоусова Л.Ю., Кравченко В.Г. Вертикальный сдвиг ветра в приземном слое атмосферы и влияние его на взлет и посадку самолета. — В кн.: Вопросы совершенствования метеообеспечения безопасности полетов. Л.: ОЛАГА, 1980. — С.56—61.

12. Белоцерковский С.М., Качанов Б.О. и др. Создание и применение математических моделей самолетов. — М.: Наука, 1984. — 140 с.

13. Бин Г.Е. Система моделирования полета самолета. — Л.: Ленинградский дом научно-технической пропаганды, пер. №1476, 1972. — 41 с.

14. Бобылев A.B., Титовский H.H. Математическое моделирование автоматической посадки неманевренного самолета в условиях экстремальных сдвигов ветра. — В кн.: Безопасность полета в условиях опасных внешних воздействий. — К.: КИИГА, 1982. — С.33—37.

15. Боярский Г.Н., Белинский A.C. Установление допустимых параметров СВ при уходе самолета на второй круг в автоматическом режиме. — В кн.: Методы и средства оценки уровня безопасности полетов гражданских ВС. — К.: КИИГА, 1985. — С.80—87.

16. Бугаев Б.П. Авиационная эргономика и безопасность полетов. Кн.: Авиационная эргономика. Вып.1. — К.: КИИГА, 1975. — С.3—17.

17. Бугаев Б.П. Предотвращение авиационных происшествий. — М.: Транспорт, 1982. — 56 с.

18. Буленко H.H. Моделирование сложных систем. — М.: Наука, 1978. 392 с.

19. Бюшгенс А.Г., Студнев P.B. Аэродинамика самолета. Динамика продольного и бокового движения. — М.: Машиностроение, 1979. — 349 с.

20. Бюшгенс А.Г., Студнев Р.В. Динамика пространственного движения самолета. — М.: Машиностроение, 1967. — 226 с.

21. Васильченко К.К., Леонов В.А., Пашковский И.М., Поплав-ский Б.К. Летные испытания самолетов. — М.: Машиностроение, 2-е изд., 1996. 720 с.

22. Васин И.Ф. Влияние сдвига ветра на безопасность полетов воздушных судов. — М.: Итоги науки и техники, сер. Воздушный транспорт, т.8, 1980. С.5-30.

23. Влияние сдвига ветра на динамику полета самолета. Библиографический список. — М.: ЦАГИ, 1983. — 20 с.

24. Вопросы кибернетики. Проблемы создания и применения математических моделей в авиации (под ред.Белоцерковского С.М.). — М.: Кибернетика, 1983. — 168 с.

25. Галай М.Л. Особенности пилотирования реактивных самолетов. М.: изд-во ДОСААФ, 1962. - 194 с.

26. Гарбузов В.М., Ермаков А.Л., Кубланов М.С., Ципенко В.Г. Аэромеханика. — М.: Транспорт, 2000. — 283 с.

27. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. — М.: Высшая школа, 1977. — 479 с.

28. Гутер P.C., Овчинский Б.В. Элементы численного анализа и математической обработки результатов опыта. — М.: Физматиз, 1962. 355 с.

29. Демидович Б.П., Марон И.А., Шувалова Э.З. Численные методы анализа. — М.: Физматиз, 1963. — 400 с.

30. Динамика полета транспортных летательных аппаратов (под ред.Жукова А.Я.). — М.: Транспорт, 1996. — 326 с.

31. Доброленский Ю.П. Динамика полета в неспокойной атмосфере. — М.: Машиностроение, 1969. — 251 с.

32. Единые нормы летной годности гражданских транспортных самолетов стран-членов СЭВ. — М., 1985. — 470.

33. Желудев JI.В. и др. Основы анализа летной деятельности и пути обеспечения безопасности полетов в гражданской авиации. — М.: МГА, 1968. 237 с.

34. Жданов А.И., Лазнюк П.С. Исследование управляемого движения самолета Ту-154 по глиссаде в условиях вертикального сдвига и нисходящих вертикальных потоков. — В кн.: Некоторые вопросы прикладной аэродинамики. — К.: КИИГА, 1982. — С.57—66.

35. Жулев В.И., Иванов B.C. Безопасность полетов летательных аппаратов. — М.: Транспорт, 1986. — 223 с.

36. Зубков Б.В., Минаев Е.Р. Основы безопасности полета. — М.: Транспорт, 1987. — 144 с.

37. Калинин Г.М. Индексация данных о сдвиге ветра в кабине пилотов. — В кн.: Проблемы безопасности полетов, №2. — М.: МГА, 1993. С.45—53.

38. Касьянов В.А., Ударцев Е.П., Боярский Г.Н. Динамика полета, управляемость и идентификация характеристик ВС. — К.: Знание, 1978. С.1—23.

39. Керн А.Т., Рисухин В.Н., Ципенко В.Г. Подход к решению проблемы повышения уровня безопасности полетов на основе использования модели летного мастерства пилота. — В кн.: Научный Вестник МГТУГА, 2000. С.5-11.

40. Котик М.Г., Филиппов В.В. Полет на предельных режимах. М.: Изд-во МО СССР, 1977. - 239 с.

41. Котик М.Г. Динамика взлета и посадки самолетов. — М.: Машиностроение, 1964. — 256 с.

42. Кубланов М.С., Кузьмина Ю.Е. и др. Научно-техническое сопровождение летной эксплуатации самолетов с помощью математического моделирования. — В кн.: Наука и техника гражданской авиации на современном этапе. М.: МГТУГА, 1994. - С.30—31.

43. Кубланов М.С. Идентификация математической модели посадки самолета Ту-154Б по данным летных испытаний. — В кн.: Научный вестник МГТУГА №15, сер. Аэромеханика и прочность. — М.: МГТУГА, 1999. С.27—36.

44. Лазнюк П.С. Уход самолета на второй круг в условиях сдвига ветра и нисходящих потоков. — В кн.: Проблемы полета самолета гражданской авиации при заходе на посадку в сложных метеоусловиях. — К: КНИГА, 1984. С.9-18.

45. Линник Ю.В. Метод наименьших квадратов и основы теории обработки наблюдений. — М.: Физматиз, 1958. — 315 с.

46. Ломовский В.В. Расчет потребного изменения тяги при заходе на посадку в условиях сдвига ветра и вертикальных потоков. — В кн.: Наука и техника гражданской авиации, сер. Летная эксплуатация, вып. 1. М.: НТРС ЦНТИГА, 1980. - С.7-10.

47. Ломовский В.В. Увеличение скорости при заходе на посадку в условиях сдвига ветра. — В кн.: Наука и техника гражданской авиации, сер. Летная эксплуатация, вып.1. М.: НТРС ЦНТИ ГА, 1981. - С.13—18.

48. Ломовский В.В. Формулировка уравнений движения самолета применительно к проблеме сдвига ветра. — М.: Труды ГосНИИГА, вып.206, 1981. С.40—49.

49. Ломовский В.В. Об инженерных методах исследования движения самолета в условиях сдвига ветра. — В кн.: Безопасность полета в условиях опасных внешних воздействий. — К.: КИИГА, 1982. — С.37-43.

50. Ломовский В.В. Определение и учет сдвига ветра на основе бортовых измерений. — М.: Труды ГосНИИГА, вып.222, 1983. — С.32—39.

51. Максимов B.C., Лазник П.С., Сотников Д.А., Жданов А.И. Продольное движение самолета при полете в сдвиге ветра. — В кн.: Некоторые вопросы аэродинамики и динамики полета. — К.: КИИГА, 1981. С.91—98.

52. Моисеев Е.М., Ципенко В.Г. Особенности посадки транспортных самолетов в условиях сдвига ветра. — В кн.: Методы инженерного обеспечения безопасности полетов. — М.: МИИГА, 1985. — С.80—87.

53. Мысовских И.П. Лекции по методам вычислений. — М.: Физматиз, 1962. — С.342.

54. Налимов В.В. Теория эксперимента. — М.: Наука, 1971. — С.210.

55. Наставление по производству полетов в гражданской авиации (НПП ГА-85). М.: Воздушный транспорт, 1985. - С.254.

56. Наставление по метеорологическому обеспечению гражданской авиации (НМО ГА-82). — Л.: Гидрометеоиздат, 1982. — 183 с.

57. Наумов С.Я., Обручев А.Г., Грязин В.Е. Пути повышения безопасности полета самолета в условиях сдвига ветра. — В кн.: Безопасность полета в условиях опасных внешних воздействий. — К.: КИИГА, 1982. С.26—32.

58. Обрубов А.Г., Грязин В.Е. Динамика полета в условиях сдвига ветра. М.: Труды ЦАГИ, вып.2163, 1983. — 24 с.

59. Оперативное средство защиты от сдвига ветра / Аэрокосмическая техника, №3, 1987. С.25—26.

60. Остославский И.В. Аэродинамика самолета. — М.: Оборон-гиз, 1957. 560 с.

61. Остославский И.В., Стражева И.В. Динамика полета. Траектории летательных аппаратов. — М.: Машиностроение, 1969. — 492 с.

62. Остославский И.В., Стражева И.В. Динамика полета. Устойчивость и управляемость летательных аппаратов. — М.: Машиностроение, 1965. — 463 с.

63. Проблемы сдвига ветра и безопасности полета: Тематическая подборка материалов. — Л.: ОЛАГА, 1981. — 10 с.

64. Руководство по летной эксплуатации самолета Ту-154. — М.: АК им.А.Н.Туполева, 1980. 412 е.: ил.

65. Руководство по летной эксплуатации самолета Ил-96-300. — М.: АК им.С.В.Ильюшина, 1993. 950 е.: ил.

66. Руководство по летной эксплуатации самолета Ил-86 (РЛЭ-86). М.: МГА, 1980. - 412 с.

67. Стрелец И.В., Боярский Г.Н. Алгоритм расчетной оценки допустимых параметров сдвига ветра при заходе самолета на посадку в автоматическом режиме. — В кн.: Прикладная аэродинамика. — К.: КИИГА, 1997. С. 106-117.

68. Стрелец И.В., Рубец М.И. Алгоритмы кусочно-линейной аппроксимации критических профилей ветровых возмущений в задачах моделирования полетов самолетов в условиях сдвига ветра. — Кировоград: Труды КВАУГА, 1997. С.21-40.

69. Стрелец И.В. Концепция построения программного комплекса изучения влияния сдвига ветра на полет воздушного судна. — В кн.: Аэродинамика для эксплуатантов и пилотов. — Кировоград: КВАУГА, 1996. С.75—92.

70. Стрелец И.В., Жучков М.Ю., Бехтина Н.Б., Трушковский К.П. Особенности посадки самолета Ил-86 на ВПП, покрытую слоем осадков. — В кн.: Научный Вестник МГТУГА №33, сер. Аэромеханика и прочность. М.: МГТУГА, 2000. - С.69-71.

71. Трунов O.K., Ломовский В.В., Максимов B.C. и др. Методика поиска оптимального управления продольным движением самолетов ГА при заходе на посадку в условиях сдвига ветра. Режим управления — штурвальный. — М.: МГА, 1981. — 4 с.

72. Усков В.П. Стратегия пилотирования воздушного судна при сдвиге ветра. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. — М.: МИИГА, 1992. — 464 с.

73. Усков В.П. Эргономика, сдвиг ветра и безопасность полета. М.: МГТУГА, 1988. - 24 с.

74. Усков В.П. Сдвиг ветра: его влияние на посадку. — Гражданская авиация, №12. М., 1987. — С.27—29.

75. Усков В.П. частный случай колебательного движения самолета при заходе на посадку в условиях ливневых осадков или при сдвиге ветра. — В кн.: Научный Вестник МГТУГА №15, сер. Аэромеханика и прочность. М.: МГТУГА, 1999. - С.23-26.

76. Шеридан Т.Е., Феррел У.Р. Система человек—машина. — М.: Машиностроение, 1980. — 399 с.

77. Шпилев К.М., Крутлов А.Б. Самолет и природно-климатические условия. — М.: изд-во МО СССР, 1972. — 176 с.

78. ADREP ICAO. Request 198/80 (USSR). — Montreal, Canada,1980.

79. Lopez R.L., Wilson J.R. FAA moves out on solving windshear problem // Interavia. 1989. 44, №3. - P.260-263.

80. Miele M.L., Wang Т., Melvin W.W. Penetration Landing Guidance Trajectories in the Presence of Wind Shear: AIAA-89-4069-CP, Proceedings of the AIAA Guidance, Navigation and Control Conference, August 15-17, 1988, Minneapolis, Minn. P. 152-170.

81. Psiaki M.L., Strengel R.F. Performance Limits for Optimal Mic-roburst Encounter: AIAA-99-4367-CP Proceedings of the AIAA Atmospheric Flight Mechanics. Conf., August 15—17, 1988, Minneapolis, Minn. — P.358—370.

82. Psiaki M.L. Control of Flight Through Microburst Windshear Using Deterministic Trajectory Optimisation: Ph.D. Thesis. Princeton University, October, 1987.

83. Fernando Caracena NOAA/Forecast Systems Laboratory. Wind-shear Revisited by Capt. William W.Melvin (from Air Line Pilot Magazine, Nov. 1994, excerpted from SAE Paper 901995).

84. Atkins, N.T., and R.M.Wakimoto, 1991: Wet microburst activity over the Southeastern United States; Implications for forecasting. Wea. Forecasting, 6, 470—482.

85. Bedard, A.J., Jr. and T.J.LeFebvre, 1986: Surface Measurements of Gust Fronts and Microbursts During the JAWS Project: Statistical Results and Implications for Wind.

86. Brown, J., K.R.Knup, and F.Caracena, 1982: Destructive winds from shallow, high-based cumulonimbi, 12th Conf. on Severe Local Storms, Amer. Meteor. Soc., Boston, MA, 272—275.

87. Caracena, F., and J.A.Flueck, 1988: Classifying and predicting microburst activity in the Denver, Colorado, Area. J. of Aircraft, 25, 525—530.

88. Caracena, F., and M.Maier, 1987: Analysis of a microburst in the FACE meteorological mesonetwork in southern Florida. Mon. Wea. Rev., 115, 969-985.

89. Fujita T.T., 1983: Microburst Wind Shear at New Orleans International Airport, Kenner, Louisiana on July 9, 1982, Univ. of Chicago Satellite and Mesometeorology Research Project Research Paper 199, Jan. 1983.

90. Bedard A.J. Sources and detection of atmospheric windshear. AIAA Journal 1981, v.20, №7, pp.940-945.

91. Hall F.F. Neff Jr. and W.D., Frazer T.V. Wind shear observations in thunderstorm density currents. — Nature, v.264, december 2, 1976, pp.401-411.

92. Wind shear update. Part 1. — Bussiness and Comercial aviation, 1978, v.43, №1 pp.51—57.

93. Progress report on Low Level Wind Shear and Turbulence. — International Civil Aviation Organization, Montreal. Attachment to State Letter AN 10/4.6 79/142, 31 AUG, 1979.

94. Fujita T.T., Caracena F. An analysis of three wheather-related aircraft accidents. Bulletin Amer. Meteorol. v.58, №11, November 1977, pp.1164—1180.

95. Leonard D. Wind shear update part 1: Theory and Practice. — Professional Pilot, 1979, v. 13, №6, pp.72-77.

96. Morrison. C.A. Wind Shear. Canadien Aviation, September, 1982, pp.65—72.

97. Luers J., Haines P. The effect of heavy rain on wind shear attributed accidents. AIAA Pap. 1981, №390, p.8.