Civil Aviation High TECHNOLOGIES (E-Journal) / Научный вестник МГТУ ГА
Not a member yet
885 research outputs found
Sort by
Математическая модель для расчета летно-технических характеристик электрических винтокрылых летательных аппаратов для целей городской аэромобильности
Get PDFThe present paper presents a simulation model description developed for the aircraft performance estimation of the most popular electric vertical takeoff and landing aircraft (eVTOL) aerodynamic configurations with the electric (hybrid) power plant for the urban air mobility purposes. It focuses on the quadcopter-type eVTOL aircraft aerodynamic configurations using the unshrouded-propellers or ducted fans driven by electric motors. The aircraft performance analysis for aerodynamic configurations of the quadcopter and tilt rotor-quadcopters with the tilt rotors and wing with the all-electric (EP) or hybrid power plant (HP) is given. To compare aircraft performance, the estimation results for a conventional single-rotor helicopter with EP or HP are given. Based on the numerical solution equation of the aircraft existence, feasible structural components mass distributions for various types of eVTOL configurations were obtained. eVTOL aircraft performance, including the estimation of apparent and drag power for the airspeed range, from hovering to the maximum airspeed, as well as for the transition modes (tilt rotor aircraft and quadcopters) were estimated. The eVTOL aircraft flight range and duration with EP and HP at the straight and level flight mode were calculated. Specific mass characteristics of EP and HP components (batteries, generators, electric motors, etc.) to ensure acceptable eVTOL aircraft performance were identified. A comparative evaluation of considered eVTOL configurations for the purpose of their efficiency was performed. Aerodynamic calculations were carried out based on the known analytical techniques of the lifting propeller momentum theory with the data correction capability according to test results. The simulation model, obtained in this paper, can be considered in the phase of the preliminary choice as the first approach of structural parameters and aerodynamic configurations of prospective electric (hybrid) eVTOLs designed for the use as an urban air taxi.В настоящей работе приводится описание математической модели, разработанной для расчета летнотехнических характеристик (ЛТХ) наиболее популярных в настоящее время аэродинамических схем винтокрылых летательных аппаратов (ВКЛА) с электрической (гибридной) силовой установкой для целей городской аэромобильности. Основное внимание в работе уделено рассмотрению аэродинамических схем ВКЛА типа «квадрокоптер» с использованием воздушных винтов открытого типа или винтов в кольце, приводимых во вращение от электродвигателей. Проведен анализ ЛТХ для аэродинамических схем квадрокоптера и конвертопланов-квадрокоптеров с поворотными винтами и поворотным крылом с полностью электрической (ЭСУ) или гибридной (ГСУ) силовой установкой. Для сравнения ЛТХ приводятся результаты расчетов для классического одновинтового вертолета с ЭСУ и ГСУ. На основе численного решения уравнения существования летательного аппарата получены возможные распределения масс элементов конструкции для различных схем электрических (гибридных) ВКЛА. Рассчитаны летно-технические характеристики ВКЛА, включая расчет располагаемой и потребной мощности для диапазона скоростей полета от висения до максимальной скорости и для переходных режимов (для конвертопланов-квадрокоптеров). Рассчитаны дальность и продолжительность полета ВКЛА с полностью электрической и гибридной силовой установкой на режиме горизонтального полета. Выбраны удельные массовые характеристики элементов (аккумуляторов, генераторов, электродвигателей и др.) полностью электрической и гибридной силовой установки для обеспечения приемлемых летнотехнических характеристик ВКЛА. Проведена сравнительная оценка рассматриваемых схем ВКЛА с целью анализа их эффективности. Аэродинамические расчеты производились на основе использования известных аналитических методов импульсной теории несущего винта с возможностью корректировки данных по результатам экспериментов. Полученная в настоящей работе математическая модель может рассматриваться как первое приближение на этапе предварительного выбора конструктивных параметров и аэродинамических схем перспективных электрических (гибридных) ВКЛА, проектируемых для использования в качестве городского аэротакси.
Метод оценки антинагарных свойств масел для двигателей беспилотных летательных аппаратов
Get PDFAt present, the process of design and production of unmanned aerial vehicles has been making progress in Russia, which is caused by the relatively low cost, small size, absence of life hazard to a pilot, stealth, self-sustainability, mobility compared to manned aircraft. At the same time, two-stroke gasoline engines, possessing a higher power-to-volume ratio, unsophisticated design, and lower production costs in comparison with four-stroke gasoline engines, have become widely used in these aircraft. These engines lack a conventional lubrication system, so the oil is supplied to lubricate the cylinder-piston group in the form of a fuel-oil mixture, which burns during the operating procedure together with the fuel. In this case, high-temperature deposits such as carbon and lacquer are accumulated on the parts of the cylinder-piston group. The formation of carbon reduces the engine power, its service life and efficiency, causes an increase in operating costs. One of the solutions to this problem is the use of motor oils with a high level of anti-carbon properties. However, currently a method for assessing the anti-carbon oil properties for unmanned aerial vehicle engines is not available. In accordance with the described chemmotological process, the method was developed, the test equipment (Panel Coking Test Apparatus) was selected and the test modes were established (plate temperature – 290°C, oil temperature in the crankcase – 100°C, spray speed – 800 rev/min, test time – 4 h), allowing you to evaluate and rank motor oils for unmanned aircraft engines based on the anti-carbon properties in the laboratory. As tested, Motul Kart Grand Prix 2T oil has the least tendency for carbonization among tested motor oil samples. Laboratory and bench tests of Novoyl-DD and Motul Kart Grand Prix 2T oils show a high degree of convergence.На сегодняшний день в России активно развивается разработка и производство беспилотных летательных аппаратов, что обусловлено сравнительно меньшей стоимостью, малыми размерами, отсутствием угрозы жизни пилота, скрытностью, автономностью, мобильностью по сравнению с пилотируемыми летательными аппаратами. При этом в указанных летательных аппаратах наибольшее распространение получили двухтактные бензиновые двигатели, обладающие более высокой литровой мощностью, простотой конструкции и меньшими затратами в производстве при их сравнении с четырехтактными бензиновыми двигателями. В указанных двигателях отсутствует классическая система смазки, поэтому масло подается для смазывания цилиндропоршневой группы в виде топливомасляной смеси, которая сгорает в ходе рабочего процесса вместе с топливом. При этом на деталях цилиндропоршневой группы откладываются высокотемпературные отложения – нагары и лаки. Образование нагара снижает мощность двигателя, срок его службы и экономичность, вызывает увеличение эксплуатационных расходов. Одним из вариантов решения указанной проблемы является применение моторных масел с высоким уровнем антинагарных свойств. Однако в настоящее время отсутствует метод оценки антинагарных свойств масел для двигателей беспилотных летательных аппаратов. На основании описанного химмотологического процесса разработан указанный метод, выбрано испытательное оборудование (установка Panel Coking Test Apparatus) и установлены режимы испытаний (температура пластины – 290 °С, температура масла в картере – 100 °С, скорость разбрызгивания – 800 об/мин, время испытания – 4 ч), позволяющие оценивать и ранжировать моторные масла для двигателей беспилотных летательных аппаратов по антинагарным свойствам в лабораторных условиях. По результатам испытаний установлено, что масло Motul Kart Grand Prix 2Т обладает наименьшей склонностью к нагарообразованию среди испытанных образцов моторных масел. Результаты сравнения лабораторных и стендовых испытаний масел Новойл-ДД и Motul Kart Grand Prix 2Т показывают высокую степень сходимости
Модель предупредительных замен элементов сложных систем в зависимости от наработки и количества отказов
Get PDFModern conditions of economic activity of civil aviation operators make actual the problem of economically feasible measures for the organization of technical operation and maintenance of industry equipment, in particular, means of radio technical support for flights and aeronautical telecommunications. At the same time, it is obvious that these means need to be transferred to maintenance on a condition, which, in turn, causes the need to solve the problems related to determining the time for the preventive replacement of elements which diagnosable parameters can reach limit values. This paper presents an algorithm for estimating the optimal replacement of elements using the conditional probabilistic characteristic method for systems with a long period of operation and having a fixed number of failures. An assessment of the accuracy of determining the desired parameter is carried out, provided that its changes have deterministic and random components. The mathematical expectation and variance of the obtained estimate are found. Provided that the time of means operation between restorations (repairs) tends to decrease with an increase in the number of failures, the average number of final failures is obtained that satisfies the Volterra integral equation. To analyze the cost of restoration within the framework of the proposed model, an expression was found for the unit cost of work, depending on the accepted replacement rule and the duration of the expected cycles. Taking into account the mathematical expectation of the latter and associated costs, a two-dimensional optimal replacement rule is formed, and the expediency of using such a replacement period that minimizes the maximum average costs is shown. The obtained results are useful in organizing activities for preventive maintenance of radio technical support for flights and aeronautical telecommunications at various stages of their life cycle.Современные условия хозяйственной деятельности эксплуатационных предприятий гражданской авиации актуализируют проблему экономически целесообразных мероприятий по организации технической эксплуатации и обслуживания отраслевого оборудования, в частности средств радиотехнического обеспечения полетов и электросвязи. При этом очевидна необходимость перевода указанных средств на техническое обслуживание по состоянию, вызывающего в свою очередь необходимость решения задач, связанных с определением времени предупредительной замены элементов, диагностируемые параметры которых могут достигнуть предельных значений. В настоящем исследовании разработан алгоритм оценки оптимальной замены элементов с помощью метода условной вероятностной характеристики для систем длительного периода эксплуатации и имеющих фиксированное число отказов. Проведена оценка точности определения искомого параметра при условии, что его изменения имеют детерминированную и случайную составляющие. Найдены математическое ожидание и дисперсия полученной оценки. При условии что время функционирования средств между восстановлениями (ремонтами) имеет тенденцию к уменьшению с увеличением числа отказов, получено среднее число конечных отказов, удовлетворяющее интегральному уравнению Вольтерры. Для анализа стоимостных затрат на восстановление в рамках предложенной модели найдено выражение для удельной стоимости работ в зависимости от принятого правила замены и длины ожидаемых циклов. С учетом математического ожидания последней и сопутствующих затрат сформировано двумерное оптимальное правило замены и показана целесообразность использования такого периода замен, который минимизировал максимум средних затрат. Полученные результаты представляются полезными при организации мероприятий по профилактическому обслуживанию средств радиотехнического обеспечения полетов и электросвязи на различных этапах их жизненного цикла.
Экспериментальный статистический анализ радиолокационных сигналов, отраженных от опасных метеорологических явлений
Get PDFThe nature of the causes of prerequisites for flight accidents due to meteorological conditions has remained unchanged for many years. For the effective operation of aviation, it is necessary to solve the issues of the timely detection of weather hazards and the identification of their intensity. This article discusses the research into the atmospheric reflectivity and turbulence in cumulonimbus clouds using a near-field meteorological radar system. Experimental studies are carried out with the aim of obtaining estimates of statistical characteristics of the reflectivity distribution and turbulence for weather hazards. The methodology for conducting an experimental study to obtain information about the weather hazards (rain shower, thunderstorm and hail), special features of the radar reflectivity propagation and the specific rate of turbulent energy dissipation in the considered conditions for the Tver region is presented. The analysis of the obtained results has been carried out: comparisons of meteorological data derived, using the meteorological radar complex of the near airfield zone (WR BZ), with the reliable sources of meteorological observation data obtained during experimental studies. Studies of horizontal sections and vertical profiles of the weather hazards parameters under consideration, associated with the cumulonimbus area, have been carried out. A data bank has been formed. Histograms of the information parameter distribution have been constructed. The article considers the results of experimental data approximation, using the χ2 criterion for various distribution laws. It is shown that the distributions of reflectivity and turbulence can be described by the generalized Rice’s law. The results obtained can be used to correct the classification criteria of weather hazards to subsequently increase the justification and reliability of the weather hazard classification. The further development of the method to process meteorological information is also of paramount importance to more correctly interpretate experimental data processing results of remote meteorological phenomena sensing.Характер причин возникновения предпосылок к летным происшествиям по метеорологическим условиям является неизменным в течение многих лет. Для эффективной работы авиации необходимо решать вопросы своевременного обнаружения опасных метеоявлений и определения их интенсивности. В настоящей статье обсуждаются исследования атмосферной отражаемости и турбулентности в кучево-дождевых облаках с использованием метеорологического радиолокационного комплекса ближней зоны. Экспериментальные исследования проводятся в интересах получения оценок статистических характеристик распределения отражаемости и турбулентности для опасных метеоявлений. Представлена методика проведения экспериментального исследования по сбору информации об опасных метеорологических явлениях (ливень, гроза и град), особенностях распространения радиолокационной отражаемости и удельной скорости диссипации турбулентной энергии в рассматриваемых условиях для Тверской области. Проведен анализ полученных результатов: сравнения метеорологической информации, полученной при помощи метеорологического радиолокационного комплекса ближней аэродромной зоны с достоверными источниками данных метеорологических наблюдений, полученных в ходе экспериментальных исследований. Произведены исследования горизонтальных разрезов и вертикальных профилей рассматриваемых параметров опасных метеоявлений, связанных с кучево-дождевой областью. Сформирован банк данных. Построены гистограммы распределения информационных параметров. В статье рассмотрены результаты аппроксимации экспериментальных данных по критерию χ2 для различных законов распределения. Показано, что распределения отражаемости и турбулентности могут быть описаны обобщенным законом Райса. Полученные результаты могут быть использованы для коррекции критериев классификации опасных метеоявлений, для последующего повышения оправдываемости и достоверности при классификации опасных метеоявлений. Дальнейшее развитие способа обработки метеорологической информации также имеет большое значение для более корректной интерпретации результатов обработки экспериментальных данных дистанционного зондирования метеорологических явлений
Анализ применимости корреляционно-регрессионных моделей для оценки факторов поставки авиатоплива в труднодоступные арктические районы Крайнего Севера
Get PDFAir transport for the Far East and the Far North is a strategically important mode of transport for most of its part and especially in the Arctic regions. Air transportation plays the most important social and economic role, providing the fastest connection with the rest of Russia and vital transport accessibility of the population of a strategically important region of the Russian Federation. Air transport plays a special role in the largest region of the Russian Federation, the Republic of Sakha (Yakutia), which remains the most isolated and inaccessible region of the country. In the republic, aviation is the only year-round means of transport communication on 85% of the territory. At the same time, the most important factor affecting the year-round provision of transport accessibility for the vast majority of airports in the republic, and especially in the Arctic zone, is the delivery of the required amount of aviation fuel, provided that its consumer properties are preserved. The unique and complex scheme of aviation fuel delivery to the Arctic and remote areas of Yakutia, with up to nine transshipments, leads to the loss of some important parameters of aviation fuel, such as electrical conductivity, and forces airlines flying to the Arctic and remote areas of Yakutia to look for more optimal logistics ways of delivery, storage, ensuring the safety of properties and parameters of aviation fuel. Another factor that directly affects the year-round provision of transport accessibility of the population is the cost of jet fuel, which is about 30 % of the costs of base airlines, such as Yakutia Airlines, where at the base airport Yakutsk the cost of jet fuel in 2021 reached 88 thousand rubles per ton, provided refueling in the wing, with an average value for all airports Russia has about 58 thousand rubles per ton. At the same time, the cost of jet fuel at Arctic airports has approached or has already reached 100 thousand per ton. In order, to find solutions, the authors of this article used a research methodology based on factor analysis using the apparatus of economic and mathematical modeling of the problem of jet fuel delivery due to optimization of the logistics scheme of delivery to remote regions of the Arctic zone. By applying capability assessments correlation and regression analysis, estimation factors for the jet fuel supply chain optimization by optimizing the logistics scheme were carried out. As a result of the research and along with the proposed solutions of practical, technological and economic nature, a regression model is considered on the basis of which the most optimal options for the development of fuel supply of the Republic of Yakutia for air transport in the coming period can be suggested.Воздушный транспорт является стратегически важным видом транспорта для большей части Дальнего Востока и Крайнего Севера, и особенно в арктических районах. Воздушные авиаперевозки выполняют важнейшую социально-экономическую роль, обеспечивая наиболее быструю связь с остальной территорией России и жизненно необходимую транспортную доступность населения стратегически важного региона Российской Федерации. Особую роль воздушный транспорт играет в крупнейшем регионе Российской Федерации Республике Саха (Якутия), которая остается наиболее изолированным и труднодоступным регионом страны. В республике на 85 % территории авиация является единственным круглогодичным средством транспортного сообщения. При этом важнейшим фактором, влияющим на круглогодичное обеспечение транспортной доступности для подавляющего большинства аэропортов республики, и в особенности арктической зоны, является завоз необходимого количества авиатоплива при условии сохранения его потребительских свойств. Не имеющая аналогов сложнейшая схема завоза авиатоплива в арктические и труднодоступные районы Якутии с количеством перевалок до девяти приводит к потере некоторых важных параметров авиатоплива, таких как электропроводность, и вынуждает авиакомпании, выполняющие полеты в арктические и труднодоступные районы Якутии искать более оптимальные логистические пути завоза, хранения, обеспечивая сохранность свойств и параметров авиатоплива. Другим фактором, напрямую влияющим на круглогодичное обеспечение транспортной доступности населения, является стоимость авиатоплива, составляющая около 30 % в расходах базовых авиакомпаний, таких как авиакомпания «Якутия», где в базовом аэропорту Якутск стоимость авиатоплива в 2021 году достигала 88 тыс. рублей за тонну при условии заправки «в крыло», при среднем значении по всем аэропортам России около 58 тыс. рублей за тонну. При этом стоимость авиатоплива в арктических аэропортах вплотную приблизилась или уже достигла 100 тыс. за тонну. Для поиска решений авторами данной статьи использована методология исследования на основе факторного анализа с использованием аппарата экономико-математического моделирования проблемы завоза авиатоплива за счет оптимизации логистической схемы поставки в удаленные регионы арктической зоны. Путем оценки возможностей применения корреляционно-регрессионного анализа проведена оценка факторов, влияющих на оптимизацию завоза авиатоплива путем оптимизации логистической схемы. Как результат исследования и наряду с предложенными решениями практикотехнологического и экономического характеров рассмотрена применимость регрессионной модели, на основе которой могут быть выбраны наиболее оптимальные варианты развития топливного обеспечения Республики Якутия для воздушного транспорта в предстоящем периоде
Автоматизированная система сокращения потерь от испарения и обводнения авиатоплива в резервуарах топливозаправочного комплекса
Get PDFIn the process of the production activity of the airport refueling complex (RC), because of the movement of jet fuel associated with emptying and filling fuel tanks when receiving and supplying jet fuel for aircraft (AC) refueling, two negative phenomena are bound to occur – water contamination in jet fuel with when interacting with air, its evaporation and entrainment into the atmosphere. This entails economic losses, an increased level of fire and explosion hazard and environmental damage. The amount of damage caused by the natural loss of jet fuel, because of the inevitable emission of vapor-air mixture (VAM) from the RC tank farm, reaches 10...14% of the volume of jet fuel transshipment. In turn, such volume of evaporated kerosene leads to a serious environmental problem – pollution of the atmosphere by aviation fuel vapors, escalating the costs for compensation and taxation of environmental management, potential harming the health of the RC full-time staff. The RC becomes a fire-hazardous object, which incurs expenses for fire protection measures. The article evaluates the quantitative and qualitative losses from evaporation and water contamination in fuel in the conditions of storage, reception, and delivery of aviation fuel from the airport RC tanks. Based on the analysis of the mechanism of deterioration of the aviation fuel quality from water contamination and mechanical impurities, as well as losses of light fractions of aviation fuel caused by the phenomena of strong and inconsiderable breathing of tanks of the tank farm facilities, invariably accompanying the processes of storage, delivery, and reception of aviation fuel. The causes and mechanism of formation of aviation fuel losses from strong and inconsiderable breathing of tanks as well as from saturation of the gas space are established. The recommendations for reducing these losses are proposed. The article analyzes the known methods of reducing (preventing) VAM emissions and considers the task of developing reliable and automated methods and technologies for reducing jet fuel losses, particularly, reducing the level of water content in jet fuel. Automation of the processes to minimize jet fuel losses is becoming relevant. The calculation of jet fuel losses from evaporation during storage, reception, and delivery of jet fuel to the airport RC within the heavy air traffic period concerned with the greatest movement of jet fuel, giving an idea of the scale of economic losses and environmental damage, is presented. The currently existing systems for reducing losses of petroleum products are considered. The article presents a technical solution to reduce the loss of jet fuel from evaporation in tanks by developing an automated system that minimizes the level of water content in jet fuel in the tank and reduces the loss of light fractions of jet fuel during storage, reception, and delivery due to the dehumidification of atmospheric air entering the above-fuel space of the tank, as well as VAM condensation and separation under inconsiderable and strong breathing of tanks. The proposed system for reducing losses of aviation kerosene from evaporation will significantly increase the efficiency of capturing VAM of aviation fuel when stored in the RC fuel tank battery, improve the environmental situation of the RC activity, minimize the economic RC losses from natural loss, as well as mitigate the risk for fire hazard of the airport RC. The system is designed for retrofitting tanks for receiving, storing, and delivering jet fuel, fuel tank batteries, fuel, and lubricants warehouses.В процессе производственной деятельности топливозаправочного комплекса (ТЗК) аэропорта в результате движения авиакеросина, связанного с опорожнением и заполнением резервуаров при приеме и выдаче авиатоплива на заправку воздушных судов (ВС), неизбежно происходят два негативных явления – обводнение авиакеросина при взаимодействии с воздухом, его испарение и унос в атмосферу. Это влечет за собой экономические потери, повышенный уровень пожаровзрывоопасности и экологический ущерб. Размеры ущерба от потерь естественной убыли авиатоплива в результате неизбежной эмиссии паровоздушной смеси (ПВС) из оборудования резервуарного парка ТЗК достигают 10…14 % от объема перевалки авиакеросина. В свою очередь такой объем испаряемого керосина приводит к серьезной экологической проблеме – загрязнению атмосферы парами авиатоплива, приводящей к затратам на компенсацию и налогообложение природопользования, возможности нанесения вреда здоровью штатного персонала ТЗК, а также к тому, что ТЗК становится пожароопасным объектом, что влечет за собой затраты на пожароохранные мероприятия. В статье проведена оценка количественных и качественных потерь от испарения и обводнения в условиях хранения, приема и выдачи авиатоплива из резервуаров ТЗК аэропорта. На основании анализа механизма ухудшения качества авиатоплива от обводнения и загрязнения механическими примесями, а также потерь легких фракций авиатоплива (ЛУВ), вызванного явлениями больших и малых дыханий резервуарного оборудования, неизбежно сопровождающих процессы хранения, выдачи и приема авиатоплива, установлены причины и механизм образования потерь авиатоплива от малых и больших дыханий, потери от насыщения газового пространства и предложены рекомендации по снижению этих потерь. В статье проведен анализ известных способов снижения (предотвращения) выбросов ПВС и рассматривается задача создания надежных и автоматизированных методов и технологий уменьшения потерь авиакеросина, в частности уменьшения уровня содержания воды в авиакеросине. Актуальной становится автоматизация процессов уменьшения потерь авиакеросина. Приведен расчет потерь авиатоплива от испарений при хранении, приеме и выдаче авиатоплива в ТЗК аэропорта в период наиболее интенсивных полетов, а значит, наибольшего движения авиакеросина, дающие представление о масштабе экономических потерь и экологического ущерба. Рассмотрены существующие системы уменьшения потерь нефтепродуктов, применяемых в настоящее время. В статье представлено техническое решение для сокращения потерь авиакеросина от испарения в резервуарах путем разработки автоматизированной системы, которая обеспечивает снижение уровня обводненности авиатоплива в резервуаре и сокращение потерь легких фракций авиатоплива при хранении, приеме и выдаче авиатоплива, за счет осушения атмосферного воздуха, поступающего в надтопливное пространство резервуара, а также конденсации и отделению ПВС при малых и больших дыханиях резервуара. Предложенная к использованию система сокращения потерь авиакеросина от испарения позволит существенно повысить эффективность улавливания ПВС авиатоплива при хранении в резервуарном парке ТЗК, улучшить экологическую обстановку топливозаправочной деятельности ТЗК, минимизировать экономические потери ТЗК от естественной убыли, а также понизить уровень пожароопасности ТЗК аэропорта. Система предназначена для дооборудования резервуаров приема, хранения и выдачи авиатоплива, резервуарных парков, складов ГСМ ТЗК
Применение метода малых отклонений для диагностирования технического состояния авиационного газотурбинного двигателя на переходных режимах его работы
Get PDFThe article deals with issues related to the use of parametric information of the transient-state gas turbine engines (GTE) operation conditions for diagnosing their technical condition during the operation. A review of general approaches to computational algorithms for the recognition and classification of the condition applicable to aircraft GTE has been carried out. The significance of analytical models in modern algorithms for assessing the technical GTE condition is emphasized. The construction of a linearized mathematical model for the transient-state condition of the generalized-scheme aircraft GTE operation has been considered. It represents a system of equations analytically combining the relative parameter divergences measured during the engine operation with the relative divergences of unmeasured thermogasdynamic parameters and geometric gas-air flow duct parameters allowing for the technical condition of gas-air channel elements to be classified. A method for constructing mathematical and diagnostic engine models, using the transient response data, has been formulated. The capability of employing a method of insignificant divergences, used to build linear (linearized) mathematical and diagnostic GTE models for the steady-state conditions of its operation, has been demonstrated as well. It is shown that, despite the structural similarity of linear models of the steady and transient-state processes, diagnostics by means of the stated above processes is based on completely different principles – under the steady-state condition, the classification of a technical condition is determined by the variation in the value of the group of controlled responses, and under the transient-state condition, this operation is based on correlating the change in the transient-state behavior. To ensure the versatility of employing proposed methods regarding various GTE designs installed on modern civil aircraft, a generalized-design aircraft GTE model – a three-shaft bypass turbojet engine with mixing flows in a common jet nozzle, has been considered.В статье рассмотрены вопросы, связанные с использованием параметрической информации переходных режимов работы газотурбинных двигателей (ГТД) для диагностирования их технического состояния в процессе эксплуатации. Проведен обзор общих подходов к вычислительным алгоритмам распознавания и классификации состояний применительно к авиационным ГТД. Показано место аналитических моделей в современных алгоритмах оценки технического состояния авиационных ГТД. Рассмотрено построение линеаризованной математической модели переходного режима работы авиационного ГТД обобщенной схемы – системы уравнений, аналитически связывающих относительные отклонения параметров, измеряемых в процессе работы двигателя, с относительными отклонениями неизмеряемых термогазодинамических параметров и геометрических параметров газовоздушного тракта, позволяющих классифицировать техническое состояние элементов проточной части газотурбинного двигателя. Сформулирован метод построения математической и диагностической моделей двигателя с использованием характеристик переходного процесса, а также показана возможность применения метода малых отклонений, используемого для построения линейных (линеаризованных) математических и диагностических моделей ГТД для стационарных режимов его работы. Показано, что, несмотря на структурное сходство линейных моделей установившегося и переходного процессов, диагностирование с их помощью базируется на совершенно разных принципах – на установившемся режиме классификация технического состояния определяется по изменению величины группы контролируемых откликов, а на переходном режиме эта операция основывается на сопоставлении изменения характера протекания переходного процесса. Для обеспечения универсальности применения предложенных методов к различным схемам ГТД, устанавливаемых на современных самолетах гражданской авиации, рассмотрена модель обобщенной схемы авиационного газотурбинного двигателя – трехвального двухконтурного турбореактивного двигателя со смешением потоков в общем реактивном сопле
Обоснование исходных данных параметрических алгоритмов классификации опасных метеоявлений
Get PDF The meteorological situation is one of the decisive factors determining the safety and frequency of civil aviation flights. Weather hazards (WH), associated with cumulonimbus clouds, such as a heavy shower, thunderstorm, hail, combined with high atmosphere turbulence, quite often lead to aviation events and even accidents. Currently, a domestic weather radar system of the near airfield zone (WR) “Monocle” has been developed and successfully operated. The criteria for the classification of meteorological phenomena (MP), used in the WR, have been developed individually for each phenomenon and have some heuristic character. These criteria are cumbersome and complicate the process of automating the WH classification. In this case, there is a natural desire to generalize the criteria and optimize them in accordance with the theory of distinguishing statistical hypotheses. This article discusses the application of the Bayesian approach to the WH classification. The statistical Bayesian decision theory assumes decision-making in terms of the probability theory when all significant probabilistic values, so-called sufficient statistics, are known. In order to obtain statistical descriptions of the probability distributions of reflectivity and the eddy dissipation rate (EDR), an analysis of radar signals, reflected from such MP as a rain shower, thunderstorm, hail was carried out. The article provides brief descriptions of the methods of conducting experiments to form statistical database and its analysis. Based on the above methods, the statistical parameter H(EDRmax) analysis for a rain shower, the amplitude distribution of reflectivity parameters and the EDR (Zmax, EDRmax) for thunderstorms and hail was carried out, which showed the low distinguishing ability of each individual parameter when solving the problem to classify MP within the assigned alphabet. The obvious solution is dictated by the theory of recognition. To increase the classification confidence, it is essential to share information parameters, for example, in the form of multidimensional distribution densities of the probabilities of random parameters. The article presents a parametric description of the MP “rain shower-thunderstorm-hail” classification features. An analysis to evaluate the probabilistic characteristics of the WH classification for the adopted empirical classification criteria in the WR shows that the adopted criteria are far from optimal in terms of the probabilities of the correct classification, especially in the rain shower case. It is obvious that a problem solution of the assigned classification confidence is associated with the optimization of the feature space and classification criteria. Based on the data obtained, it is necessary to build an algorithm to classify the WH “rain shower-thunderstorm-hail”. Метеорологическая обстановка является одним из решающих факторов, определяющих безопасность и регулярность полетов гражданской авиации. Опасные метеорологические явления (ОМЯ), связанные с кучево-дождевой облачностью, такие как ливень, гроза, град, в сочетании с сопровождающей их высокой турбулентностью атмосферы нередко приводят к авиационным событиям и даже авиакатастрофам воздушных судов (ВС). В настоящее время разработан и успешно эксплуатируется отечественный метеорологический радиолокационный комплекс ближней аэродромной зоны (МРЛК БАЗ) «Монокль». Критерии классификации метеоявлений, используемые в МРЛК БАЗ, разработаны для каждого явления отдельно и носят некоторый эвристический характер. Данные критерии громоздки и затрудняют процесс автоматизации классификации ОМЯ. В этом случае возникает естественное желание обобщить критерии и оптимизировать их в соответствии с теорией различения статистических гипотез. В данной статье рассматривается применение Байесовского подхода к классификации ОМЯ. Статистическая теория принятия решений, разработанная Байесом, основана на выборе решения в рамках теории вероятностей, когда известны все представляющие интерес вероятностные величины, так называемые достаточные статистики. С целью получения статистических описаний вероятностных распределений отражаемости и удельной скорости диссипации турбулентной энергии был проведен анализ радиолокационных сигналов, отраженных от таких метеоявлений, как ливень, гроза, град. В статье приведены краткие описания методики проведения экспериментальных исследований для формирования базы статистических данных и ее анализа. На основании приведенных методик был проведен статистический анализ параметра H(EDRmax) для ливня, а также амплитудного распределения параметров отражаемости и удельной скорости диссипации турбулентной энергии (Zmax, EDRmax) для гроз и града, который показал невысокую различительную способность каждого отдельного параметра при решении задачи классификации метеоявлений в пределах заданного алфавита. Очевидный выход из создавшейся ситуации диктует теория распознавания. Для повышения достоверности классификации необходимо совместное использование информационных параметров, например, в виде многомерных плотностей распределения вероятностей случайных параметров. В статье приведено параметрическое описание признаков классификации метеорологических явлений «ливень – гроза – град». Анализ оценки вероятностных характеристик классификации ОМЯ для принятых эмпирических критериев классификации в МРЛК БАЗ показывает, что принятые критерии далеки от оптимальности с точки зрения вероятностей правильной классификации, особенно в случае с ливнем. Очевидно, что решение задачи заданной достоверности классификации связано с оптимизацией признакового пространства и критериев классификации. Далее, на основании полученных данных, необходимо построить алгоритм классификации опасных метеоявлений «ливень – гроза – град»
Обзор целевых объектов применения беспилотных летательных аппаратов, работающих в составе группы
Get PDFCurrently, the big number of companies, and specifically in Russia, is engaged in designing unmanned aerial vehicles (UAV). It is caused by the tendency to reduce human labor in various fields of activity, in particular, associated with a great risk to life and health. All these factors lead to the steady growth of different-type missions for the UAV application. Urgency of the research generates considerable interest towards the issues of the UAV application. As part of developing a method for determining UAV design parameters, the author analyzed the results in this domain, considering the operation in a group of aircraft. In order to propose a conceptual aircraft solution for designing a model, the analysis of target objects for the UAV group application was conducted. The article considers various target objects for the application of UAV groups. The result of the analysis for target objects can form the basis for the conclusion involved with the imposed requirements for the design of this UAV class. Compared to other specialists’ articles, this paper is distinguished by synthesizing the achievements in the sphere of group-operated UAV design, as well as by establishing the basic trends for their application while conducting warfare.В настоящее время большое количество фирм, в том числе и в России, занимается разработкой в сфере беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Это объясняется стремлением к уменьшению человеческого труда в различных сферах деятельности, в частности связанных с большим риском для жизни и здоровья. Все это ведет к постоянному расширению спектра задач применения беспилотных аппаратов. Большой интерес к проблемам группового применения БПЛА показывает актуальность выбранной темы исследования. В рамках разработки метода определения проектных параметров беспилотного самолета, учитывая функционирование в группе аппаратов, авторы провели анализ результатов в этой области. Постановке задачи формирования облика как концептуальной характеристики аппарата предшествует анализ целевых объектов применения группы БПЛА. В статье рассмотрены различные целевые объекты применения групп аппаратов. Результат анализа целевых объектов может быть заложен в основу вывода о предъявляемых требованиях к проектированию данного класса БПЛА. Элементом новизны работы, по сравнению с работами других специалистов, является обобщение материалов опыта достижений в области разработки БПЛА, работающих в составе групп, а также выявление основных сценариев их применения при выполнении спецопераций
К методике управления рисками эксплуатантов беспилотных авиационных систем
Get PDFOperators of unmanned aircraft systems (UAS), performing aeronautical work in accordance with the certification requirements of the Federal Aviation Regulations, are obliged to have a Flight Safety Management System (FSMS), the critical element of which is risk management. The utilization of the risk assessment methods and the development of corrective actions, used in manned aviation, is problematic due to the UAS operational characteristics. The article presents the FSMS methodology for UAS of category B (special category) based on the developments of JARUS group, established with EASA, to address the unmanned aviation operation issues. The proposed methodology integrates the SORA method provisions, developed by JARUS, and comprised into seven documents, into the unified logically related system with consideration to the specific traits of the Russian Federation Aviation legislation and the terminology adopted in the Russian Federation civil aviation. The key problem of assessing the expected effectiveness of risk management actions in the JARUS methodological guidelines does not have a complete solution.The article proposes to solve the problem using professional evaluation by means of the hierarchy analysis method of the fuzzy set theory. This allows us to reasonably build the hierarchy of actions according to their impact on risk mitigation and to classify them into three categories. Such a classification is imperative to evaluate the applicability of actions depending on the amount of total risk. Although the UAS operation of category B is supposed to be performed in the segregated airspace, the methodology takes into consideration not only the risks of collision with objects on the ground but also mid-air collision risks with manned aircraft, since it is usually impractical to create the “ideal” segregated airspace. The proposed methodology can be utilized in the long view when developing risk management practices of UAS operation of category C in open skies.Эксплуатанты беспилотных авиационных систем (БАС), выполняющие авиационные работы, в соответствии с сертификационными требованиями федеральных авиационных правил обязаны иметь систему управления безопасностью полетов, центральным компонентом которой является управление рисками. Непосредственное использование методов оценки рисков и разработки корректирующих мероприятий, применяемых в пилотируемой авиации, затруднительно ввиду эксплуатационных особенностей БАС. В статье представлена методика управления рисками для безопасности полетов БАС категории В (специальной категории), основанная на разработках группы JARUS, созданной при EASA для решения проблем беспилотной авиации. Предлагаемая методика объединяет положения метода SORA, разработанные JARUS и разбросанные в семи документах, в единую логически связанную систему с учетом особенностей воздушного законодательства РФ и принятой в ГА РФ терминологии. Важная задача оценки предполагаемой эффективности мероприятий по управлению рисками в методических разработках JARUS не имеет законченного решения. В статье предлагается восполнить этот пробел с применением обработки экспертных оценок методом анализа иерархий теории нечетких множеств. Это позволяет обоснованно построить иерархию мероприятий по степени их влияния на снижение рисков и разделить их на три группы. Такое деление необходимо для оценки применимости мероприятий в зависимости от величины суммарного риска. Хотя эксплуатация БАС категории В предполагается в сегрегированном воздушном пространстве, методика учитывает не только риски столкновения с объектами на земле, но и риски столкновения с пилотируемыми ВС, поскольку на практике создать «идеальное» сегрегированное пространство обычно не удается. Предлагаемая методика может использоваться в перспективе при разработке методов управления риском эксплуатации БАС категории С в открытом воздушном пространстве.