Civil Aviation High TECHNOLOGIES (E-Journal) / Научный вестник МГТУ ГА
Not a member yet
885 research outputs found
Sort by
Влияние физико-химических свойств керосина и биотоплив на характеристики газотурбинных двигателей
No full textThe current development trend of global civil aviation is the growth of passenger and freight traffic, which entails the consumption of jet fuel. Under these conditions, increasing the efficiency of jet fuel used is of great importance. Global energy consumption is constantly growing, and, first of all, the question of diversification of oil resources arises, resources from which the bulk of motor fuels is produced. Other types of raw energy sources (natural gas, coal, bio-mass) currently account for only a small part. However, an analysis of the development of jet fuels indicates that work is underway to obtain these from other sources of raw materials, especially bio-fuels. Much attention is given to obtaining bio-fuels from renewable sources – such as algae. The issue of the mass transition of civil aviation to alternative fuels is complex and requires the solution of intricate technical as well as economic issues. One of these is the assessment of the impact of new fuels on GTE performance. It is important to give an objective and quick assessment of the use of various types of fuels on the main characteristics of the engine – i.e., throttle and high-speed characteristics. In this case, it is necessary to take into account chemical processes in the chemical composition of new types of fuel. To assess the effect of fuels on the characteristics of a gas turbine engine, it is proposed to use a mathematical model that would take into account the main characteristics of the fuel itself. Therefore, the work proposes a mathematical model for calculating the characteristics of a gas turbine engine taking into account changes in the properties of the fuel itself. A comparison is made of the percentage of a mixture of biofuels and JetA1 kerosene, as well as pure JetA1 and TC-1 kerosene. The calculations, according to the proposed model, are consistent with the obtained characteristics of a gas turbine engine in operation when using JetA1 and TC-1 kerosene. Especially valuable are the obtained characteristics of a gas turbine engine depending on a mixture of biofuel and kerosene. It was found that a mixture of biofuel and kerosene changes the physicochemical characteristics of fuel and affects the change in engine thrust and specific fuel consumption. It is shown that depending on the obtained physicochemical properties of a mixture of biofuel and kerosene, it is possible to increase the fuel efficiency and environmental friendliness of the gas turbine engines used.Cовременной тенденцией развития мировой гражданской авиации является рост пассажирских и грузовых перевозок, что влечет потребление авиакеросина. В этих условиях важное значение приобретает повышение топливной эффективности применяемого авиатоплива. Мировое потребление энергоресурсов непрерывно возрастает, и прежде всего встает вопрос о диверсификации ресурсов нефти, из которой производится основная доля моторных топлив, на другие виды сырья (природный газ, уголь, биомассу) в настоящее время приходится только незначительная часть объема производства. Однако анализ развития авиатоплив свидетельствует, что интенсивно ведутся работы по получению авиатоплив из других источников сырья, и особенно биотоплива. Большое внимание уделяется получению биотоплива из восстанавливаемых источников – водорослей. Проблема массового перехода гражданской авиации на альтернативные виды топлива является сложной и требует решения комплексных как технических, так и экономических вопросов. Одним из таких вопросов является оценка влияния новых видов топлива на служебные характеристики ГТД. Важно дать объективную и быструю оценку влияния применения различных видов топлив на основные характеристики двигателя – дроссельную и высотно-скоростные. При этом необходимо учитывать сложные химические процессы в химмотологической системе новых видов топлива. Для оценки влияния топлив на характеристики ГТД предлагается применить математическую модель, которая бы учитывала основные характеристики самого топлива. Поэтому в работе предложена математическая модель расчета характеристик ГТД с учетом изменения свойств самого топлива. Проведено сравнение процентного соотношения смеси биотоплива и керосина JetA1, а также чистых керосинов JetA1 и ТС-1. Данные расчеты по предложенной модели согласуются с получаемыми характеристиками ГТД в эксплуатации при использовании керосинов JetA1 и ТС-1. Особенно ценным являются полученные характеристики ГТД в зависимости от смеси биотоплива и керосина. Установлено, что смесь биотоплива и керосина изменяет физико-химические характеристики топлива и влияет на изменение тяги двигателя и удельного расхода топлива. Показано, что в зависимости от получаемых физико-химических свойств смеси биотоплива и керосина можно повысить топливную эффективность и экологичность применяемых ГТД
К РАСЧЕТУ КОНЦЕНТРАЦИИ КОНТАКТНОЙ НАГРУЗКИ В СОЕДИНЕНИЯХ С НАТЯГОМ ТОНКОСТЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ
Get PDFA number of aviation assemblies are made as pressure couplings of thin-wall components, e.g., shafts and hubs, durability of which is related to fitting contact load concentrations under cyclic and dynamic loadings. This article discusses a numeric solution to the contact problem. The solution is introducing into the calculations a conventional boundary layer, any shift of which is equivalent to a roughness deformation of fitting surfaces. The mathematical model of a pressure coupling is founded on a division of deformations into general (axisymmetric bending of components) and local deformations (microroughness compression) that are determined independently. To simplify the solution, the dependence of the contact convergence of the surfaces on the pressure is subjected to linearization in the form of a model of a rigid plastic body with linear strengthening. Convergence values in section are only determined by the pressure and do not depend on the stress-and-strain behaviors of areas adjacent to the rough interfacial space. The Green’s functions method is used to find radial shifts of components, while the solution is expressed by the Fredholm integral equation. That is reduced to a finite system of linear algebraic equations when the contact is made discrete. This approach provides solution stability through strengthening of the main diagonal of the resolving system, while the evaluation accuracy of the concentration coefficient depends on the subinterval value. It has been found that any disclosure of a coupling beneath the faces of an enveloping body is practically impossible for that model. The comprehensive approach provides a generalized solution for orthotropic and stepwise shells, as well as for components with specific design features and various strengths of areas adjacent to fitting sites. Deviations of the shape of the contact surfaces from the straightness are taken into account by its respective pressure coupling function. The analysis of the findings suggests that the concentration coefficient value slumps as the contact compliance coefficient of the borderline layer increases. Any shape deviations of the fitting surfaces, including their coning and concavity, increase the contact load concentration, while their convexity causes a reverse effect. We recommend using strengthening treatment methods, e.g., application of regular micropattern in the shape of helical flute at a certain pitch while applying a constant or a variable force on the diamond indenter, or vibration smoothing in order to control the shaft surface finishing to improve the stressand-strain behavior of the seam and to impart an artificial barrel shape of a preset value to the shaft. These technologies compensate contact load concentrations, and, together with the strengthening factor, enhance the fatigue limit of such assemblies.Целый ряд узлов авиационной техники представляет собой соединения с натягом тонкостенных деталей типа вал-втулка, выносливость которых в условиях циклического и динамического нагружения связана с концентрацией контактной нагрузки от посадки. Поэтому в статье рассмотрено численное решение данной контактной задачи. Его особенность состоит во введении в расчет условного граничного слоя, смещение которого эквивалентно деформации шероховатости посадочных поверхностей. Математическая модель напряженного соединения строится на принципе разделения деформаций на общие (осесиммметричный изгиб деталей) и местные (обжатие микронеровностей) при их независимом определении. Для упрощения решения зависимость контактного сближения поверхностей от давления подвергается линеаризации в виде модели жестко-пластического тела с линейным упрочнением. Величина сближения в сечении определяется только давлением в этом же сечении и не зависит от деформативности соседних участков шероховатого межповерхностного пространства. Для вычисления радиальных смещений деталей используется метод функций влияния (функций Грина), а решение описывается интегральным уравнением Фредгольма. При дискретизации контакта оно сводится к конечной системе линейных алгебраических уравнений. Такой подход обеспечивает устойчивость решения за счет усиления главной диагонали разрешающей системы, а точность определения значения коэффициента концентрации зависит от величины шага разбиения. Установлено, что для подобной модели соединения раскрытие стыка под торцами охватывающего тела практически невозможно. Универсальный подход позволяет обобщить решение для конструктивноортотропных и ступенчатых оболочек, а также для деталей с конструктивными особенностями и разной жесткостью участков, близко расположенных от места посадки. Отклонения формы контактных поверхностей от прямолинейности учитываются с помощью соответствующей функции натяга. Из анализа полученных результатов следует, что величина коэффициента концентрации заметно падает с ростом контактной податливости граничного слоя. Отклонения формы посадочных поверхностей в виде конусности и вогнутости увеличивают концентрацию контактной нагрузки, а ее выпуклость приводит к обратному эффекту. Для управления качеством поверхности вала с целью увеличения деформативности стыка или создания ее искусственной бочкообразности заданной величины рекомендуется использовать такие методы отделочно-упрочняющей обработки, как нанесение регулярного микрорельефа в виде винтовой канавки с определенным шагом с постоянным или переменным усилием на алмазный индентор или вибровыглаживание. Применение подобных технологий позволяет скомпенсировать концентрацию контактной нагрузки и, наряду с фактором упрочнения, увеличить усталостную прочность таких узлов
Безопасная посадка самолета с отказавшими двигателями в условиях ветра
Get PDFThe engine failure, according to the flight safety inspection of the Federal Air Transport Agency, caused 4 of 6 aviation accidents in 2017, including 2 air disasters. In general, from 2001 to 2017, events related to the engine failure became the second most frequent cause of aviation accidents (13% of aviation accidents and 12% of air disasters). The worst consequences are associated with the engine failure at the most difficult and crucial stage of the flight landing. For example, it was the engine failure on the final approach that caused the crash of the L-410UVP-E20 RA-67047 aircraft near the Nelkan airfield on November 15, 2017. The article discusses a limiting situation in some sense – the landing of an aircraft with all failed engines under the wind conditions. The authors have proposed for this situation a methodology of calculating the landing approach of an aircraft under the wind conditions in case of failure of all engines of its power plant to an aerodrome equipped with an outer marker. The key features of such methodology are, firstly, the absence of necessity to link the path to the landmarks in the landing aerodrome area, and, secondly, the simplicity of the synthesis and the implementation of the aircraft control based on the proposed methodology during landing in both manual and director or automatic modes. To calculate the approach using the proposed methodology, the crew only needs to know the following values: the minimum drag airspeed on final approach, the height of the flight over an outer marker before landing and spiral approach leg. The content of the methodology in the article is illustrated by the results of the approach calculation when all of the main engines of the Russian short-medium-range MS-21 aircraft fail under the wind conditions.Отказ двигателя, согласно данным управления инспекции по безопасности полетов федерального агентства воздушного транспорта, стал причиной 4 из 6 авиационных происшествий в 2017 году, в том числе 2 катастроф. В целом за период с 2001 по 2017 годы события, связанные с отказом двигателя, стали второй по частоте причиной возникновения авиационных происшествий (13% авиационных происшествий и 12% катастроф). Самые тяжелые последствия связаны с отказом двигателя на наиболее сложном и ответственном этапе полета – посадке. Так, например, именно отказ двигателя на предпосадочной прямой стал причиной катастрофы самолета L-410UVP-E20 RA-67047 в районе аэродрома Нелькан 15 ноября 2017 года. В данной статье рассматривается в некотором смысле предельная ситуация – посадка самолета со всеми отказавшими двигателями в условиях ветра. Для указанной ситуации предлагается методика расчета захода на посадку воздушного судна (ВС) в условиях ветра при отказе всех двигателей его силовой установки на аэродром, оборудованный дальним приводным радиомаяком (ДПРМ). Ключевыми особенностями названной методики являются, во-первых, отсутствие необходимости в привязке траектории к наземным ориентирам в районе аэродрома посадки, и, во-вторых, простота синтеза и реализации управления самолетом на основе предлагаемой методики при посадке как в ручном, так и в директорном или автоматическом режимах. Для расчета захода на посадку с помощью предлагаемой методики экипажу необходимо знание только следующих величин: наивыгоднейшей скорости ВС в посадочной конфигурации, высоты пролета ДПРМ перед посадкой и шага спирали на высоте предпосадочного маневрирования. Содержание методики в статье проиллюстрировано результатами расчета захода на посадку в условиях ветра при отказе всех маршевых двигателей российского ближне-среднемагистрального самолета МС-21
ПОСТРОЕНИЕ РЕШЕНИЙ КУСОЧНО-ЛИНЕЙНЫХ ФАЗОВЫХ СИСТЕМ
Get PDFThe creation of methods for the study of nonlinear phase systems has a long history, since the 60s of the last century (V.I. Tikhonov, V. Lindsay, M.V. Kapranov, B.I. Shakhtarin, etc.). By now, rigorous and approximate analysis methods of such systems have been developed. However, most methods are limited to the analysis of low order systems. Only in recent years attempts have been made to create methods, which allow to carry out the analysis of high-order phase systems. The material of this article deals with these methods. The article considers the construction of solutions of phase systems on the example of phase-locked frequency of arbitrary dimension with piecewise linear approximation of the nonlinear function. This approximation allowed to use an explicit form of solutions in the linearity and to obtain analytical conditions for the existence of various types of system behavior. The analytical conditions for the existence of solutions leading to the emergence of complex limit sets of the trajectories of phase systems and their bifurcations are obtained. These are homoclinic trajectories in the case of the saddle-focus equilibrium state, which play a decisive role in the occurrence of chaos. It is also shown that it is possible to obtain analytical conditions for the bifurcation of the birth and the existence of multi-pass rotational cycles in a piecewise linear phase system, on the basis of which a criterion for the transition to chaos through bifurcations cascade of doubling the stable cycle period can be obtained; in accordance with the Sharkovsky theorem it ends with the bifurcation of the cycle birth of the period three and the occurrence of developed chaos. It should be noted that the research methods of piecewise linear systems described in the paper were applied by the authors not only to phase systems, but, for example, to the Chua system, allowing various chaotic behavior.Создание методов исследования нелинейных фазовых систем имеет длительную историю, начиная с 60-х годов прошлого века (В.И. Тихонов, В. Линдсей, М.В. Капранов, Б.И. Шахтарин и др.). К настоящему времени разработаны строгие и приближенные методы анализа таких систем. Однако большинство методов ограничиваются анализом систем невысокого порядка. Лишь в последние годы предприняты попытки создания методов, позволяющих проводить анализ фазовых систем высокого порядка. К таким методам относится и материал данной статьи. В статье рассмотрено построение решений фазовых систем на примере фазовой автоподстройки частоты произвольной размерности с кусочно-линейной аппроксимацией нелинейной функции. Такая аппроксимация позволила использовать явный вид решений в областях линейности и получить аналитические условия существования разнообразных типов поведения этой системы. Получены аналитические условия существования решений, приводящих к возникновению сложных предельных множеств траекторий фазовых систем и их бифуркаций. Это гомоклинические траектории в случае состояния равновесия типа седло-фокус, играющие решающую роль в возникновении хаоса. Также показана возможность получения аналитических условий бифуркации рождения и существования многообходных вращательных циклов в кусочно-линейной фазовой системе, на основе которых может быть получен критерий перехода к хаосу через каскад бифуркаций удвоения периода устойчивого цикла, который в соответствии с теоремой Шарковского заканчивается бифуркацией рождения цикла периода три и возникновением развитого хаоса. Следует отметить, что описанные в работе методы исследования кусочно-линейных систем применялись авторами не только к фазовым системам, но, например, к системе Чуа, допускающей разнообразное хаотическое поведение
АЛГОРИТМ ДЕФОРМАЦИИ СЕТКИ ДЛЯ УЧЕТА ЦИКЛИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ И МАХОВЫХ ДВИЖЕНИЙ ЛОПАСТЕЙ В ЗАДАЧЕ ОБТЕКАНИЯ НЕСУЩЕГО ВИНТА ВЕРТОЛЕТА
Get PDFThis paper presents the developed algorithm for numerical grid deformation for solving the problems of modeling the flow around the helicopter main rotor in the horizontal flight mode with allowance for flapping movements and cyclic changes in the angle of the blade installation. In general, this algorithm can be applied to simulate the aerodynamics of solid bodies deviating from its initial position at angles up to 90 degrees in the vertical and horizontal planes relative to the origin point, and also performing a rotational motion at an angle up to 90 degrees around the axis through the center of coordinates and the body mass center. The first part provides a brief overview of the existing methods of the computational grid deformation for solving various problems of numerical simulation. These include methods for rebuilding the grid, moving grids and "Chimera" grids. The second part describes the algorithms for allocating of grid deformation and for finding the final coordinate of the computational grid nodes in the presence of a predetermined blade control law. The equations of the deformation zones shape in numerical grid are given. The influence of variables on zones sizes is shown. The third part presents the results of methodological calculations confirming the performance and limitations when choosing mesh deformation zones. The influence of the size and shape of the deformation zones of the numerical grid on the quality of the mesh elements is also shown. This work is methodical in nature and is a preliminary stage in the numerical modeling of the flow around the helicopter main rotor taking into account the automatic main rotor balancing and blades flapping.В данной работе представлен разработанный алгоритм деформации расчетной сетки для решения задач моделирования процесса обтекания несущего винта вертолета на режимах висения и косого обтекания при учете маховых, качательных движений и циклического изменения угла установки лопасти. В общем случае данный алгоритм может быть применен для моделирования аэродинамики твердых недеформируемых тел, отклоняющихся от своего начального положения на углы до 90 градусов в вертикальной и горизонтальной плоскостях относительно точки начала координат, а также совершающих вращательное движение на угол до 90 градусов вокруг оси, проходящей через центр координат и центр масс тела. В первой части представлен краткий обзор существующих методов деформации расчетной сетки для решения различных задач численного моделирования. К ним относятся методы перестроения сетки, подвижные сетки, сетки типа «Химера». Во второй части описаны алгоритмы выделения подобластей для деформации сетки и поиска конечной координаты узлов расчетной сетки при наличии заранее заданного закона управления лопастями. Приведены уравнения, описывающие форму зон деформации расчетной сетки, показано, какие переменные влияют на их размеры. В третьей части представлены результаты методических расчетов, подтверждающие работоспособность и ограничения при выборе зон деформации сетки. Также показано влияние размеров и формы зон деформации расчетной сетки на качество сеточных элементов. Данная работа носит методический характер и является предварительным этапом при проведении численного моделирования обтекания несущего винта вертолета с учетом автоматической балансировки винта и махового движения лопастей
Определение критериев прочности по условиям визуальной контролепригодности ударных повреждений в композитных авиационных конструкциях
Get PDFOne of the principal criteria of aircraft composite design strength on the conditions of damage tolerance is the minimum defect size of accidental impact damage that is sure to be located during regular maintenance checks. Construction strength with similar (BVID – Barely Visible Impact Damage) and smaller damages must be ensured under design load. The analysis of operational factors affecting the criterion value is conducted in the paper. The effects of personnel qualification, surface color, level of contamination, distance to the object as well as defect size variations during the time due to relaxation of inner strains in the damaged construction were studied.Research was carried out using 90 carbon fiber three stinger panels of different color and contamination levels which were subject to impact damages by a 25 mm spherical striker. Totally 80 blows were struck when applying energy within the range of 3–107 J. In the visual damage detectability test under different conditions 42 experts were participated including 25 airlines inspectors. For the statistical analysis of empirical data and determination of dependence for the damage detection probability on its size, the Weibull function was utilized. Determination of BVID size using "90/95" criterion was performed by means of the bootstrap method (95% of inspectors must detect not less than 90% of defects with the size not smaller than BVID). The results obtained in this study enabled to access the degree of various operational factors impact on reliability of damage detectability during the visual inspection and determine BVID values depending on the combination of the given factors. In particular, it was demonstrated that from all the viewing distances the defects in polymer composite materials are more detectable on the blue surface than on the gray and red ones. Conducted research demonstrated a significant effect of relaxation (the reduction effect of the surface defect sizes in the composite panel affected by different factors during time span) on the probability of defect detectability during operation. Also water saturation of the construction under excessive temperatures has the critical compared with other factors impact on relaxation of damages in polymer composite materials. The obtained results accord with the data in foreign publications making them more supplement and specific. On the basis of conducted research the entire range of recommendations for aircraft designers and operators utilizing composite constructions is formulated. Одним из основных критериев прочности композитной авиационной конструкции по условиям допускаемых повреждений является минимальный размер дефекта от случайного ударного повреждения, который гарантированно обнаруживается при стандартных формах технического обслуживания самолета. Прочность конструкции, имеющей такие (называемые BVID – Barely Visible Impact Damage) и меньшие повреждения должна быть обеспечена при расчетной нагрузке. В работе выполнен анализ эксплуатационных факторов, влияющих на величину этого критерия. Исследовано влияние квалификации персонала, цвета поверхности, уровня загрязненности, расстояния до объекта, а также явления изменения размера дефекта во времени вследствие релаксации внутренних напряжений в поврежденной конструкции. Исследования проводились с использованием 90 углепластиковых трехстрингерных панелей различного цвета и степени чистоты, на которые 25-миллиметровым сферическим бойком были нанесены ударные повреждения. Всего было нанесено 80 ударов с энергией в диапазоне 3–107 Дж. В эксперименте по визуальной обнаруживаемости повреждений в различных условиях участвовали 42 специалиста, в том числе 25 сотрудников авиакомпаний. При статистической обработке экспериментальных данных и определении зависимости вероятности обнаружения повреждения от его размера использовалась функция Вейбулла. Оценка размера BVID по критерию «90/95» (95 % проверяющих должны обнаружить не менее 90 % дефектов с размером не меньше BVID) выполнялась с помощью технологии бутстреп-моделирования. Результаты проведенного исследования позволили оценить степень влияния различных эксплуатационных факторов на надежность выявления повреждений при визуальном эксплуатационном контроле и определить значения BVID в зависимости от комбинации этих факторов. В частности, показано, что на синей поверхности повреждения в ПКМ видны лучше, чем на красной или серой, при любом расстоянии до объекта. Выполненные исследования продемонстрировали существенное влияние релаксации (эффекта уменьшения со временем под воздействием различных факторов размеров поверхностного дефекта в композитной панели) на возможность выявления дефекта в эксплуатации. При этом критическое по сравнению с другими факторами влияние на релаксацию повреждений в ПКМ оказывает режим влагонасыщения конструкции при повышенных температурах. Полученные результаты хорошо согласуются с опубликованными в иностранных источниках данными, существенно их дополняя и конкретизируя. На основе проведенных исследований сформулирован ряд рекомендаций для разработчиков и эксплуатантов авиационных конструкций из композиционных материалов
Методический аппарат оценки состояния защищенности авиационной системы от опасных факторов
Get PDFThe article analyzes the existing problems that impede the effective safety management of the flights of the air forces of the Armed Forces of the Russian Federation. As a result, this analysis revealed the contradiction between the need to build a safety management system and the lack of effective mechanisms for assessing the state of the aviation system and taking into account the influence of the human factor of aviation professionals on flight safety. The contradiction identified the need for developing a set of methods to estimate the actual state of the aviation system protection from the effects of threats associated with the human factor of flight personnel. A methodological apparatus was developed for assessing the security status of an aviation system against hazardous factors, which is based on applying a personality-oriented approach to assessing and managing the state of an aviation system. The method of assessing the state of flight safety allows you to quantify the state of protection of the crew-aircraft system from the impact of hazards caused by the personal factor of a particular pilot before the flight and to assess in near real-time the state of protection of the crew-aircraft system during the flight. The method of assessing the state of safety in aviation formation allows you to assess the status of safety during the organization and conduct of flights, taking into account the influence of the human factor of flight personnel in near real time.В статье проводится анализ существующих проблем, препятствующих эффективному управлению безопасностью полетов авиационных формирований Вооруженных Сил Российской Федерации. В результате этого анализа выявлено противоречие между необходимостью построения системы управления безопасностью полетов и отсутствием эффективных механизмов оценки состояния авиационной системы и учета влияния человеческого фактора авиационных специалистов на безопасность полетов. Для разрешения данного противоречия требуется разработка комплекса методик, позволяющих количественно оценить реальное состояние защищенности авиационной системы от воздействия угроз, связанных с человеческим фактором летного состава. В результате проведенного исследования проблемы численной оценки влияния личностного фактора летчика на безопасность полета, разработан методический аппарат оценки состояния защищенности авиационной системы от опасных факторов, который основан на применении личностно ориентированного подхода к оценке и управлению состоянием авиационной системы. Данный методический аппарат оценки представляет собой комплекс методик численной оценки состояния безопасности полета воздушного судна и состояния безопасности полетов авиационного формирования. Представленная в статье методика оценки состояния безопасности полета позволяет количественно оценить состояние защищенности системы «экипаж – воздушное судно» от воздействия опасных факторов, обусловленных личностным фактором конкретного летчика перед полетом и оценивать в масштабе реального времени состояние защищенности системы «экипаж – воздушное судно» во время выполнения полета
Оптико-электронный комплекс оперативного исследования поверхности местности
No full textThe article deals with a number of approaches to the use of electrooptical systems and unmanned aerial vehicles (UAV) to solve the tasks of live terrain surface screening, air incident spots and objects survey. The paper provides the grounds for the UAV airframe chosen structure and the design of the electrooptical complex. The light weight, high -wing monoplane airframe structure is suggested. Using the CNC production center, a UAV with high aerodynamic performance was developed. The UAV was fitted with the optoelectronic system. Structural design for the airborne and ground equipment of the survey complex was developed. The structural design comprises the forward-looking and side airborne surveillance cameras and also downward-looking cameras of visible and infrared bands to provide the day and night vision. The downward-looking cameras of visible and infrared bands, integrated into the UAV fuselage belly are used for the surface monitoring and survey. The flight test on the use of electrooptic system comprised the flight on the route and automatic return using the satellite system navigation. The test showed that navigation data correction was required. The positioning accumulative error elimination is suggested to be done via automated image registration with the contour extraction and landmark reference. The image processing results using Canny algorithm were presented. The recommendations on the algorithm practical application and speed of response are given. To solve the problem of terrain on-time surveillance and monitoring the flight routes were subjected to research. Based on the experiments performed, the recommendations were given on the electrooptic complex application and flight route plotting for the tasks of on-time search and rescue.В статье рассматриваются подходы по использованию оптико-электронных систем и беспилотных летательных аппаратах для задач оперативного обследования поверхности местности, мест и объектов летных происшествий. Представлено обоснование выбора схемы планера беспилотного летательного аппарата и конструкции оптико-электронного комплекса. Предложено использование схемы планера типа высокоплан с облегченной конструкцией. Для проведения исследований разработан и создан при помощи станка с числовым программным управлением беспилотный летательный аппарат с высокими показателями аэродинамического качества, оборудованный оптико-электронной системой. Разработаны конструкции бортового и наземного оборудования исследовательского оборудования комплекса. Предложено использование полетных курсовой и обзорной боковой оптико-электронной камер, а также исследовательских оптико-электронных камер нижней полусферы видимого и инфракрасного диапазонов, что обеспечивает видение в дневное и ночное время. Для выполнения просмотра и исследования поверхности местности используются две камеры обзора нижней полусферы инфракрасного и видимого диапазонов, встроенные снизу в фюзеляж беспилотного летательного аппарата. Проведены летные эксперименты по применению оптико-электронного комплекса с полетом по маршруту по системе спутниковой навигации и автоматическим возвратом. Установлено, что для точного выхода на ориентиры маршрута требуется коррекция навигационных данных. Устранение накапливаемой погрешности позиционирования предлагается выполнить автоматизировано путем регистрации изображений местности оптико-электронной системой с выделением их контуров и ориентиров. Представлены результаты обработки изображений по алгоритму Canny, полученных в ходе летных экспериментов. Даны рекомендации по практическому использованию алгоритма обработки изображений с учетом требуемого быстродействия. Для решения задач оперативного просмотра и исследования местности проведено исследование различных маршрутов полета. На основании проведенных экспериментов даны рекомендации по применению комплекса и построению маршрута полета в исследовательских задачах оперативного поискового характера
ОСОБЕННОСТИ МОДЕЛИРОВАНИЯ ОБТЕКАНИЯ НЕСУЩЕГО ВИНТА ВЕРТОЛЕТА С УЧЕТОМ ПРОИЗВОЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ЛОПАСТЕЙ
Get PDFThe article considers the problem of the flow around the helicopter main rotor taking into account blades flapping in the plane of rotation and in the plane of thrust as well as the elastic blades deformation. The rotor rotation is modeled by the method of converting Navier-Stokes equations from a fixed coordinate system associated with the incoming flow into a rotating system associated with the rotor hub. For axial flow problems, this makes it possible to formulate the problem as stationary at a constant rotational speed of rotor. For a mode of skewed flow around the rotor in the terms of incident flow in this system it is necessary to solve the non-stationary problem. To solve the problem, the method of deformable grids is used, in which the equations are copied taking into account the grid nodes motion determined in accordance with the spatial blades motion, and SST turbulence model is used for closure. The results of the test calculations of the main rotor aerodynamic characteristics with and without blade flapping are presented in this paper. The coefficients of the main rotor thrust cT and the blades hinge moments mh are compared. The calculations were carried out in the CFD software ANSYS CFX (TsAGI License No. 501024). The flow around a four-bladed main rotor of a radius of 2.5 meters is modeled in the regime of skewed flow. The speed of the incoming flow came to 85 m/s under normal atmospheric conditions. The rotor was at an angle of attack of −10˚. To calculate the rotor motion without taking into account the flapping movements, we used the nonstationary system of Navier-Stokes equations with the closure with SST turbulence model. The calculation was being carried out until the change in the maximum value of the rotor thrust during one revolution became less than 1%. For modeling flapping blade movements, the control laws and equations describing the angle of blade flapping as a function from its azimuth angle obtained from the experiment were used. The procedure for reconstructing the grid according to a given law was conducted using standard grid deformation methods presented in the ANSYS CFX software. When solving the nonstationary Navier-Stokes equations, a dual time step was used. The obtained results show that accounting of the effect of flapping movements and cyclic control of the blades has an impact on the character of changing the main rotor thrust coefficient during one revolution and significantly changes the shape of the graph of the hinge moment coefficient of each blade.Рассматривается задача обтекания несущего винта (НВ) вертолета с учетом махового движения лопастей в плоскости вращения и в плоскости тяги, а также упругой деформации лопастей. Вращение винта моделируется методом преобразования решаемых уравнений из неподвижной системы координат, связанной с набегающим потоком, во вращающуюся систему, связанную с втулкой винта. Для задач осевого обтекания это делает возможным формулировать задачу как стационарную при постоянной скорости вращения винта. Для режима косого обтекания винта в условиях набегающего потока в этой системе необходимо решать нестационарную задачу. Для решения задачи использован метод деформируемых сеток, в котором уравнения записываются уже с учетом движения узлов сетки, определяемых в соответствии с пространственным движением лопастей, а для замыкания используется SST модель турбулентности. В данной работе представлены результаты тестовых расчетов аэродинамических характеристик НВ без и с учетом махового движения лопастей. Проводится сравнение коэффициентов силы тяги НВ CT и шарнирных моментов лопастей mш. Расчеты проводились в CFD пакете программ ANSYS CFX (Лицензия ЦАГИ № 501024). Смоделировано обтекание четырехлопастного НВ радиусом 2,5 метра на режиме косого обтекания. Скорость набегающего потока составляла 85 м/с при нормальных атмосферных условиях. Винт находился под углом атаки −10˚. Для расчета движения винта без учета маховых движений использовалась нестационарная система уравнений Навье – Стокса с замыканием SST моделью турбулентности. Расчет проводился до тех пор, пока изменение максимального значения тяги винта за оборот не станет менее 1 %. Для моделирования маховых движений лопасти были взяты законы управления и уравнения, описывающие угол взмаха лопасти как функцию от ее азимутального угла, полученные из эксперимента. Процедура перестроения сетки по заданному закону осуществлялась с использованием стандартных методов деформации сетки, представленных в программе ANSYS CFX. При решении нестационарных уравнений Навье – Стокса был использован дуальный шаг по времени. Полученные результаты показывают, что учет влияния маховых движений и циклического управления лопастями влияет на характер изменения коэффициента тяги НВ за один оборот и существенно влияет на вид графика коэффициента шарнирного момента каждой лопасти
АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ КАЧЕСТВ ПЕРСОНАЛА ОВД НА БЕЗОПАСНОСТЬ ВОЗДУШНОГО ДВИЖЕНИЯ
Get PDFThe profound and qualitative analysis of the work which is carried out by the controller in direct management of the air traffic and preventing aviation accidents is of great importance, since there is a significant number of factors affecting the consequences of any air-traffic event. While analyzing the work of the air traffic controller (ATC), it is necessary to take into account his physical condition, as well as his work experience and age. Careful examination of controller’s internship, retraining and unsupervised work processes is one of the effective accident-preventing methods allowing us to visualize and track the relationship between the identified errors and possible options for minimizing them. In order to make a detailed analysis of ATC performance, each civil aviation enterprise employs the means of objective control and a method of supervision containing a data set of the revealed errors made by the controller while working. The process of monitoring with the help of objective control means makes it possible to identify the drawbacks in the air traffic management while performing each operation, and also to develop a set of measures for preventing aviation accidents in the future. However, it is not always possible to identify problems in time, because they can be hidden from the inspectors intentionally or due to such circumstances as emotional and spiritual experiences of the air traffic controller, provoked both by the activity inside the working environment and beyond it. The notion of a "human factor" is versatile, so it is important to interpret it accurately. The "human factor" should be scrutinized relying on the experience of highly-qualified specialists, since all areas differ from each other by interaction with machines, procedures and the surrounding environment, as well as cooperation of people inside these areas.Глубокий и качественный анализ работы диспетчера, осуществляющего непосредственное управление воздушным движением, имеет большое значение в предотвращении авиационных событий, поскольку существует значительное число факторов, влияющих на исход того или иного авиационного события. В процессе анализа работы диспетчера управления воздушным движением (УВД) необходимо учитывать не только его физическое состояние, но и его стаж работы, возраст. Одним из методов предотвращения авиационных происшествий и инцидентов является рассмотрение процессов прохождения стажировки, переучивания и самостоятельной работы диспетчера, поскольку данные этапы позволяют наглядно проследить взаимосвязь выявленных ошибок и найти возможные варианты для их минимизации. Для детального анализа работы диспетчеров УВД, на каждом авиационном предприятии гражданской авиации используются средства объективного контроля и метод наблюдения, которые представляют собой набор данных о выявленных ошибках диспетчера во время работы. Мониторинг с помощью средств объективного контроля позволяет выявить недостатки в обслуживании воздушного движения при выполнении каждой операции, а также позволит разработать комплекс мер по предотвращению авиационных событий в дальнейшем. Однако не всегда представляется возможным вовремя выявить недостатки, поскольку они могут быть специально или в силу обстоятельств скрыты от проверяющего. Например, эмоциональные и душевные переживания диспетчера УВД, спровоцированные как под влиянием рабочей деятельности, так и за ее пределами. Такое понятие, как «человеческий фактор», многогранно, поэтому важно его точно интерпретировать. Человеческий фактор необходимо рассматривать, опираясь на область, в которой работают выбранные специалисты, поскольку любая область отличается взаимодействием с машинами, процедурами и окружающей обстановкой, а также людей между собой в ее пределах