Владимир Живетин - Методы и средства обеспечения безопасности полета

• Название: Методы и средства обеспечения безопасности полета
• Автор: Владимир Живетин
• Жанр: Математика
• Год: 2010
• ISBN: 978-5-98664-055-6, 978-5-903140-39-8

В данной работе разработан метод расчета систем предупреждения и ограничения критических режимов полета самолета и вертолета. Метод доведен до инженерных методик, программ расчета на ЭВМ с конкретными примерами. Рассмотрены полет на малой высоте, полет по эшелонам и полет в условиях достижения критических параметров траектории полета.

---

– производственные, связанные с исполнением конструкции ЛА, двигателя и бортового оборудования;

– технические, связанные с бортовым оборудованием, которое обеспечивает предотвращение выхода из области допустимых состояний;

– финансовые, обусловленные превышением фактических эксплуатационных расходов над расчетными или оптимальными, в том числе из-за расхода топлива;

– обусловленные наличием недостоверных характеристик ЛА и рекомендаций по управлению им;

– обусловленные наличием недостоверных характеристик возмущающих факторов, в том числе в среде, в которой протекает полет.

Каждая из указанных компонент риска может быть разбита еще на ряд составляющих. Разбиение зависит от поставленной задачи, степени детализации конечных результатов по оценке влияния отдельных систем ЛА на величину риска.

Важной составляющей риска является уровень знаний характеристик ЛА, его систем бортового оборудования, систем наземного комплекса, с помощью которых осуществляются взлет, посадка, полет по эшелонам. Отказы авиационной техники, ошибки летного состава, непредусмотренные расчетами воздействия среды на ЛА, чаще всего обусловлены влиянием множества случайных факторов, неполный учет которых приводит к случайным непредвиденным исходам в полете.

При решении различных практических задач, принятии различных управленческих (проектных) решений можно учитывать все новые и новые группы факторов: от самых существенных до самых ничтожных, тем самым пытаясь уменьшить роль (предотвратить появление) случайного (ничтожного, неосознанного) фактора. Однако полностью исключить влияние таких факторов невозможно, так как человеческие знания относительны, и каждому уровню познаний соответствуют свои погрешности. Кроме того, часто глубина наших исследований ограничивается финансовыми возможностями.

Подводя итог сказанному, сформулируем следующее определение: технический риск есть интегральная характеристика потерь, реализованных за весь жизненный цикл самолета или самолетов данного класса.

Потери топлива и техники в процессе эксплуатации ЛА являются основными потерями для современных ЛА, о чем свидетельствует анализ материалов их эксплуатации. Для компенсации (минимизации) этих потерь на новейших самолетах, например на авиалайнерах, устанавливаются:

– для экономичного расхода топлива – системы оптимизации режимов пилотирования (СОРП);

– для уменьшения потерь материальных и социальных (человеческих жертв) – система предупреждения критических режимов (СПКР).

Система оптимизации режимов пилотирования позволяет вычислить при заданных свойствах планера и двигателя, конфигурации самолета оптимальные параметры траектории полета, при которых достигается максимальная (оптимальная) дальность полета L или минимальный расход топлива . В случае, когда параметры траектории полета отличаются от оптимальных, например, при отсутствии системы оптимизации режимов пилотирования, и топливо расходуется неоптимально, происходят потери, что обусловливает соответствующий риск [47]. В реальных условиях на ЛА могут быть установлены:

– только система оптимизации режимов пилотирования;

– только система предупреждения критических режимов;

– одновременно обе системы.

Рассмотрим, как в процессе проектирования самолета, имеющего СОРП, формируется показатель риска, связанный с достижением или недостижением максимальной дальности полета. Заданное по техническому заданию значение дальности полета (L) – это то ее значение, которое имеет место быть, когда математические модели, методы расчетов и проектирования не имеют погрешностей. Обозначим эту величину Lкр – критической, равной максимальному значению дальности полета ЛА.

При проектировании мы получаем расчетную величину дальности полета Lр. Если бы методы расчета и математические модели не обладали погрешностями, то Lр=Lкр. В реальности за счет погрешностей расчета δLр имеем Lр=Lкр+δLр, т. е. Lр ≠ Lкр. Равенство имеет место, когда M{δLр}=0, где M{δLр} – математическое ожидание случайной величины δLр. При этом имеем M{Lр}=Lкр.

При проектировании с целью обеспечения заданной (максимальной) дальности полета выбираются необходимые параметры самолета (обозначим их через А). За счет ошибок δLр мы можем выбрать параметр ЛА с ошибками δА. Прогнозирование и оценка такой ситуации важны для инвестора, так как расходы на работы в этом случае могут не окупиться. Они могут возрасти после проведения опытно-конструкторских работ, когда этот факт обнаружится.

Погрешность расчетов δLр представим в виде: δLр=δL1+δL2, где δL1 – погрешность, обусловленная расчетами аэродинамических сил Rx, Ry, Rz и другими факторами, влияющими на Rx, Ry, Rz; δL2 – погрешности, обусловленные несовершенством алгоритмов оптимизации, построенных на этапе научно-исследовательских работ, включающих погрешности контроля, стабилизации и управления. Отметим, что погрешности существующих методов расчета аэродинамических характеристик достигают 10 %.

На этапе опытно-конструкторских работ уточняется Lкр=Lmax, и после экспериментального полета получают величину, равную . При этом =Lp+δL0, где δL0 – погрешность дальности полета, обусловленная влиянием погрешностей опытных образцов бортового оборудования, двигателя, конструкции самолета.

В процессе производства каждая из подсистем: планер, двигатель, бортовое оборудование изготавливаются с погрешностью δn, и в результате для идеальных условий эксплуатации получаем Lп, которая включает в себя погрешность δLп, и тогда Lп=Lр+δLп.

При эксплуатации ЛА за счет влияния внешних δВ1 и внутренних δВ2 возмущающих факторов получаем эксплуатационную или фактическую дальность полета вида Lф=Lп+δLэ(δВ1, δВ2). Погрешности δLр, δLп, δLэ являются случайными, каждая из них характеризуется своей плотностью вероятности. При этом фактическое значение Lф совпадает со значением, полученным при эксплуатации.

При таких условиях технический риск, имеющий место при проведении опытно-конструкторских работ, будет связан с теми ситуациями, которые возникают в процессе их выполнения, а именно:

А1=(Lф < Lкр, Lр ≥ Lдоп), А2=(Lф ≥ Lкр, Lр < Lдоп),

А3=(Lф < Lкр, Lр ≤ Lдоп), А4=(Lф ≥ Lкр, Lр > Lдоп).

В результате искомые вероятности будут включать Р1=Р(А1); Р2=Р(А2); Р3=Р(А3), Р4=Р(А4). Вероятность Р2 соответствует тому, что мы отвергли экономически выгодную конструкцию (объект); Р1 – приняли к исполнению вариант ЛА, который не подтверждает возможность достижения поставленной цели; Р3 – получили отрицательный результат, что обусловило потери, связанные в данном случае с расходами проведения опытно-конструкторских работ; Р4 – принято правильное решение.