RU2820152C1 - Method of aircraft flight dynamics simulation - Google Patents
Method of aircraft flight dynamics simulation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2820152C1 RU2820152C1 RU2024102235A RU2024102235A RU2820152C1 RU 2820152 C1 RU2820152 C1 RU 2820152C1 RU 2024102235 A RU2024102235 A RU 2024102235A RU 2024102235 A RU2024102235 A RU 2024102235A RU 2820152 C1 RU2820152 C1 RU 2820152C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- channel
- angular
- signals
- linear
- aircraft
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области полунатурного моделирования динамики полета летательных аппаратов на пилотажных стендах и тренажерах.The invention relates to the field of semi-natural modeling of the flight dynamics of aircraft on flight stands and simulators.
Для исследования устойчивости и управляемости летательных аппаратов в настоящее время широко используются пилотажные стенды (RU 2249856 C1, RU 108685 U1, RU 94025128 A1, RU 2737246 C2 и др.), в состав которых входят системы подвижности кабины (RU 2321073 C1, RU 2129305 C1, F.M.Nieuwenhuizen, H.H.Bülthoff, “The MPI cybermotion Simulator: A Novel Research Platform to Investigate Human Control Behavior” Jornal of Computing Science and Engineering Vol.7, No.2, June 2013, pp.122-131), позволяющие воспроизводить линейные перегрузки и угловые ускорения (далее - акселерационные сигналы), действующие на летчика в полете. Амплитудно-фазовые частотные характеристики (АФЧХ) исполнительной части таких систем, как правило, обеспечивают наилучшее качество воспроизведения входного сигнала на частотах пилотирования (0.1-1.5 Гц), при этом на частотах выше 2-3 Гц АФЧХ имеет значительное снижение амплитудной характеристики (порядка 6 дБ/декаду). При моделировании критических режимов полета важным аспектом является воспроизведение аэродинамического бафтинга. Частотный диапазон такого сигнала лежит значительно выше частот пилотирования (2.5-8 Гц), поэтому его воспроизведение на пилотажных стендах и тренажерах с использованием классических подходов к преобразованию перегрузок и угловых ускорений в заданные перемещения кабины в настоящий момент вызывает значительные сложности.To study the stability and controllability of aircraft, flight stands are currently widely used (RU 2249856 C1, RU 108685 U1, RU 94025128 A1, RU 2737246 C2, etc.), which include cockpit mobility systems (RU 2321073 C1, RU 2129305 C1 , F.M.Nieuwenhuizen, H.H.Bülthoff, “The MPI cybermotion Simulator: A Novel Research Platform to Investigate Human Control Behavior” Jornal of Computing Science and Engineering Vol.7, No.2, June 2013, pp.122-131), allowing to reproduce linear overloads and angular accelerations (hereinafter referred to as acceleration signals) acting on the pilot in flight. The amplitude-phase frequency characteristics (APFC) of the executive part of such systems, as a rule, provide the best quality of reproduction of the input signal at piloting frequencies (0.1-1.5 Hz), while at frequencies above 2-3 Hz the AFC characteristic has a significant decrease in the amplitude characteristic (about 6 dB/decade). When modeling critical flight conditions, an important aspect is the reproduction of aerodynamic buffeting. The frequency range of such a signal lies significantly higher than piloting frequencies (2.5-8 Hz), so its reproduction on flight stands and simulators using classical approaches to converting g-forces and angular accelerations into specified cabin movements currently poses significant difficulties.
Известен способ преобразования поступающих из блока математической модели самолета сигналов перегрузок и угловых ускорений в заданные перемещения кабины пилотажного стенда или тренажера за счет пропускания сигналов перегрузок и угловых ускорений через набор фильтров верхних и нижних частот со своими коэффициентами усиления и ограничениями входного сигнала (Conrad, B., Schmidt, S.F.: A study of techniques for calculating motion drive signals for flight simulators. NASA CR-114345 (1971), Bjorn Canrad, J.G. Douvillier, S.F. Schmidt, Washout circuit design for multi-degrees-of-freesom moving base simulators, Proceedings of the AIAA Visual and Motion Simulation Conference, Palo Alto (CA), 10 September 1973, vol.12, 1973) и получения на выходе сигналов заданного положения кабины пилотажного стенда/тренажера, поступающего в исполнительную часть системы подвижности. В рамках такой структуры, при попытке воспроизведения сигналов бафтинга, воспроизводимый сигнал будет иметь значительно меньшую амплитуду по сравнению с задаваемым из блока математической модели сигналом, за счет снижения амплитудной характеристики системы подвижности на частотах, характерных для бафтинга. При этом, увеличение коэффициента усиления для входного сигнала бафтинга не приведет к увеличению воспроизводимого сигнала бафтинга, так как сигнал бафтинга пропускается в том числе через ограничитель входного сигнала, настроенный на уровень входного сигнала, характерный для сигнала на частотах пилотирования. Поэтому, в рамках существующей структуры алгоритмов управления движением кабины не удается добиться удовлетворительного качества воспроизведения сигнала бафтинга.There is a known method of converting overload and angular acceleration signals coming from a block of a mathematical model of an aircraft into specified movements of the cockpit of a flight stand or simulator by passing the overload and angular acceleration signals through a set of high- and low-pass filters with their own gain factors and input signal limitations (Conrad, B. , Schmidt, S.F.: A study of techniques for calculating motion drive signals for flight simulators. NASA CR-114345 (1971), Bjorn Canrad, J.G. Douvillier, S.F. Schmidt, Washout circuit design for multi-degrees-of-freesom moving base simulators, Proceedings of the AIAA Visual and Motion Simulation Conference, Palo Alto (CA), September 10, 1973, vol. 12, 1973) and receiving the output signals of the specified position of the cockpit of the flight stand/simulator entering the executive part of the mobility system. Within the framework of such a structure, when trying to reproduce buffeting signals, the reproduced signal will have a significantly lower amplitude compared to the signal specified from the block of the mathematical model, due to a decrease in the amplitude characteristics of the mobility system at frequencies characteristic of buffeting. At the same time, increasing the gain for the input buffet signal will not lead to an increase in the reproduced buffet signal, since the buffet signal is passed through, among other things, an input signal limiter configured to the input signal level characteristic of the signal at piloting frequencies. Therefore, within the framework of the existing structure of cabin motion control algorithms, it is not possible to achieve satisfactory quality of reproduction of the buffet signal.
Кроме того, известен способ (Reid, L., Nahon, M.A.: Flight simulation motion-base drive algorithms: part 1. Developing and testing equations. University of Toronto, Technical report (1985), Reid, L., Nahon, M.A.: Flight Flight simulation motion-base drive algorithms: part 2. Selecting the system parameters. University of Toronto, Technical report (1986), Reid, L., Nahon, M.: Flight simulation motion-base drive algorithms. Part 3: Pilot evaluations (1986)), отличающийся от (Conrad, B., Schmidt, S.F.: A study of techniques for calculating motion drive signals for flight simulators. NASA CR-114345 (1971), Bjorn Canrad, J.G. Douvillier, S.F. Schmidt, Washout circuit design for multi-degrees-of-freesom moving base simulators, Proceedings of the AIAA Visual and Motion Simulation Conference, Palo Alto (CA), 10 September 1973, vol.12 (1973)) наличием фильтра низких частот в канале координированных наклонов кабины для воспроизведения низкочастотного сигнала линейного движения.In addition, a method is known (Reid, L., Nahon, M.A.: Flight simulation motion-base drive algorithms:
Наиболее близким по технической сущности к заявленному является «Способ управления движениями пилотажного тренажера и пилотажный тренажер, реализующий такой способ» (RU 2425409 C2), включающий, воспринимаемые пилотом линейные и угловые ускорения, вследствие чего угловая скорость крена и угловая скорость рыскания, а также боковая перегрузка, вычисляемые в соответствии с моделью имитируемого летательного аппарата в центре тяжести имитируемого летательного аппарата, преобразуются в линейное и угловое положение кабины тренажера с учетом линейного выноса кабины летчика относительно центра тяжести самолета, и включает в себя вычисление угла крена кабины тренажера в соответствии с углом крена имитируемого летательного аппарата путем коррекции первоначально вычисленного значения угла крена с коэффициентом коррекции, пропорциональным поперечной перегрузке, кроме того, разлагают перегрузку, действующую в поперечном канале в месте расположения летчика в имитируемом летательном аппарате, на первую составляющую и вторую составляющую, причем первая составляющая связана с перегрузкой в центре тяжести имитируемого летательного аппарата, а вторая составляющая имеет первый член, связанный с ускорениями, обусловленными угловым движением рыскания, и второй член, связанный с угловым движением крена. Такой способ позволяет хорошо имитировать перегрузки и угловые скорости в кабине летчика, но не оказывает влияния на полосу пропускания системы подвижности пилотажного стенда или тренажера, а значит не позволяет воспроизводить сигнал бафтинга.The closest in technical essence to the stated one is “A method for controlling the movements of a flight simulator and a flight simulator that implements such a method” (RU 2425409 C2), including linear and angular accelerations perceived by the pilot, as a result of which the angular velocity of roll and angular velocity of yaw, as well as lateral overload, calculated in accordance with the model of the simulated aircraft at the center of gravity of the simulated aircraft, are converted into the linear and angular position of the simulator cabin, taking into account the linear offset of the pilot's cabin relative to the center of gravity of the aircraft, and includes the calculation of the roll angle of the simulator cabin in accordance with the roll angle simulated aircraft by correcting the initially calculated value of the roll angle with a correction coefficient proportional to the transverse overload; in addition, the overload acting in the transverse channel at the location of the pilot in the simulated aircraft is decomposed into a first component and a second component, wherein the first component is associated with the overload at the center of gravity of the simulated aircraft, and the second component has a first term associated with accelerations due to the yaw angular motion and a second term associated with the roll angular motion. This method makes it possible to well simulate overloads and angular velocities in the cockpit, but does not affect the bandwidth of the mobility system of a flight stand or simulator, and therefore does not allow reproducing the buffet signal.
Задачей заявленного способа является устранение вышеуказанных недостатков.The objective of the claimed method is to eliminate the above disadvantages.
Техническим результатом заявленного способа является повышение достоверности полунатурного моделирования критических режимов полета за счет качественного воспроизведения аэродинамического бафтинга, повышение эффективности наземных исследований характеристик устойчивости и управляемости за счет расширения круга задач, исследуемых на наземных пилотажных стендах, повышение эффективности тренировки летного состава на пилотажных тренажерах и повышение безопасности полета.The technical result of the claimed method is to increase the reliability of semi-natural modeling of critical flight conditions due to high-quality reproduction of aerodynamic buffeting, to increase the efficiency of ground-based studies of stability and controllability characteristics by expanding the range of tasks studied on ground-based flight stands, to increase the efficiency of training flight personnel on flight simulators and to improve safety flight.
Технический результат достигается признаками способа моделирования динамики полета летательного аппарата на пилотажном стенде или тренажере, включающего преобразование поступающих из блока математической модели самолета сигналов перегрузок и угловых ускорений и получение на выходе сигналов заданного линейного и углового положения кабины пилотажного стенда или тренажера, поступающих в исполнительную часть системы подвижности. Преобразование поступающих из блока математической модели самолета сигналов перегрузок и угловых ускорений происходит за счет пропускания сигналов перегрузок и угловых ускорений через фильтры верхних частот для линейного продольного канала, линейного вертикального канала, линейного бокового канала, углового канала по крену, углового канала по тангажу, углового канала по рысканию и фильтры нижних частот для углового канала по крену и углового канала по тангажу. При этом, каждый фильтр имеет свой ограничитель входного сигнала и усилитель входного сигнала. Дополнительно из блока математической модели самолета подают два сигнала для бафтинга - сигнал бафтинга в линейном вертикальном канале и сигнал бафтинга в линейном боковом канале. Эти сигналы пропускают через фильтры верхних частот, при этом каждый фильтр имеет свой ограничитель входного сигнала и усилитель входного сигнала. Полученные сигналы суммируют с сигналами, полученными на выходах с фильтров верхних частот в линейном вертикальном и линейном боковом каналах соответственно.The technical result is achieved by the features of a method for simulating the flight dynamics of an aircraft on a flight stand or simulator, including converting the overload and angular acceleration signals coming from the block of the mathematical model of the aircraft and receiving at the output signals of a given linear and angular position of the cockpit of the flight stand or simulator, entering the executive part of the system mobility. The transformation of the overload and angular acceleration signals coming from the block of the mathematical model of the aircraft occurs by passing the overload and angular acceleration signals through high-pass filters for the linear longitudinal channel, linear vertical channel, linear lateral channel, roll angular channel, pitch angular channel, angular channel yaw and low-pass filters for the roll angular channel and pitch angular channel. In this case, each filter has its own input signal limiter and input signal amplifier. Additionally, two signals for buffeting are supplied from the block of the mathematical model of the aircraft - a buffeting signal in a linear vertical channel and a buffeting signal in a linear lateral channel. These signals are passed through high-pass filters, each filter having its own input limiter and input amplifier. The received signals are summed with the signals obtained at the outputs of high-pass filters in the linear vertical and linear side channels, respectively.
Наземные средства имитации полета можно разделить на две группы: пилотажные стенды и пилотажные тренажеры (авиационные тренажеры). Ground-based flight simulation tools can be divided into two groups: flight stands and flight simulators (aviation simulators).
Пилотажные тренажеры и пилотажные стенды сходны по своей структуре. Принципиальным является то, что все элементы как пилотажного стенда, так и пилотажного тренажера объединены в замкнутый контур управления, аналогичный реальному замкнутому контуру самолет-летчик. Принципиальное различие заключается в назначении пилотажных стендов и пилотажных тренажеров, что находит свое отражение в конкретном облике их составляющих элементов. Пилотажный тренажер в части управления полетом является аналогом конкретного самолета и средством обучения летчика пилотированию этим самолетом. Поэтому кабина экипажа должна быть оборудована в точном соответствии с конкретным самолетом-прототипом. Вычислитель динамики самолета по быстродействию, объему памяти и другим параметрам должен быть достаточным для воспроизведения процесса движения конкретного самолета, но иметь в этой части минимальную избыточность по соображениям минимальной стоимости. Тот же принцип действует в отношении аппаратуры регистрации и диагностики результатов полетов, которая должна быть минимально достаточной для оценки процесса и результатов обучения. Из изложенного следует, что возможности изучения динамических характеристик летчика на пилотажном тренажере сильно ограничены. Существенно большими возможностями в этом отношении обладают пилотажные стенды, которые предназначены для экспериментального исследования и отработки технических решений в области ручного управления самолетом (требования к пилотажным характеристикам самолетов, выбор характеристик устойчивости и управляемости проектируемых конкретных самолетов, отработка принципов функционирования конкретных автоматических систем управления) [А.В.Ефремов, А.В.Оглоблин, А.Н.Предтеченский, В.В.Родченко / Летчик как динамическая система, Москва, Машиностроение, 1992, стр.283-284].Flight simulators and flight stands are similar in structure. The fundamental thing is that all elements of both the flight stand and the flight simulator are combined into a closed control loop, similar to the real closed loop of the aircraft-pilot. The fundamental difference lies in the purpose of flight stands and flight simulators, which is reflected in the specific appearance of their constituent elements. In terms of flight control, a flight simulator is an analogue of a specific aircraft and a means of training a pilot to fly this aircraft. Therefore, the flight deck must be equipped in exact accordance with the specific prototype aircraft. In terms of speed, memory capacity and other parameters, the aircraft dynamics computer must be sufficient to reproduce the movement process of a particular aircraft, but have minimal redundancy in this part for reasons of minimal cost. The same principle applies to equipment for recording and diagnosing flight results, which should be minimally sufficient to evaluate the learning process and results. From the above it follows that the possibilities of studying the dynamic characteristics of a pilot in a flight simulator are very limited. Flight stands, which are designed for experimental research and testing of technical solutions in the field of manual control of an aircraft (requirements for the flight characteristics of aircraft, selection of stability and controllability characteristics of specific aircraft being designed, testing of the principles of functioning of specific automatic control systems) have significantly greater capabilities in this regard [A .V.Efremov, A.V.Ogloblin, A.N.Predtechensky, V.V.Rodchenko / Pilot as a dynamic system, Moscow, Mechanical Engineering, 1992, pp. 283-284].
Таким образом, целесообразно применение заявленного способа как на пилотажных стендах с целью повысить реалистичность моделирования критических режимов полета и, соответственно, эффективность наземных исследований устойчивости и управляемости летательных аппаратов, так и на пилотажных тренажерах с целью повышения качества и эффективности подготовки летного состава по предотвращению попадания самолета в сваливание, и, в случае сваливания, по выводу самолета из сваливания в нормальный полет.Thus, it is advisable to use the claimed method both on flight stands in order to increase the realism of modeling critical flight conditions and, accordingly, the effectiveness of ground-based studies of the stability and controllability of aircraft, and on flight simulators in order to improve the quality and efficiency of flight crew training to prevent an aircraft from being hit into a stall, and, in the event of a stall, to bring the aircraft out of the stall and into normal flight.
Схематично способ представлен на фиг.1, где:The method is shown schematically in Fig. 1, where:
- продольная перегрузка, сформированная в блоке математической модели самолета; - longitudinal overload formed in the block of the mathematical model of the aircraft;
- приращение нормальной перегрузки, сформированное в блоке математической модели самолета; - increment of normal overload generated in the block of the mathematical model of the aircraft;
- боковая перегрузка, сформированная в блоке математической модели самолета; - lateral overload formed in the block of the mathematical model of the aircraft;
- угловое ускорение крена, сформированное в блоке математической модели самолета; - angular acceleration of the roll, formed in the block of the mathematical model of the aircraft;
- угловое ускорение рыскания, сформированное в блоке математической модели самолета; - angular yaw acceleration generated in the block of the mathematical model of the aircraft;
- угловое ускорение тангажа, сформированное в блоке математической модели самолета; - angular acceleration of the pitch generated in the block of the mathematical model of the aircraft;
- вклад бафтинга в нормальную перегрузку; - contribution of buffeting to normal overload;
- вклад бафтинга в боковую перегрузку; - contribution of buffeting to lateral overload;
- приращение нормальной перегрузки, воспроизводимое на пилотажном стенде/тренажере; - increment of normal overload, reproduced on a flight bench/simulator;
- боковая перегрузка, воспроизводимая на пилотажном стенде/тренажере; - lateral overload, reproduced on a flight bench/simulator;
Xкаб, Yкаб, Zкаб - линейные перемещения кабины пилотажного стенда/тренажера;X cab , Y cab , Z cab - linear movements of the cockpit of the flight stand/simulator;
ϑкаб, γкаб, ψкаб - угловые перемещения кабины пилотажного стенда/тренажера.ϑ cab , γ cab , ψ cab - angular movements of the cockpit of the flight stand/simulator.
Линейный продольный канал включает 1 фильтр верхних частот и преобразует сигнал продольной перегрузки, поступающей из блока математической модели самолета в сигнал заданного продольного перемещения кабины пилотажного стенда/тренажера, передаваемый в исполнительную часть системы подвижности.The linear longitudinal channel includes 1 high-pass filter and converts the longitudinal overload signal coming from the block of the mathematical model of the aircraft into a signal of a given longitudinal movement of the flight bench/simulator cabin, transmitted to the executive part of the mobility system.
Линейный вертикальный канал включает сумму 2 фильтров верхних частот, преобразующих сигнал приращения нормальной перегрузки и сигнал бафтинга для вертикального канала в сигнал заданного вертикального перемещения кабины пилотажного стенда/тренажера, передаваемый в исполнительную часть системы подвижности.The linear vertical channel includes the sum of 2 high-pass filters that convert the normal g-force increment signal and the buffet signal for the vertical channel into a signal of a given vertical movement of the flight stand/simulator cabin, transmitted to the executive part of the mobility system.
Линейный боковой канал включает сумму 2 фильтров верхних частот, преобразующих сигнал боковой перегрузки и сигнал бафтинга для бокового канала в сигнал заданного бокового перемещения кабины пилотажного стенда/тренажера, передаваемый в исполнительную часть системы подвижности.The linear side channel includes the sum of 2 high-pass filters that convert the lateral overload signal and the buffet signal for the side channel into a signal of a given lateral movement of the flight stand/simulator cabin, transmitted to the executive part of the mobility system.
Угловой канал крена включает сумму фильтра верхних частот и фильтра нижних частот, преобразующих боковую перегрузку и угловое ускорение крена в сигнал заданного углового положения кабины пилотажного стенда/тренажера по крену, передаваемый в исполнительную часть системы подвижности.The angular roll channel includes the sum of a high-pass filter and a low-pass filter that converts lateral overload and angular acceleration of the roll into a signal of a given angular position of the cockpit/roll simulator, transmitted to the executive part of the mobility system.
Угловой канал тангажа включает сумму фильтра верхних частот и фильтра нижних частот, преобразующих продольную перегрузку и угловое ускорение тангажа в сигнал заданного углового положения кабины пилотажного стенда/тренажера по тангажу, передаваемый в исполнительную часть системы подвижности.The pitch angular channel includes the sum of a high-pass filter and a low-pass filter that converts longitudinal overload and pitch angular acceleration into a signal of a given angular position of the flight bench/pitch simulator cabin, transmitted to the executive part of the mobility system.
Угловой канал рыскания включает 1 фильтр верхних частот и преобразует угловое ускорение рыскания в сигнал заданного углового положения кабины пилотажного стенда/тренажера по рысканию, передаваемый в исполнительную часть системы подвижности.The yaw angular channel includes 1 high-pass filter and converts the yaw angular acceleration into a signal of a given angular position of the flight stand/yaw simulator cabin, transmitted to the executive part of the mobility system.
Блок с дополнительными каналами для бафтинга отмечен пунктирной линией.The block with additional channels for buffeting is marked with a dotted line.
Реализация способа осуществляется в среде моделирующего комплекса пилотажного стенда/тренажера в цепи: Блок математической модели самолета - исполнительная часть системы подвижности, посредством включения параллельно с каналами для формирования вертикального и бокового перемещения кабины пилотажного стенда/тренажера дополнительного блока для воспроизведения бафтинга с двумя фильтрами верхних частот 3-го порядка:The implementation of the method is carried out in the environment of a modeling complex of a flight stand/simulator in the circuit: Block of a mathematical model of an aircraft - the executive part of the mobility system, by connecting in parallel with the channels for generating vertical and lateral movement of the cockpit of a flight stand/simulator an additional block for reproducing buffeting with two high-pass filters 3rd order:
где:Where:
- передаточные функции фильтров верхних частот для вертикального и бокового каналов для воспроизведения бафтинга; - transfer functions of high-pass filters for vertical and side channels to reproduce buffeting;
- масштабные коэффициенты фильтров верхних частот для вертикального и бокового каналов для воспроизведения бафтинга; - scaling coefficients of high-pass filters for vertical and side channels to reproduce buffeting;
- постоянные времени фильтров верхних частот второго порядка для вертикального и бокового каналов для воспроизведения бафтинга; - time constants of second-order high-pass filters for the vertical and side channels to reproduce buffeting;
- постоянные времени фильтров верхних частот первого порядка для вертикального и бокового каналов для воспроизведения бафтинга; - time constants of first-order high-pass filters for the vertical and side channels to reproduce buffeting;
- демпфирование фильтров верхних частот для вертикального и бокового каналов для воспроизведения бафтинга; - damping of high-pass filters for vertical and side channels to reproduce buffeting;
- оператор Лапласа. - Laplace operator.
Выражение для воспроизводимых перегрузок в вертикальном и боковом каналах для классической структуры алгоритмов управления движением кабины имеет следующий вид:The expression for reproducible overloads in the vertical and lateral channels for the classical structure of cabin motion control algorithms has the following form:
где:Where:
, - передаточные функции фильтров верхних частот, имеющих ту же структуру, что и фильтры для воспроизведения бафтинга, но отличающиеся фактическими значениями коэффициентов усиления, ограничениями максимальной амплитуды входного сигнала, постоянными времени фильтров верхних частот,и демпфированием фильтров верхних частот: , - transfer functions of high-pass filters having the same structure as the filters for reproducing buffeting, but differing in the actual values of the gain factors, restrictions on the maximum amplitude of the input signal, time constants of the high-pass filters, and damping high pass filters:
где:Where:
- масштабные коэффициенты фильтров верхних частот для вертикального и бокового каналов для воспроизведения линейных перегрузок с характерными для пилотирования частотами; - scaling coefficients of high-pass filters for vertical and side channels to reproduce linear overloads with frequencies characteristic of piloting;
- постоянные времени фильтров верхних частот второго порядка для вертикального и бокового каналов для воспроизведения линейных перегрузок с характерными для пилотирования частотами; - time constants of second-order high-pass filters for the vertical and lateral channels to reproduce linear overloads with frequencies characteristic of piloting;
- постоянные времени фильтров верхних частот первого порядка для вертикального и бокового каналов для воспроизведения линейных перегрузок с характерными для пилотирования частотами; - time constants of first-order high-pass filters for the vertical and lateral channels to reproduce linear overloads with frequencies characteristic of piloting;
- демпфирование фильтров верхних частот для вертикального и бокового каналов для воспроизведения линейных перегрузок с характерными для пилотирования частотами; - damping of high-pass filters for vertical and side channels to reproduce linear overloads with frequencies characteristic of piloting;
С учетом предлагаемого способа, выражения для вертикального и бокового каналов преобразуются к виду:Taking into account the proposed method, the expressions for the vertical and lateral channels are transformed to the form:
+ +
Заявленный способ опробирован на пилотажном стенде ПСПК-102 ЦАГИ и используется при проведении стендовых исследований, связанных с выходом на большие углы атаки самолетов транспортной категории. Для демонстрации работоспособности заявленного способа сигнал бафтинга подавался с частотой 4.5 Гц в вертикальном канале и 7.4 Гц в боковом канале, что соответствует частотам бафтинга для типичного среднемагистрального самолета транспортной категории. В случае, если сигнал бафтинга подавался на систему подвижности через штатные линейный вертикальный и линейный боковой каналы совместно с перегрузками, возникающими вследствие движения самолета от управляющих действий летчика, уровень воспроизведенного системой подвижности сигнала бафтинга был на порядки ниже задаваемого и недостаточным для того, чтобы дать летчику дополнительную предупреждающую информацию о выходе на большие углы атаки и о приближении к сваливанию самолета.The claimed method was tested on the PSPK-102 TsAGI flight stand and is used in bench studies related to reaching high angles of attack for transport category aircraft. To demonstrate the performance of the claimed method, the buffet signal was supplied with a frequency of 4.5 Hz in the vertical channel and 7.4 Hz in the lateral channel, which corresponds to the buffet frequencies for a typical medium-range transport category aircraft. If the buffeting signal was supplied to the mobility system through the standard linear vertical and linear lateral channels together with overloads arising as a result of the movement of the aircraft from the pilot's control actions, the level of the buffeting signal reproduced by the mobility system was orders of magnitude lower than the specified one and insufficient to give the pilot additional warning information about reaching high angles of attack and about the aircraft approaching a stall.
В случае использования заявляемого способа, были выбраны следующие параметры фильтров:In the case of using the proposed method, the following filter parameters were selected:
продольный канал longitudinal channel
ВЧ: K xh =0.3, T xh =0.7, ξ xh =0.7, τ xh =2;HF: K xh =0.3, T xh =0.7, ξ xh =0.7, τ xh =2;
НЧ: K xh =0.3, T xh =0.7, ξ xh =0.7;LF: K xh =0.3, T xh =0.7, ξ xh =0.7;
вертикальный каналvertical channel
ВЧ: K y h =0.3, T y h =0.7, ξ y h =0.7, τ y h =3;HF: K y h =0.3, T y h =0.7, ξ y h =0.7, τ y h =3;
ВЧ для бафтинга: K ybuff =1.0, T ybuff =0.2, ξ ybuff =0.7, τ ybuff =3;HF for buffeting: K ybuff =1.0, T ybuff =0.2, ξ ybuff =0.7, τ ybuff =3;
боковой каналside channel
ВЧ: K z h =0.3, T z h =0.7, ξ z h =0.7, τ z h =10;HF: K z h =0.3, T z h =0.7, ξ z h =0.7, τ z h =10;
ВЧ для бафтинга: K zbuff =2.5, T zbuff =0.2, ξ zbuff =0.7, τ zbuff =10;HF for buffeting: K zbuff =2.5, T zbuff =0.2, ξ zbuff =0.7, τ zbuff =10;
НЧ: K z l =0.3, T z l =0.7, ξ z l =0.7;LF: K z l =0.3, T z l =0.7, ξ z l =0.7;
канал кренаroll channel
ВЧ: K wx =0.3, T wx =0.7, ξ wx =0.7;HF: K wx =0.3, T wx =0.7, ξ wx =0.7;
канал тангажаpitch channel
ВЧ: K w z =0.3, T w z =0.7, ξ w z =0.7;HF: K w z =0.3, T w z =0.7, ξ w z =0.7;
канал рысканияyaw channel
ВЧ: K w y =0.3, T w y =0.7, ξ w y =0.7.HF: K w y =0.3, T w y =0.7, ξ w y =0.7.
При использовании таких параметров суммарная амплитудно-частотная характеристика фильтров верхних частот в вертикальном канале получила вид, приведенный на фиг.2, а для бокового канала вид, приведенный на фиг.3. Таким образом удалось добиться желаемого уровня воспроизводимого сигнала бафтинга как в вертикальном, так и в боковом каналах, что подтверждается приведенными на фиг.4 и фиг.5 графиками спектральных характеристик сигналов нормальных и боковых перегрузок, задаваемых из блока математической модели самолета и воспроизведенными системой подвижности перегрузками для вертикального и бокового каналов соответственно. Полученные результаты подтверждают указанный технический результат.When using such parameters, the total amplitude-frequency response of high-pass filters in the vertical channel received the form shown in Fig. 2, and for the side channel the form shown in Fig. 3. In this way, it was possible to achieve the desired level of the reproduced buffeting signal in both the vertical and lateral channels, which is confirmed by the graphs of the spectral characteristics of the normal and lateral overload signals shown in Fig. 4 and Fig. 5, specified from the block of the mathematical model of the aircraft and the overloads reproduced by the mobility system for vertical and lateral channels, respectively. The results obtained confirm the specified technical result.
Таким образом, заявленное изобретение позволяет повысить реалистичность моделирования критических режимов полета и, соответственно, эффективность наземных исследований устойчивости и управляемости летательных аппаратов на пилотажных стендах и эффективность тренировки летного состава на пилотажных тренажерах и повысить безопасность полета.Thus, the claimed invention makes it possible to increase the realism of modeling critical flight conditions and, accordingly, the efficiency of ground-based studies of the stability and controllability of aircraft on flight stands and the efficiency of training flight personnel on flight simulators and improve flight safety.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2820152C1 true RU2820152C1 (en) | 2024-05-30 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6332105B1 (en) * | 1999-05-21 | 2001-12-18 | Georgia Tech Research Corporation | Neural network based automatic limit prediction and avoidance system and method |
| CN101650883B (en) * | 2009-02-13 | 2010-12-29 | 中国人民解放军空军航空大学 | Simulation method of atmospheric turbulence on flight simulator |
| RU2425409C2 (en) * | 2005-10-12 | 2011-07-27 | БИРВЛИТ Филип ВАН | Method of controlling movement of flight simulator and flight simulator implementing said method |
| RU189475U1 (en) * | 2018-12-10 | 2019-05-23 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | FLIGHT STAND MILITARY TRANSPORT AIRPLANE |
| RU2701062C1 (en) * | 2018-11-29 | 2019-09-24 | Акционерное общество "Центр научно-технических услуг "Динамика" (АО ЦНТУ "Динамика") | Simulation method on flight test bench of aircraft penetration into vortex trace |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6332105B1 (en) * | 1999-05-21 | 2001-12-18 | Georgia Tech Research Corporation | Neural network based automatic limit prediction and avoidance system and method |
| RU2425409C2 (en) * | 2005-10-12 | 2011-07-27 | БИРВЛИТ Филип ВАН | Method of controlling movement of flight simulator and flight simulator implementing said method |
| CN101650883B (en) * | 2009-02-13 | 2010-12-29 | 中国人民解放军空军航空大学 | Simulation method of atmospheric turbulence on flight simulator |
| RU2701062C1 (en) * | 2018-11-29 | 2019-09-24 | Акционерное общество "Центр научно-технических услуг "Динамика" (АО ЦНТУ "Динамика") | Simulation method on flight test bench of aircraft penetration into vortex trace |
| RU189475U1 (en) * | 2018-12-10 | 2019-05-23 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | FLIGHT STAND MILITARY TRANSPORT AIRPLANE |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hodge et al. | Simulating the environment at the helicopter-ship dynamic interface: research, development and application | |
| Memon et al. | Motion fidelity requirements for helicopter-ship operations in maritime rotorcraft flight simulators | |
| Gerathewohl | Fidelity of simulation and transfer of training: a review of the problem | |
| Advani et al. | Dynamic interface modelling and simulation-a unique challenge | |
| RU2820152C1 (en) | Method of aircraft flight dynamics simulation | |
| SINACORI | A practical approach to motion simulation | |
| Lusardi et al. | Piloted evaluation of a UH-60 mixer equivalent turbulence simulation model | |
| Lusardi | Control equivalent turbulence input model for the UH-60 helicopter | |
| Chung | A review of approaches to determine the effectiveness of ground-based flight simulation | |
| Aponso et al. | Rotorcraft research at the NASA vertical motion simulator | |
| Jones | An objective method to determine the fidelity of rotorcraft motion platforms | |
| Jones | Enhancing motion cueing using an optimisation technique | |
| Schroeder et al. | Simulator platform motion effects on pilot-induced oscillation prediction | |
| Mulgund et al. | An intelligent tutoring system for simulator-based helicopter flight training | |
| Memon et al. | Preliminary progress in establishing motion fidelity requirements for maritime rotorcraft flight simulators | |
| Cardullo et al. | A transfer of training study of control loader dynamics | |
| Farrell et al. | Modeling UAVs using CFD and machine learning methods | |
| Winter et al. | Simulation of aircraft multi-axis acceleration in a four-axis Human Centrifuge System | |
| Queijo et al. | Fixed-base simulator study of the effect of time delays in visual cues on pilot tracking performance | |
| Reardon et al. | Evaluation of motion tuning methods on the vertical motion simulator | |
| Bachelder | SCOPE-pilot workload estimation using control response: Theoretical development and practical demonstration | |
| Moody | The history and future of flight control simulation | |
| Memon | The development of high-fidelity modelling & simulation for the helicopter ship dynamic interface | |
| REID et al. | The response of airline pilots to flight simulator motion | |
| Hodge et al. | Determining fidelity standards for maritime rotorcraft simulation |