Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Динамика, баллистика и управление движением летательных аппаратов

Диссертационная работа:

Антонова А.О.. Оптимизация траектории полета самолета с учетом воздействия атмосферной турбулентности и исследование влияния размеров самолета на динамику полета в турбулентной атмосфере : ил РГБ ОД 61:85-5/3463

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 4

Глава I. Математическая постановка задачи оптимального управления в динамике

полета и методы её решения 9

§1. Постановка задачи оптимального управления... Ю

§2. Методы решения задачи оптимального управления 12

§3. Уравнения-движения самолета 16

Глава II. Построение функционала усталостной повреждаемости конструкции самолета, вызванной атмосферной турбулентностью и расчет оптимальных траекторий полета 23

§4. Методы расчета усталостной долговечности при воздействии случайных нагрузок 23

§5. Математическая модель атмосферной турбулентности 32

§6. Построение функционала усталостной повреждаемости 40

§7. Численные методы и алгоритмы оптимизации траектории полета самолета 44

§8. Построение и анализ оптимальных траекторий полета самолета 56

Глава III. Исследование влияния размеров самолета на спектральные плотности воздействия атмосферной турбулентности 67

§9. Спектральная плотность вертикальных порывов ветра, усредненная по размаху крыла 69

§10. Дисперсия усредненных по размаху крыла вертикальных порывов ветра 84

§11. Спектральная плотность коэффициента момента крена, обусловленного градиентом нормального ветра по размаху крыла

§12. Расчетные формулы для вычисления усредненных по размаху крыла спектральных плотностей 94

Глава ІV. Вычисление дисперсии вертикальной перегрузки самолета и числа пересечений нулевого уровня перегрузки при учете неоднородности распределения случайных порывов ветра вдоль раз ,маха крыла

§13. Асимптотические свойства усредненных по размаху крыла спектральных плотностей атмосферной турбулентности ЮІ

§14. Влияние неравномерности распределения случайных порывов ветра вдоль размаха крыла

на дисперсию вертикальной перегрузки 106

§15. Расчет числа пересечений нулевого уровня перегрузки, вызванной атмосферной турбулентностью ИЗ

Заключение 126

Приложение I 129

Приложение 2 136

Литература 1  

Введение к работе:

Турбулентные движения воздушных масс в атмосфере оказывают существенное влияние на полет самолета. Случайные порывы ветра, вызванные атмосферной турбулентностью, являются источниками дополнительных сил и моментов сил, действующих на самолет. Они приводят к возникновению возмущений траектории полета, усложняют процесс управления самолетом, создают нагрузки на элементы планера, которые вносят вклад в усталостную повреждаемость конструкции самолета и т.д. Поэтому исследования, направленные на изучение влияния атмосферной турбулентности на полет самолета, являются весьма актуальными и имеют важное прикладное значение с точки зрения обеспечения безопасности, эффективности и качества полета.

Целью настоящей работы являлось: анализ возможности экономии топлива и снижения усталостной повреждаемости конструкции планера самолета, вызванной воздействием атмосферной турбулентности, за счет оптимизации траектории полета; развитие метода приближенного описания влияния турбулентнеоти атмосферы на динамику полета самолета.

В работе были поставлены и решены следующие основные задачи:

- построение функционала усталостной долговечности элемента конструкции планера, связанной с атмосферной турбулентностью;

- составление алгоритма и программы для нахождения оптимальной траектории полета самолета;

- нахождение усредненных по размаху крыла спектральных плотностей вертикальных порывов ветра для корреляционной функции атмосферной турбулентности, описываемой формулой Н.Буллена;

- исследование повторяемости вертикальной перегрузки самолета с учетом неравномерного характера распределения случайных порывов ветра вдоль размаха крыла и вдоль направления полета. Диссертационная работа состоит из четырех глав. В первой главе дана общая постановка задачи оптимизации профилей полета самолета, приведены математическая модель движения самолета и указаны основные ограничения на фазовые координаты и параметры управления. В качестве математической модели полета использована система уравнений продольного движения, дополненная уравнением на расход топлива.

Во второй главе диссертации описана методика построения функционалов, по которым производится оптимизация траектории полета самолета, и приводятся результаты оптимизации параметров траектории пассажирского самолета Ан-24 по критериям минимального расхода топлива и усталостной повреждаемости, вызванной воздействием атмосферной турбулентности.

Функционал топлива строится стандартным способом по известному километровому (или часовому) расходу топлива. Построение функционала усталостной повреждаемости представляет собой более сложную задачу, так как нужно иметь расчетные формулы для суммирования повреждений, возникающим в конструкции планера самолета из-за воздействия внешней случайной широкополосной нагрузки. В главе П дан обзор некоторых работ, связанных с этим вопросом. Для построения функционала усталостной повреждаемости выбрана методика, развитая в работах ВЛ.Вайхера. Она основана на применении т.н. гипотезы спектрального суммирования и позволяет выразить использованную долговечность через некоторые моменты от спектральной плотности случайных нагружений, вызванных атмосферной турбулентностью. В этой главе также дано описание программы для ЭЕМ численного решения задачи оптимального управления, применявшейся при нахождении оптимальных траекторий полета самолета.

В третьей главе диссертации исследуются свойства спектральных плотностей реакций самолета на случайные порывы ветра, вызванные турбулентностью атмосферы, с учетом усредняющего действия крыла. Эти величины используются при исследовании динамики полета самолета в атмосфере (см., например,/?/). Они позволяют оценить влияние размаха крыла на реакции самолета, вызванные случайными ветровыми нагрузками, и на повторяемость этих нагрузок в процессе полета. Однако в литературе формулы для усредненных спектральных плотностей известны для драйденовской модели атмосферной турбулентности. В работе было проведено обобщение этих формул на случай, когда поперечная корреляционная функция атмосферной турбулентности описывается распределением Н.Буллена /76/, которое включает в себя, как частные случаи драйденовскую и кармановскуго модели.

Получены общие аналитические выражения для спектральной плотности подъемной силы и ее дисперсия. Аналогичные выражения получены для спектральной плотности коэффициента момента крена Sm и дисперсии 6М . Приведены расчетные формулы для численного нахождения усредненных по размаху крыла спектральных плотностей для драйденовской и кармановской моделей турбулентности.

В четвертой главе исследованы асимптотические свойства усредненных спектральных плотностей в области высоких частот. Это позволило предложить простую аппроксимационную формулу для случайной подъемной силы. С помощью уравнений движения жесткого самолета по известной спектральной плотности подъемной силы рассчитана спектральная плотность вертикальной перегрузки. На ее основе рассмотрено влияние размаха крыла на дисперсию перегрузки. Получено аналитическое выражение для числа пересечений нулевого уровня перегрузки на единицу пути. Проанализированы

-зависимости дисперсии перегрузки и числа пересечений нулевого уровня от соотношения между геометрическими размерами самолета и масштабом турбулентности, от массового параметра самолета. Получена расчетная формула для определения повторяемости вертикальной перегрузки от атмосферной турбулентности.

В работе содержатся следующие новые научные результаты:

- показано, что за счет оптимального выбора траектории полета можно добиться снижения усталостной повреждаемости конструкции планера самолета, вызванной случайными нагрузками от атмосферной турбулентности;

- с учетом неравномерного характера распределения случайных порывов ветра вдоль размаха крыла получены аналитические выражения для спектральных плотностей подъемной силы и коэффициента момента крена для корреляционной функции атмосферной турбулентности, описываемой формулой Н.Буллена;

- исследованы асимптотические свойства усредненных по размаху спектральных плотностей и предложена простая аппрокеимационная формула для спектральной плотности подъемной силы, учитывающая геометрические размеры самолета;

- получены расчетные формулы для вычисления дисперсии вертикальной перегрузки и числа пересечений нулевого уровня перегрузки на единицу пути.

Практическая полезность работы состоит в следующем:

- составленная программа расчета оптимальных профилей полета может быть применена при решении оптимизационных задач динамики полета самолета;

- исследования по минимизации усталостной повреждаемости конструкции самолета, обусловленной атмосферной турбулентностью, путем оптимизации траектории могут быть использованы в практических рекомендациях по летной эксплуатации;

- полученные в работе аналитические формулы, связанные с усредненными по размаху крыла спектральными плотностями, дают возможность улучшить моделирование движения самолета в турбулентной атмосфере;

- исследования повторяемости вертикальной перегрузки представляют интерес для оценок влияния атмосферной турбулентности на ресурс самолета.

Материалы диссертационной работы были доложены на Всесоюзном совещании "Проблемы управления процессами в сплошных средах" (Киев, 1979 г.), на конференции молодых ученых КНИГА (Киев,1980г.), на конференции молодых ученых РИИГА (Рига, 1980 г.), на П-ой Всесоюзной конференции по безопасности полетов (Киев, 1981 г.), на Всесоюзном семинаре "Динамика полета, управляемость и идентификация характеристик воздушных судов" (Киев, 1981 г.), на Ш-ей Всесоюзной конференции по безопасности полетов (Ленинград,1982г.).

Автор выражает глубокую признательность научному руководителю доктору физ.мат.наук, профессору К.Г.Валееву за постоянное внимание и помощь, и кандидату технических наук, доценту Г.Л.Тер-Саакянцу за помощь в работе. 

Подобные работы
Филатьев Александр Сергеевич
Сквозная оптимизация ветвящихся траекторий выведения космических летательных аппаратов в атмосфере на основе принципа максимума Понтрягина
Казмерчук Павел Владимирович
Разработка программно-математического обеспечения оптимизации траекторий КА с солнечным парусом
Усачов Валерий Евгеньевич
Оптимизация траекторий и миссий в корону Солнца
Мортазавибак Мехди
Программирование траектории методом обратных задач и оптимизация управления спускаемым космическим аппаратом
Краснобаев Василий Константинович
Выбор оптимальных траекторий набора высоты транспортного самолета с учетом требований к точности навигации
Сирант Алексей Леонидович
Исследование влияния неидеальностей рабочего импульса жидкостных ракетных двигателей малой тяги на динамику малого космического аппарата
Кубланов Михаил Семенович
Адекватное математическое моделирование динамики полета летательных аппаратов
Ховрунова Ольга Александровна
Методика формирования облика пассажирских самолетов с учетом ограничений по воздействию на окружающую среду
Сурина Алла Валентиновна
Разработка методов формирования решений для автоматизированной системы оптимизации траектории развития производственных систем в условиях неопределенности внешней среды
Волошин Дмитрий Андреевич
Повышение эффективности процесса фрезерования концевыми фрезами на основе оптимизации траекторий формообразующих движений в пространстве состояний

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net