Упругая динамическая схема беспилотных крылатых летательных аппаратов и способы повышения точности представления ее параметров при выполнении проектов в АО «ВПК «НПО машиностроения»

Язык труда и переводы:
УДК:
629.7
Дата публикации:
23 января 2022, 01:33
Категория:
Секция 02. Летательные аппараты. Проектирование и конструкция
Авторы
Ватрухин Юрий Михайлович
АО «ВПК «НПО машиностроения»
Аннотация:
Рассмотрены уравнения упругой динамической схемы беспилотных крылатых летательных аппаратов, которые используются для настройки системы автоматического управления и статистического компьютерного моделирования движения летательных аппаратов. Показаны особенности уравнений движения упругого летательного аппарата в потоке и работ с моделями упругой динамической схемы при проектировании. Показаны способы повышения точности представления упругих свойств и аэродинамического воздействия на летательный аппарат для повышения надежности моделирования с целью гарантированного выполнения полетных заданий.
Ключевые слова:
упругая динамическая схема, беспилотные летательные аппараты, система автоматического управления, аэродинамика
Основной текст труда

Успешная работа многих типов ракетной и аэрокосмической техники возможна только с помощью систем автоматического управления и стабилизации (САУ). При выборе структуры и настроек параметров САУ для ее правильной работы определяющее значение имеют характеристики самого летательного аппарата (ЛА) и как жесткого, и как упругого тела, находящегося в потоке воздуха. Неточности, просчеты и ошибки в этой области могут сказаться на выполнении полетного задания и даже закончиться катастрофой, что часто имело место на ранних этапах развития авиации.

Полная динамическая модель ЛА включает модель ЛА и как жесткого, и как упругого тела. Динамика движения упругого ЛА в полете описывается соответствующими математическими моделями — уравнениями возмущенного движения [1, 2]. Такие модели, разрабатываемые при определенных допущениях, и используемые в АО «ВПК «НПО машиностроения» для компьютерного статистического моделирования движения упругого ЛА в потоке, и называют упругой динамической схемой (УДС) крылатого ЛА.

Уравнения УДС формируются на основе специальных расчетных моделей — упруго-массовых моделей [3] и моделей аэродинамического воздействия на ЛА [4]. Чтобы избежать серьезных просчетов в АО «ВПК «НПО машиностроения» проводится большая работа по определению, подтверждению и корректировке массовых, жесткостных, упругих динамических и аэродинамических характеристик ЛА, как расчетами, так и экспериментально, на всех этапах разработки проектов.

Из-за важности решаемых на основе УДС задач, для ее подтверждения и, при необходимости, корректировки в процессе проектирования проводится большой объем расчетных и экспериментальных работ. Уравнения и расчетные модели УДС закладываются на этапе эскизного проекта. На этапе рабочего проектирования появляется возможность уточнения расчетных моделей УДС по конструкторской документации. А на этапе стендовой отработки — по жесткостным и модальным испытаниям. На этапе летно-конструкторских испытаний расчетные модели УДС могут быть использованы для анализа возникающих нештатных ситуаций.

В докладе представлены особенности формирования и уточнения основной и парциальной систем УДС крылатых ЛА. При составлении уравнений движения УДС, учитываются все силы, действующие на упругий ЛА в потоке — упругие и инерционные силы, действующие на ЛА как систему с распределенными параметрами, и на его органы управления, демпфирование в конструкции и трение в проводке управления рулей, аэродинамические силы на ЛА и его органы управления, а также все виды действующих в полете внешних воздействий.

Приводится типичный вид уравнений УДС. Показано как вычисляются параметры тонов движения ЛА как жесткого тела, т.е. «нулевых» тонов. Даны соотношения, приводящие исходную систему уравнений движения упругого ЛА к каноническому виду (к главным нормальным координатам). Приводится структура матриц системы уравнений УДС. Даны соотношения преобразования координат движения ЛА как к координатам, определяемым чувствительными элементами САУ.

Показан ряд способов определения и уточнения параметров УДС упругого ЛА в потоке:

  • расчет обобщенных аэродинамических сил на упругий ЛА,
  • порядок определения «нулевых» тонов упругого ЛА сложной конструкции,
  • замена расчетных аэродинамических сил на рулях на экспериментальные,
  • преобразование коэффициентов матриц аэродинамической жесткости и демпфирования при переходе к физическим координатам САУ,
  • введение экспериментальных коэффициентов давления на участках нелинейной аэродинамики,
  • представление люфтов в проводке управления рулями,
  • запись матриц аэродинамической жесткости и демпфирования, справедливая для произвольных точек линий движения ЛА, включая область нелинейных аэродинамических характеристик.

Представленные способы определения и уточнения параметров упругого ЛА в потоке необходимы при статистическом компьютерном моделировании движения ЛА, а в конечно итоге — для повышения надежности выполнения полетных заданий.

Литература
  1. Колесников К.С., Сухов В.Н. Упругий летательный аппарат как объект автоматического управления. М.: Машиностроение, 1974. 267 c.
  2. Ватрухин Ю.М., Никитенко В.И., Поповский В.Н. Особенности уравнений возмущенного движения упругого изделия в потоке воздуха. Проектирование и производство систем ракетного и артиллерийского вооружения: тез. Всесоюз. семинара. МВТУ им. Н.Э. Баумана. Инв. № 27498с. М., 1986. С. 156–157.
  3. Ватрухин Ю.М., Рыбаков А.А., Набиуллин Э.Н. Построение математической модели упругого летательного аппарата сложных пространственных динамических схем в задачах аэроупругости // МРС «ТТЭ». 1983. Сер. А, вып. 5. М., п/я 1420.
  4. Ватрухин Ю.М. Комплексный анализ аэроупругих характеристик летательного аппарата сложной силовой схемы: дис. ... канд. техн. наук: 01.02.06. М., 1988. 130 p.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.