Michał Cichoń

Modelowanie i symulacja numeryczna dynamiki sterowanego samolotu w manewrach przestrzennych z uwzględnieniem wpływu wiatru

Streszczenie:

W pracy przedstawiono modelowanie fizyczne i matematyczne dynamiki sterowanego samolotu z turbinowymi silnikami odrzutowymi. Samolot potraktowano jako ciało sztywne o sześciu stopniach swobody. Zamiarem pracy było przeprowadzenie analizy właściwości dynamicznych samolotu podczas wykonywania manewrów, opartych szczególnie na zakrętach skoordynowanych. Jako podstawową metodę badań zastosowano symulacyjne analizy różnych stanów lotu. Pełne dynamiczne równania ruchu samolotu w ruchu przestrzennym wraz z związkami trans­formacyjnymi stanowią podstawę budowy programu symulacyjnego. Przedstawiono charakterystyczne parametry zakrętu prawidłowego, model fizyczny i matematyczny sterowania oraz postać przyjętych praw sterowania. Prawa sterowania mają postać jako kinematyczne związki uchybów zadanych i realizowanych parametrów lotu w kanałach: przechylania, pochylania, odchylania oraz prędkości.

W symulacji numerycznej uwzględniono: dynamikę silników; efekty giroskopowe od elementów wirujących; zaburzenia wynikające z ruchów powietrza (wiatry, podmuchy); stany awaryjne silnik(a/ów); oraz ich wpływ na charakter zadań wykonywanych przez samolot. Złożoność manewrów spowodowała, że ujawniły się sprzężenia w systemie o różnym charakterze, występujące zarówno między kanałami sterowania jak i między elementami systemu. Tego rodzaju badania umożliwiają poszerzenie znajomości własności użytkowych statków powietrznych, przebiegu i współzależności zjawisk związanych z lotem. Podjęcie właściwego sposobu przeciwdziałania na zaburzenia naruszające równowagę, pozwala na uniknięcie potencjalnych zagrożeń ze względu na ryzykowną trajektorię lotu i doprowadza do możliwie najkorzystniejszego stanu lotu. Podjęte badania są więc bardzo istotne dla wzrostu bezpieczeństwa wykonywania lotów, w trakcie szkolenia, treningu pilotów oraz w systemach symulatorów lotniczych dla danego typu samolotu. Mogą być również wysoce użyteczne przy odtwarzaniu zdarzeń lotniczych.

Wyniki badań uzyskano z symulacji numerycznych w oparciu o autorski własny program napisany w MATLAB-ie.

Prezentują one szerokie możliwości zbudowanego modelu symulacyjnego. Rozprawa zawiera omówienie wszystkich wyników obliczeń zmian parametrów lotu i szereg wniosków, które wynikają również z porównania z praktyką pilotażu. Wyniki przedstawiono w postaci graficznej na wykresach dla samolotu testowego I-22 Iryda.