автореферат диссертации по транспорту, 05.22.14, диссертация на тему:Возможности расширения эксплуатационных ограничений самолета на основе математического моделирования динамики полета в условиях интенсивных осадков

РТ6 оЛ

г. ««

МУРАТОВ Алексей Александрович

ВОЗМОЖНОСТИ РАСШИРЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИО}ШЫX ОГРАНИЧЕНИЙ САМОЛЕТА НА ОСНОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДИНАМИКИ ПОЛЕТА В УСЛОВИЯХ ИНТЕНСИВНЫХ ОСАДКОВ

Специальность 05.22.14. - эксплуатация воздушного транспорта

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва 1998

Работа выполнена в Московском Государственном техническом унинерентею гражданской авиации.

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

ЦИПЕНКО В. Г.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

ЖЕЛАННИКОВ А И. кандидат технических наук ВАСИН И.С

Ведущее предприятие: ГосНИИГА

Защита диссертации состоится «_»____ 1998 г. в_часов на заседании

диссертационного совета К 072.05.01 Московского Государственного технического университета гражданской авиации (адрес: 125838, г. Москва, Кронштадтский бульвар, д.20). С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ ГА. Автореферат раюслан «_»_ 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Л Г. Романов

01.1Ц\И Х.М'ЛК'П СИПНк \ сличи

Актуальность темы. Анализ тенденции развития гражданской авиации (I Д| по нам мире показывает, что основной проблемой, неизменно стоящей в процессе сомапия и "жеплуаташш авиационной технике (АТ), является проблема постоянного повышения эффективности летной эксплуатации (ЛЭ) и одновременно с этим обеспечения заданного уровня безопасности полетов (Ш) воздушных судов (ВС) на различных этапах полета.

Наиболее сложным и ответственным с точки зрения обеспечения БП являются взлет, набор высоты, снижение, заход на посадку и посадка ВС, специфика которых обусловлена близостью земли, метеорологическими факторами и повышенной психофизиологической напряженностью экипажа. Анализ статистических данных международной организации гражданской авиации (ИКАО) за последние 20 лет показывают, что на взлет, который составляет 2% общего времени полета, приходится 21% катастроф, а на этапах захода па посадку и посадки (4% общего времени полета) происходит 54% катастроф. Иначе, на 6% летного времени приходится 75% катастроф, причем основная их доля падает на этапы захода на посадку и посадки ВС.

Необходимость решения вышеперечисленных вопросов делает задачу исследования движения ВС на взлете, при заходе на посадку и посадке весьма актуальной.

В настоящее время широко используется два подхода к обеспечению высокого уровня

БП.

Первый подход включает в себя так называемые нормирующие действия, которые должны предприниматься повсеместно для достижения желаемого уровня БП при конструировании, производстве, эксплуатации и техническом обслуживании ВС, включая управление воздушным движением и аэродромное обслуживание. Этот метод предполагает высокий уровень стандартизации в авиационно-транспортной системе.

Второй метод включает в себя предупредительные меры, которые необходимо принять для поддержания желаемого уровня БП: расследование АП (ПАП), составление отчетов (обзор, разработка рекомендаций на основании теоретических исследований и летных испытаний). .

Настоящая работа находится в русле второго подхода к обеспечению высокого уровня БП и посвящается исследованию вопросов расширения летных ограничений при обеспечении БП на этапах взлета и посадки в условиях опасных внешних воздействий и при отказах авиационной техники.

Объект исследования Объектом исследования являются широкоф'о ¡сляжиы.ч и ужофюзеляжный самолеты.

Цель и задачи исследования. Цель работы - разработка рекомендаций и предложений по расширению эксплуатационных ограничений и технике пилотирования ВС на этапах взлета, захода на посадку, посадки и ухода на второй круг в условиях ливневых осадков на основе результатов математическою моделирования.

Анализ руководящей и технической документации с целыо выявления указаний по выполнению взлета и посадки, которые предположительно могут быть усовершенствованы в смысле расширения эксплуатационных ограничений, позволил сформулировать следующие конкретные задачи исследования:

1. Анализ существующих методов и средств исследования влияния различных факторов на эффективность ЛЭ и БП ВС в условиях ливневых осадков.

2. Оценка влияния ливневых осадков на аэродинамические характеристики ВС

3. Разработка методики исследования влияния ливневых осадков на ЛТХ ВС на этапах взлёта, захода на посадку, посадки и ухода на второй круг.

4. Разработка и обоснование метода проверки достоверности и точности математического моделирования движения ВС.

5. Разработка рекомендаций по пилотированию ВС в условиях ливневых осадков.

6. Разработка предложений и рекомендаций по расширению эксплуатационных ограничений ВС в условиях ливневых осадков.

Идея диссертационной работы состоит в том, чтобы при разработке предложений и рекомендаций по расширению эксплуатационных ограничений и техники пилотирования ВС в условиях ливневых осадков ценгр тяжести исследований переместить в область математического моделирования, как наиболее дешевую и доступную, г дорогостоящий лётный эксперимент использовать лишь для корректировки расчётных результатов, контроля достоверности и точности.

Методы исследования Для решения поставленных задач использование методы математического моделирования, аэродинамики и динамики самолета, численные методы решения задач на ЭВМ, теории вероятности и математической статистики.

Научная новизна работы. Научная новизна работы севтеиг в том, что:

- выявлена возможность расширения эксплуатационных ограничений самолетов в условиях ливневых осадков;

- предложены и обоснованы методы пилотирования ВС в условиях ливневых осадков; .

- определены предельные значения параметров, которые возможно безопасно реализовать на этапах взлСта, захода на посадку, посадки и ухода на второй круг ВС в условиях ливневых осадков;

Практическая ценность работы. Практическая ценность работы заключается в том, что она позволяет:

- расширить границы исследования поведения ВС в условиях ливневых осадков и сделать летные испытания более безопасными и качественными, что в конечном итоге должно привести к повышению БП;

- обеспечить экономию ресурсов за счет сокращения летных испытаний (ЛИ) и трубных испытаний;

- проводить анализ особых ситуаций в полете за рамками эксплуатационных ограничений с целью определения предельных возможностей самолета;

- разрабатывать дополнительные предложения по технике пилотирования ВС в условиях ливневых осадков;

- разработать рекомендации по обучению и тренировке экипажа при непроизвольном попадании ВС в зону интенсивных осадков.

Достоверность результатов решения поставленных задач подтверждается:

- непосредственным сравнением численных расчетов с результатами ЛИ и данными средств объективного контроля (СОК);

- непротиворечивостью полученных на математической модели (ММ) численных результатов экспериментальным данным по статистическим критериям.

Реализация и внедрение результатов работы. Основные результаты диссертационной работы внедрены и использованы в ОАО «Аэрофлот - Российские международные авиалинии» и ГТК «Россия», при обучении и тренировке экипажей при попадании ВС в условия ливневых осадков.

Вместе с тем эти результаты использованы в учебном процессе по дисциплинам «Аэродинамика» в ВВИЛ им. Жуковского и МГТУГА.

Апробация работы. Основные результаты выполненных исследований и отдельные результаты работы докладывались и получили положительную оценку на всесоюзных и международных научно-технических конференциях по вопросам инженерно-авиационного обеспечения БП и эффективности эксплуатации ВС (Москва, 1996 год), а также обсуждались на ежегодных вузовских научно-технических конференциях и семинару.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Основное содержание работы изложено

на 159 страницах машинописного текста, 28 таблиц, 69 рисунхов, список литературы включает 65 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность проблемы, поставленной в диссертации, формулируется цель и доказывается практическая ценность работы, а также описывается последовательность изложения результатов выполненных исследований.

В первой главе работы проведен анализ влияния ливневых осадков на БП с целью выбора основных факторов и условий для моделирования на ЭВМ. Установлено, что дождь может оказывать влияние на самолет четырьмя способами:

1) дождевые капли, ударяющиеся о самолет, сообщают ему количество движения, направленное вниз назад;

2) образуется тонкая водная пленка, которая увеличивает массу самолета;

3) водяная пленка может стать шероховатой от ударов капель и сил поверхностного натяжения, вызывая потери подъемной силы и увеличение лобового сопротивления;

4) уменьшение дальности видимости;

5) уменьшение коэффициента сцепления ВПТ1 и появление возможности гидроглиссирования колес.

Проведен анализ влияния различных факторов на дальность видимости в условиях ливневых осадков В результате проведенного анализа установлено, что при сильных осадках наблюдается ухудшение видимости из-за рассеивания света в каплях и соударения капель с лобовым стеклом самолета. Удар капель о стекло и последующее растекание капель воды в поверхностном слое формируют оптически шероховатую поверхность, искажающую изображение. Величина этих искажений зависит, в основном, от возможностей стеклоочистителя, тогда как ухудшение видимости из-за рассеяния на каплях зависит почти целиком от состояния окружающей среды. Под дальностью видимости понимают максимальное расстояние, на котором может быть опознан объект. Следовательно, дальность видимости зависит от ряда факторов: размеров, формы, цвета и характера движения объекта, времени суток, направления на объект, состояния атмосферы.

Предложена упрощенная теоретическая модель взаимодействия колес шасси с ВПП, позволяющая рассчитать скорость глиссирования колес, расположенных по схеме двойного и тройного тандема (рис. 1).

Показано, что глиссирование колее приводит к существенному падению сил взаимодействия колес самолета с ВПП и ухудшению путевой управляемости, эффективности торможения колес при одновременном увеличении сил сопротивления.

Следствием мог о является рост иотребньп яикмных н (кчд.к^'иих ■ линий ш

также уменьшение максимально допусти мою боковою ветра при висте к посалю само к-к» с мокрой ВГ1П, особенно при ливневых осадках.

Из приведенных исследований установлено, что наиболее значительно на скорость глиссирования влияет давление воздуха в шине. Для шин с полностью изношенным протектором скорость глиссирования измеряется до толщины слоя воды на покрытии порядка 2 мм, при больших значениях толщины слоя она остается постоянной. Для одиночного колеса практически одинакова степень влияния на скорость глиссирования шероховатое™ покрытая и состояние рисунка протектора. Скорость глиссирования V гл., км/ч 2 3

0 2 4 6 8 10 мм

! - переднее колесо; 2 - среднее колесо; 3 - заднее колесо; 4 - скорость глиссирования по формуле \'гл = 63,2 V Угл

Рис. 1. Зависимость скорости глиссирования от толщины слоя воды на асфальтобетонном покрытии для колес, расположенных по схеме тройной тандем при давлении воздуха в шинах 9 кг/см2 с новым (Кгг=1) и полностью изношенным (Кп~0) рисунком протектора Вторая глава посвящена рассмотрению методов оценки влияния ливневых осадков па аэродинамические характеристики.

Обобщенный анализ публикаций в отечественной и зарубежной прессе о влиянии осадков на эксплуатацию ВС показал, что несколько самолетов в год при посадке подвергаются воздействию дождя с интенсивностью порядка 500 мм/ч , а многие другие самолетц -воздействию дождя порядка 100 мм/ч. Потеря количества движения может быть критической для самолета, набирающего высоту в условиях сильного дождя при уходе на второй круг с выпущенной механизацией. Потери скорости при наборе высоты могут соответствовать

условиям низкой кинетической энергии самолета. Рассмотрено влияние увеличения массы при наличии пленки воды на самолете при сильном дожде. Анализ влияния показывают, что при интенсивности дождя масса самолета увеличивается на 1%-2%. Таким образом, двух процентное увеличение массы самолета превратит предельно допустимую посадочную массу такого самолета, как Ил-96-300 (175т) в 178,5 т., что уже создает ситуацию нештатной посадки. .

Рассмотрено влияние шероховатости профиля на коэффициенты сопротивления и подъемной силы самолета. Отмечено, что шероховатость профиля возникает по двум причинам: образование кратеров от ударов капель и образование волн на поверхности тонкой водяной пленки.

Шероховатости , вызываемые каждым из этих источников, анализировались отдельно. Предварительные экспериментальные результат были экстраполированы с целью получения модели образования капель, падающих на профиль крыла со скорость^, соответствующей скорости посадки самолета. Высота кратера и время его существования в зависимости от интенсивности дождя были использованы для определения среднего значения эквивалентной шероховатости верхней поверхности профиля для данной интенсивности дождя. Использовались два способа определения увеличения сопротивления по рассчитанному значению шероховатости. По первому способу определялся рост коэффициента трения профиля и фюзеляжа на основе расчета коэффициента трения для турбулентного потока над плоской стенкой. Рост коэффициента трения был затем обращен в рост коэффициента сопротивления самолета.

В соответствий со вторым способом, среднее значение шероховатости непосредственно связывалось с изменениями коэффициента сопротивления профиля на основе экспериментальных результатов. По первому способу получено увеличение сопротивления от 2 до 6% для интенсивности дождя между 100 мм/ч и самым высоким зарегистрированным значением в 2000 мм/ч.

Второй способ, основанный на экспериментальных данных, указал на увеличение коэффициента сопротивления в 3-6 раз по сравнению с первым способом. Подобный же метод был использован для оценки увеличения коэффициента сопротивления, обусловленного волнистостью пленки. Теоретически полученное влияние коэффициента трения составило от 2% до 5%, а экспериментальные измерения роста сопротивления профиля показало его увеличение в 3 раза. На основании вышеприведенного анализа и учитывая неточности и допущения, принятые при моделировании, получен вывод, что рост сопротивления самолета, обусловленный образованием кратеров от ударов капель и

волчисюй шероховатости, составляет 5-10% от сопротивления самолета, мри интенсивности

дожля 2000 мм/ч

образованием кратеров, приводила к потерям в подъемной силе на 37% при интенсивности дождя в 100 мм/ч и более чем 30% при более высоких интенсипностях.

Предварительный анализ влияния шероховатости профиля, связанной с волнистостью, показал, что волнистость пленки дает потери в подъемной силе от 11% до 30% в зависимости от интенсивности дождя. Эти потери в подъемной силе и сопротивлении представляют собой величины, достаточно серьезно влияющие на аэродинамические характеристики самолета в посадочной конфшурации в условиях дождя, что потенциально может привести к летному происшествию. Требуется, однако, экспериментальное подтверждение результатов, полученных в дампом исследовании.

На рис.2 и 3 представлены зависимости коэффициентов сопротивления и подъемной силы от шероховатости профиля, полученные при обобщение экспериментальных данных.

На рис 4 приведены данные по уменьшению максимального коэффициента подъемной силы крыла в зависимости от шероховатости К при различной конфигурации крыла.

Анализ экспериментальных данных показал, что шероховатость, свямнная с

ДС х, %

■з

■1

К/1.

!0

Ю

10

10

Рис. 2. Влияние шероховатости на прирост коэффициента сопротивления 1 - крыло без механизации; 2-бз = 20";3-6э/йпр = 20° /25°.

Рис.3. Зависимость уменьшения максимального коэффициента подъемной силы от шероховатости крыла в полетной конфигурации

1- шероховатость охватывает всю верхнюю поверхность;

2- локализованные возмущения вдоль размаха крыла,

3- расстояние шероховатости от передней кромки 5%;

4- расстояние шероховатости от передней кромки 15%;

5- расстояние шероховатости от передней кромки 30%.

Рис.4. Зависимость уменьшения Су> тгх = Г (К) крыла в полетной конфигурации и при

1

отклоненной механизации крыла 1- 5з = 20 •; 2- крыло, 6з,5 пр = 0; 3-5 пр = 25;6з = 20'; 4 -6з /6 пр = 20 '/25, шероховатость удалена от передней кромки на 5%;

5- крыло без механизации, шероховатость удалена от передней кромки на 5%;

6-5з = 20шероховатость удалена от передней кромки на 15%;

7- крыло без механизации, шероховатость удалена от передней кромки на 15%.

Таким образом, проведенные выше исследования и их ана.1111 свилеимыгнист о существенном влиянии ливневых осадков на аэродинамические характеристики ПС и требуют разработки методик для их определения с целью дальнейшего исследования в ММ движения самолета на режимах взлета и посадки для разработки рекомендаций и предложений по технике пилотирования и обеспечения БП.

В третьей главе работы обоснована математическая модель (ММ) движения ВС, позволяющая удовлетворить потребности цифрового моделирования при исследованиях эффективности ЛЭ и БП транспортных самолетов с достаточной степенью точности и достоверности, позволяющая решать большой круг вычислительных задач на персональной ЭВМ.

Определена степень универсальности и унификации ММ. Проведены исследования по проверки адекватности ММ движения ВС на всех этапах полета. В конце главы даны выводы и рекомендации по использованию ММ.

ММ движения ВС в работе используется в обшем виде: Х = Р(Р,Х,й,\У)^>10 ,

где X - фазовый вектор пространственного движения самолета; Р - конструктивные параметры самолета, влияющие на его поведение; и - вектор управления самолетом; V/ - вектор внешни* возмущений, I - время.

Степень адекватности ММ зависит ог достоверности информации о конструктивных параметрах самолета и от ее структуры, которая описывается системой нелинейных обыкновенных дифференциальных уравнений пространственного движения ВС с известными связями, отражающими работу шасси и управление самолетом. Используемая ММ имеет следующие особенности:

- ММ имеет единую структуру и основные блоки для расчета всех этапов полета ВС;

- в ММ учтены в отдельных блоках все особенности и вся автоматика ВС Структурная схема представлена на рис. 5.

Важное место при использовании ММ занимает оценка ее адекватности, показателями которой являются такие количественные характеристики, как точность и достоверность. В работе такие оценки проведены на двух этапах исследования.

На первом этапе производилось непосредственное сравнение результатов расчетов, выполненных на ММ, с опытными данными, полученными в ЛИ. Этот наиболее простой способ проверки адекватности ММ может оказаться недостаточно точным, с одной стрроны, из-за наличия погрешностей в проведении ЛИ и обработки материалов испытаний, а с другой

ОБОБЩЕННАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ САМОЛЕТА

Й«.5

стороны. Hl-U not pcllliroCTCil ЧС10ЛНКН HpUMMCHI!« ЯМЧИС IMtC IUH»n >»l CKT4I««-"IJ lit >1 Поэтому на втором >гапе проверки томности и лосюверкк ти ММ .ишачит но icia само кia проведена доказательством непротиворечивости рстультатоп моделирования экспериментальным данным с помощью критерия Пирсона. В работе при данной проверке используется два подхода.

В первом направлении исследований используется управление самолетом (блок питания), заложенное в ММ, и результаты ВЭ сравниваются с результатами ЛИ по всем параметрам, характеризующим движение ВС. Второй подход в этой проверке состоит в том, что блок управления ММ отключается и проверяются только собственные свойства самолета в переходных процессах. При этом на вход ММ заводятся записи действий управляющих органов самолета, сделанных во время летного эксперимента, с которым производится сравнение теоретического расчета. И полученные таким образом результаты расчета уже в свою очередь сравниваются с результатами соответствующих ЛИ.

Для используемой в работе ММ показано, что по всем критериям и непосредственно по переходным процессам наблюдается сходимость расчетных и экспериментальных результатов в пределах 6-10%, что свидетельствует о приемлемой достоверности и точности ММ.

Анализ выбранной ММ для исследования нормальных и особых случаев взлета и посадки ВС показал, что

- ММ позволяет моделировать процессы разбега и набора высоты, планирования, выравнивания, приземления и пробега при различном состоянии ВПГ1 с учетом ветра любого направления (вплоть до моделирования турбулентности воздушной среды и сдвига ветра, а также с учетом других внешних воздействий);

- в ММ можно вводить и моделировать отказы бортовых систем и управляющих поверхностей ВС;

- ММ содержит в своем составе ММ состояния полосы, позволяющую по замеренному с помощью дессслератора коэффициенту сцепления (что всегда известно для каждого аэродрома взлета и посадки), корректировать его по скорости движения и определять боковую и продольную его составляющие для вычисления сил, действующих на колеса шасси при движении по ВПП;

- ММ обладает высокой степенью достоверности, а погрешность вычислительных экспериментов не превышает 6%-10%.

и

В четвертой главе выполнены численные эксперименты но решению прикладных задач динамики полета самолета в условиях ливневых осадков. Проведено сравнение результатов математического моделирования движения ВС в условиях ливневых осадков с результатами испытаний в аэродинамической трубе и летными испытаниями. Результаты численного моделирования свидетельствуют о реальной возможности расширения области эксплуатационных ограничений. Сформулированы и даны выводы и рекомендации по повышению эффективности ЛЭ, полученные на оснопании математического моделирования ВС в условиях ливневых осадков и ветровых возмущений.

Предложена унифицированная программа проведения исследования последствий функциональных отказов бортовых систем и управляющих поверхностей ВС с помощью математического моделирования.

В работе проведан подобный анализ результатов математического моделирования движения различных типов ВС (Ил-86, Ил - 96-300, Ту - 154) в условиях ливневых осадков и интенсивных ветровых возмущений на этапах вхтета, захода на посадку, посадки и ухода на второй круг . В частности, на примере захода на посадку, ухода на второй круг и посадки с отказавшим двигателем на примере самолета Ил-96-300 получено, что

- параметры траекторий при моделировании согласуются с РЛЭ;

- центровка самолета во всех исследованных случаях оказывает лишь известное влияние на угол тангажа, расход руля высоты и управляемость при движении по ВПП: значения угла тангажа на снижении различаются на 2 градуса, расход руля высоты на снижении и боковое отклонение от оси ВПП (до 6 м)- вдвое;

- попадание самолета в ливневые осадки (без сдвига ветра) на снижение приводит к вертикальному отклонению траектории от глиссады па величину но 6 м, при движении в зоне осадков большой интенсивности на последних 1000 м перед торцом ВПП полностью исправить траекторию не удается и самолет вынужден приземляться на 150 м раньше расчетной точки с большой вертикальной скоростью (до 3,5 м/с) и большим углом тангажа (с угрозой удара хвостовой опорой о ВПП) и если обычный режим снижения на трех двигателях оставляет большую вероятность удовлетворительной посадки, то повышенной скоростнрй режим на двух двигателях в таких крайних условиях требует неординарной манеры пилотирования (повышения высоты перевода двигателей на малый газ до 8 м и выполнения выравнивания в два этапа);

- совместное воздействие ливневых осадков с сильным вертикальным сдвигом ветра приводит к вертикальному отклонению траекторий снижения самолета с одним отказавшим

двигателем от глиссады на величину до 13ч. и приземлению на 250 м раньше расчетной точки с предельно допустимыми значениями угла тангажа;

- попадание самолета с двумя отказавшими двигателями в ливневые осадки, осложненные сопутствующим нисходящим сдвигом ветра или высотным расположением аэродрома приводит к невозможности исправить траекторию даже при минимальном посадочном весе в связи с большой скоростью снижения - в момент приземления угол тангажа и перегрузка далеко выходят за допустимые значения (10 градусов и 2,2);

- вертикальный ветер и дождь не уменьшают приборную скорость полета по глиссаде, а даже увеличивают ее на 20км/ч (который рекомендуется РЛЭ при опасности попадания в сдвиг ветра) самолета с двумя отказавшими двигателями не приводит к приемлемым характеристикам приземления прежде всего из-за недопустимой величины угла тангажа (более 12 градусов);

- уход на второй крут самолета с одним отказавшим двигателем при попадании в сильные ливневые осадки осуществляется обычными приемами пилотирования и приводит к такой же потери высоты, как без осадков, независимо от центровки, однако следует учесть, что до момента принятия решения происходит снижение под глиссаду на 5 м.

Для компенсации неблагоприятных факторов пилоту рекомендовано перед входом в зону дождя;

- форсировать режим работы двигателей;

- за этот счет отклониться от глиссады вверх примерно на 5 м;

- увеличить приборную скорость, чтобы иметь возможность поддерживать расчетную скорость захода на посадку при неизбежном уменьшении аэродинамического качества самолета и тяги двигателей при входе в зону дождя;

- если позволяют размеры ВПП, перейти на более пологую траекторию снижения, чем заданная глиссада;

- при выравнивании стремиться к относительно жесткой посадке (с меньшим углом тангажа), чтобы избежать удара хвостовой опорой о ВПП.

- следует еще добавить, что в этих обстоятельствах пилоту следует быть готовым к пробегу в режиме глиссирования, поскольку ВПП неизбежно будет покрыта толстым слоем воды.

- параметры траекторий при моделировании согласуются с РЛЭ;

- центровка самолета во всех исследоватптых случаях оказывает лишь известное влияние на угол тангажа, расход руля высоты и управляемость при движении по ВПП; значения угла тангажа на снижении различаются на 2 градуса, расход руля высоты па снижении и боковое отклонение от оси ВПП (до 6 м)- вдвое;

u>

- попадание самолета в ливневые осадки (без сдвига ветра) на снижение приводит к вертикальному отклонению траектории oi глиссады на величину до 6 м, при движении в зоне осадков большой интенсивности на последних 1000 м перед торцом ВПП полностью исправить траекторию не удается и самолет вынужден приземляться на 150 м раньше расчетной точки с большой вертикальной скоростью (до 3,5 м/с) и большим углом тангажа (с угрозой удара хвостовой опорой о ВПГ1) и если обычный режим снижения на трех двигателях оставляет большую вероятность удовлетворительной посадки, то повышенной скоростной режим на двух двигателях в таких крайних условиях требует неординарной манеры пилотирования (повышения высоты перевода двигателей на малый газ до 8 м и выполнения выравнивания в два этапа),

- совместное воздействие ливневых осадков с сильным вертикальным сдвигом ветра приводит к вертикальному отклонению траекторий снижения самолета с одним отказавшим двигателем от глиссады на величину до 13 и приземлению на 250 м раньше расчетной точки с предельно допустимыми значениями угла тангажа;

- попадание самолета с двумя отказавшими двигателями в ливневые осадки, осложненные сопутствующим нисходящим сдвигом ветра или высотным расположением аэродрома приводит к невозможности исправить траекторию даже при минимальном посадочном весе в связи с большой скоростью снижения - в момент приземления угол тангажа и перегрузка далеко выходят за допустимые значения (10 градусов и 2,2);

- вертикальный ncicp и дождь не уменьшают приборную скорость полета по глиссаде, а даже увеличивают ее на 20км/ч (который рекомендуется 1'ЛЭ при опасности попадания в сдвиг ветра) самолета с двумя отказавшими двигателями не приводит к приемлемым характеристикам приземления прежде всего из-за недопустимой величины угла тангажа (более 12 градусов);

- уход на второй круг самолета с одним огказавшим двигателем при попадании в сильные ливневые осадки осуществляется обычными приемами пилотирования и приводит к такой же потери высоты, как без осадков, независимо от центровки, однако следует учесть, что до момента принятия решения происходит снижение под глиссаду на 5 м.

Показано, что существенное увеличение t^, можно получить при своевременном и энергичном увеличении режима работы двигателей. Полученные зависимости t^-, от степени форсирования двигателей и интенсивности сдвига ветра показали, что даже при

I

незначительном увеличении режима работы двигателя, tp,, увеличивается почти вдвое в области слабого сдвига ветра, но в области сильного сдвига ветра tp„ увеличивается не более, чем на 6%.

п

Получено, что наиболее существенное увеличение ^ пилота (Ил 86) можно получить при планировании на посадку в промежуточной конфигурации самолёта й,=25°, 5,т="35°. Рекомендация этого метода захода па посадку в РЛЭ требует проведения подробных исследований на ММ и ЛИ.

13 приложениях к диссертационной работе приводятся некоторые результаты вычислительных экспериментов и документы, подтверждающие внедрение результатов работы

ЗАКЛЮЧЕ1ТИЕ

В работе проведена широкая серия численных экспериментов с целью оценки влияния ливневых осадков на летные характеристики самолета на этапах взлета, выравнивания и ухода на второй круг. Выполнен анализ руководящей и технической документации по ЛЭ широкофюзеляжного и узкофюзеляжного самолета с целью выявления возможностей расширения ожидаемых условий эксплуатации в условиях ливневых осадков.

В результате проведения математического моделирования были выявлены особенности ЛЭ самолета в условиях ливневых осадков и получены следующие результаты.

1. В целях обеспечения необходимого уровня БП признана необходимость подтвердить указания руководящих документов - воздержаться от посадки в период ливня, пережидая его. в зоне ожидания или уходить на запасной аэродром.

2. Показано, что в случае посадки в условиях ливневых осадков для компенсации неблагоприятных факторов пилоту необходимо перед входом в зону дождя:

- форсировать режим работы двигателей;

- за этот счет отклониться от глиссады вверх примерно на 5 м;

- увеличить приборную скорость, чтобы иметь возможность поддерживать расчетную скорость захода на посадку при неизбежном уменьшении аэродинамического качества самолета и тяги двиг ателей при входе в зону дождя;

- если позволяют размеры ВГШ, перейти на более пологую траекторию снижения, чем заданная глиссада;

- при выравнивании стремиться к относительно жесткой посадке (с меньшим утлом тангажа), чтобы избежать удара хвостовой опорой о ВПП.

3. Проведенные ВЭ показали, что попадание самолета с двумя отказавшими двигателям^ в ливневые осадки, осложненные сопутствующим нисходящим сдвигом ветра или высотным расположением аэродрома приводит к невозможности исправить траекторию даже при минимальном посадочном весе в связи с большой скоростью снижения - в момент приземления уг ол тангажа и перегрузка далеко выходят за допустимые значения (10 градусов и 2,2);

- вертикальный ветер и дождь не уменьшают приборную скорость полета по глиссаде, а даже увеличивают ее на 20км/ч (который рекомендуется РЛЭ при опасности попадания в сдвиг ветра) самолета с двумя отказавшими двигателями не приводит к приемлемым характеристикам приземления прежде всего из-за недопустимой величины утла тангажа (более 12 градусов);

- уход на второй крут самолета с одним отказавшим двигателем при попадании в сильные ливневые осадки осуществляется обычными приемами пилотирования и приводит к такой же потери высоты, как без осадков, независимо от центровки, однако следует учесть, что до момента принятия решения происходит снижение под глиссаду на 5 м.

4. Показано, что существенное увеличение ^ можно получить при своевременном и энергичном увеличении режима работы двигателей. Полученные зависимости ^ от степени форсирования двигателей и интенсивности сдвига ветра показали, что даже при незначительном увеличении режима работы двигателя, ^ увеличивается почти вдвое в области слабого сдвига ветра, но в области сильного сдвига ветра ^ увеличивается не более, чем на 6%.

5. Получено, что наиболее существенное увеличение Ц, пилота (Ил 86) можно получить при планировании на посадку в промежуточной конфигурации самолета 83=25°, Рекомендация этого метода захода на посадку в РЛЭ требует проведения подробных исследований на ММ и ЛИ.

6. На основании полученных результатов сформулированы предложения и рекомендации ро технике пилотирования самолета в условиях ливневых осадков для внесения в руководящую документацию, позволяющие повысить регулярность полетов с сохранением необходимого уровня БП на этапах взлета и посадки в сложных метеоусловиях и при отказах авиационной техники.

Полученные результаты позволяют значительно расширить фронт работ для повышения информации о поведении ВС в условиях ливневых осадков и интенсивных ветровых возмущений при сохранении или уменьшении объ£ма ЛИ и являются основой для решения вопросов повышения эффективности ЛЭ и уровня БП ВС в указанных условиях полета.

Некоторые результаты исследований были переданы в ОАО «Аэрофлот - Российские международные авиалинии», ГТК «Россия», ВВИА им. Жуковского и МГТУГА для использования в работе, что подтверждено соответствующими актами внедрения.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ 110 ТЕМЕ ДИССЕРТА11И011НОИ PAbOIM

1. Муратов А.А, Иванов B.D., Карпеев НД, Матковскнй К.Е. Возможности безопасного продолжения взлета тяжелого транспортного самолета при отказе двигателя на скользкой ВПП с боковым ветром. - Тезисы докладов международной научно-технической конференции: «Современные научно - технические проблемы гражданской авиации » - М.: МП'УГЛ, 1996. - с.35

2. Муратов A.A., Иванов В.Э., Карпеев Н.Д., Матковскнй К.Е. Моделирование особых случаев взлета тяжелых транспортных самолетов в условиях опасных внешних воздействий. -Тезисы докладов международной научно-технической конференции: «Современные научно -технические проблемы гражданской авиации.» - М.: МГТУГА, 1996. - с.35.

3. Муратов A.A., Жучков М.Ю., Матковский К.Е. Определение границ безопасности посадки самолета Ил-96-300 с одним отказавшим двигателем при посадке с боковым ветром на ВПП с пониженным коэффициентом сцепления. - Межвузовский сборник научных трудов: «Вопросы исследования летной эксплуатации ВС в особых ситуациях.» - М.: МГТУГА, 1997. - с.47-50

4. Муратов А.А, Жучков М.Ю., Матковский К.Е. Моделирование прерванного взлета самолета ИЛ-86 на скользкой ВПП при сильном боковом ветре. - Межвузовский сборник научных трудов: «Вопросы исследования летной эксплуатации ВС в особых ситуациях.» - М.: МГТУГА, 1997. -с.50-53.

5. Муратов A.A., Матковский К.Е., Ципенко В.Г., Посадка и уход на второй крут самолета в условиях высокогорного аэродрома при повышенной температуре наружного воздуха и при отказах в системе управления рулём высоты. - Сборник научных трудов: «Вопросы повышения уровня лётной эксплуатации и безопасности полётов воздушных судов». - М: МГТУГА, 1996.-с.33-36.

6. Муратов A.A., Матковский К.Е., Ципенко В.Г., Моделирование посадки самолёта ИЛ-96-300 в условиях высокогорного аэродрома и повышенных температурах наружного воздуха без отказов систем управления. - Сборник научных трудов: «Bonpocbi повышения уровня лётной эксплуатации и безопасности полётов воздушных судов».- М.: МГТУГА,1996 - с.36-40

7. Муратов A.A., Жучков М.Ю., Матковский К.Е. Определение границ безопасной посадки самолёта ИЛ-96-300 с одним отказавшим двигателем при посадке с боковым ветром на ВПП с пониженным коэффициентом сцепления- Межвузовский сборник наутых трудов: «Вопросы исследования лётной эксплуатации воздушных судов в особых ситуациях»,- М.: МГТУГАИ997.-с.47-50

8. Муратов Л.А., Жучков М.Ю., Матковскии К.Е., Моделирование прерванного взлёта самолета Ш1-86 на скользкой ВПП при сильном боковом ветре. - Межвузовский сборник научных трудов: «Вопросы исследования л£тной эксплуатации воздушных судов в особых ситуациях»,- М.: МГТУГА,1997,- с. 50-53

9. Муратов A.A., Страдомский О.Ю., Юрасов А.В, Волынцсв А.В.Особекности полета самолета в условиях интенсивных осадков. - Вестник МГТУГА, серия: «Аэромеханика и прочность»- М.: М1ТУГА, 1998. (в печати)

10. Муратов Л А, Страдомский О.Ю., Юрасов AB., Волынцсв A.B. Влияние ливневых осадков на аэродинамические характеристики самолета - Вестник МГТУГА, серия: «Аэромеханика и прочность»- М.: МГТУГА, 1998. (в печати)

л /'■) ¡о г1 ? / /" ' -у

) :! ' I ,{ ^ # ¿' 1 V/

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

На правах рукописи

МУРАТОВ Алексей Александрович

УДК 629.715:015

ВОЗМОЖНОСТИ РАСШИРЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ОГРАНИЧЕНИЙ САМОЛЕТА НА ОСНОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДИНАМИКИ ПОЛЕТА В УСЛОВИЯХ ИНТЕНСИВНЫХ ОСАДКОВ

Специальность 05.22.14. - эксплуатация воздушного транспорта

Диссертация Научный руководитель

на соискание ученой степени кандидата доктоо технических наук. гюосЬессоо

.... ''А ' 1. А 1

технических наук ЦИПЕНКО Владимир Григорьевич

Москва -1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ 4

1 АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ЛИВНЕВЫХ ОСАДКОВ НА АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ 9 ХАРАКТЕРИСТИКИ ВС

1.1. Вводные замечания и постановка задачи 9

1.2. Влияние осадков на массовые и геометрические характеристики ВС 10

1.3. Влияние видимости на эксплуатацию ВС в условиях интенсивных осадков 11

1.4. Глиссирование колес ВС при взлете и посадке 12

1.5. Влияние ливневых осадков на аэродинамические характеристики самолета 18 Выводы по главе 1 28

2 МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ ЛИВНЕВЫХ ОСАДКОВ НА 30 АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

2.1. Вводные замечания 30

2.2. Теоретические оценки влияния ливневых осадков на эксплуатацию ВС 30

2.2.1. Количество движения дождевых капель 31

2.2.2. Влияние водяной пленки 33

2.2.3. Влияние шероховатости профиля 35

2.3. Методы оценки влияния ливневых осадков на аэродинамические характеристики 47 ВС

2.4. Аэродинамические характеристики модели, в условиях интенсивных осадков 49 Выводы по главе 2 54

3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ САМОЛЕТА 56

3.1. Особенности модели самолета 56

3.2. Структурная схема математической модели движения самолета и ее анализ 58

3.3. Проверка точности и достоверности ММ движения самолета 65

3.3.1. Методы обобщенной проверки непротиворечивости ММ экспериментальным 67 данным

3.3.2. Оценка точности и достоверности ММ по критериям устойчивости и 69 управляемости самолета

3.3.3. 'Особенности математического моделирования движения ВС по ВПП 70 Выводы по главе 3 81

4 РЕШЕНИЕ ПРИКЛАДНЫХ ЗАДАЧ В ПОЛЕТЕ ВС В УСЛОВИЯХ ЛИВНЕВЫХ 83 ОСАДКОВ, ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ И РЕКОМЕНДАЦИИ

4.1. Обоснование оасчетных случаев вычислительных экспериментов 83

X ~> X

4.1.1. Порядок оценки степени опасности особых ситуаций самолета Ил-96-300 83

4.1.2. Содержание перечня расчетных случаев 85

4.2. Доработка модели продольного движения Ту-154 в условиях ветровых 92 возмущений и интенсивных осадков

4.2.1. Исследование продольного движения самолетов Ту-154, Ил-86 на взлете в 102 условиях ветровых возмущений и интенсивных осадков

4.3. Исследование продольного движения самолета Ил-86 при уходе н второй круг 102

4.4. Доработка модели продольного движения Ил-86 в условиях ветровых 110 возмущений и интенсивных осадков

4.4.1. Анализ характеристик продольного движения самолета Ил-86 в условиях 111 интенсивных осадков и ветровых возмущений по результатам ЛИ

4.5. Особенности пилотирования ВС в условиях ливневых осадков 134

4.6. Заход на посадку ВС в условиях интенсивных осадков 140

4.6.1. Исследование возможности захода на посадку и посадки тяжелого 140 транспортного самолета с одним отказавшим двигателем в условиях тропического ливня

4.6.2. Заход на посадку, уход на второй круг и посадка с отказавшим двигателем при 142 попадании в ливневые осадки

4.6.3. Заход на посадку с закрылками, заклиненными во-взлетной конфигурации, в 144 условиях ливневых осадков

4.7. Рекомендации и предложения в руководящую документацию по летной 145 эксплуатации ВС

Выводы по главе 4 147

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 150

Список использованных источников 152

Перечень сокращений 157

Приложение 1 Результаты вычислительных экспериментов взлёта Ту-154 158

Приложение 2 Результаты вы. -х экспериментов продолженного взлёта Ту-154 175

Пталожение 3 Результаты выч.-х экспеоиментов по уходу на втооой коуг Tv-154 183

х *> X * ■ X X * *

Приложение 4 Результаты вычислительных экспериментов посадки с уходом на второй круг самолёта Ил-86 в условиях ливневых осадков 197

Приложение 5 Документы, подтверждающие внедрение результатов работы 202

ВВЕДЕНИЕ

Анализ тенденции развития гражданской авиации (ГА) во всем мире показывает, что основной проблемой, неизменно стоящей в процессе создания и эксплуатации авиационной технике (АТ), является проблема постоянного повышения эффективности летной эксплуатации (ЛЭ) и одновременно с этим обеспечения заданного уровня безопасности полетов (БП) воздушных судов на различных этапах полета. Повышение эффективности летной эксплуатации требует обеспечения полетов практически в любую погоду, днем и ночью, в самых различных природно-климатических условиях. Для этого совершенствуется авиационная техника, усложняются автоматические устройства, но при этом одновременно усложняется эксплуатация самолета.

Согласно статистическим данным Международной организации ГА (ИКАО) и отечественным источникам за последние 20 лет по авиационным происшествиям (АП) и предпосылкам к ним (ПАП) человеческий фактор по своим количественным показателям на БП занимает основное положение; на его долю приходится более 70% авиационных катастроф из-за ошибок экипажей и руководителей полетов; 10% - 15% катастроф связано с полетом воздушных судов в неблагоприятных внешних условиях; 10% может быть отнесено за счет отказов авиационной техники.

В настоящее время широко используется два подхода к обеспечению высокого уровня БП.

Первый подход включает в себя так называемые нормирующие действия, которые должны предприниматься повсеместно для достижения желаемого уровня БП при конструировании, производстве, эксплуатации и техническом обслуживании ВС, включая управление воздушным движением и аэродромное обслуживание. Этот метод предполагает высокий уровень стандартизации в авиационно-транспортной системе.

Второй метод включает в себя предупредительные меры, которые необходимо принять для поддержания желаемого уровня БП: расследование АП (ПАП), составление отчетов (обзор, разработка рекомендаций на основании теоретических исследований и летных испытаний).

Настоящая работа находится в русле второго подхода к обеспечению высокого уровня БП и посвящается исследованию вопросов расширения летных ограничений при обеспечении БП на этапах взлета и посадки в условиях опасных внешних воздействий и при отказах авиационной техники.

Самолет обладает хорошей управляемостью, если обеспечена хорошая устойчивость, легкость и точность отклонения рулей, ограничены опасные режимы

полета и существует возможность вывода из опасных режимов. Самолет, имеющий «строгие» характеристики устойчивости и управляемости в случае возникновения особых (отказных) ситуаций в полете, может даже при высокой квалификации летчика стать причиной предпосылки к авиационному происшествию. Особенно это может проявиться в сложных метеоклиматических условиях.

Целью работы являлось определение аэродинамических характеристик самолета с учетом влияния ливневых осадков, оценка влияния ливневых осадков на летные характеристики самолета на этапах взлета, выравнивания и ухода на второй круг и разработка проекта дополнения к Руководству по летной эксплуатации (РЛЭ) широкофюзеляжного и узкофюзеляжного самолетов в части захода на посадку и взлета в условиях ливневых осадков.

Объектом исследования являются широкофюзеляжный и узкофюзеляжный самолеты, руководящая и техническая документация по их эксплуатации.

Анализ руководящей и технической документации с целью выявления указаний по выполнению взлета и посадки, которые предположительно могут быть усовершенствованы в смысле расширения эксплуатационных ограничений, позволил сформулировать следующие конкретные задачи исследования:

1. Оценка влияния ливневых осадков на летные характеристики ВС на этапах взлета, выравнивания и ухода на второй круг.

2. Определение аэродинамических характеристик ВС с учетом влияния ливневых осадков.

3. Разработка проекта дополнения к Руководству по летной эксплуатации (РЛЭ) ВС в части захода на посадку и взлета в условиях ливневых осадков.

Современные методы исследования поведения самолета на различных этапах полета весьма сложны и трудоемки, а летный эксперимент является наиболее опасным из всех типов испытаний. Поэтому использование адекватных математических моделей (ММ) движения самолета в условиях ливневых осадков является наиболее безопасным и дешевым методом решения задач летной эксплуатации воздушных судов (ВС). В связи с вышеизложенным, в качестве основного рабочего инструмента для проведения исследований используется эффективная ММ движения ВС, выверенная летным экспериментом. Такая модель, реализованная в виде программы на ЭВМ, позволяет провести большое количество вычислительных экспериментов (ВЭ) для получения ценной информации о поведении самолета в условиях ливневых осадков, что дает возможность получить существенную экономию финансовых и людских ресурсов за

счет сокращения объемов летных испытаний (ЛИ), а также повысить их безопасность. Предполагается, что дорогостоящие летные эксперименты будут проводиться в разумной пропорции для уточнения их контроля расчетных результатов, подтверждения их достоверности и точности.

Достоверность результатов решения поставленных задач подтверждается:

- непосредственным сравнением численных расчетов с результатами ЛИ, проведенными в летно-доводочном комплексе (ЛДК);

- непротиворечивостью полученных на ММ численных расчетов экспериментальным данным по статистическим критериям.

В процессе выполнения исследования можно выделить следующие этапы: анализ руководящей и технической документации по назначению характерных скоростей с целью выбора наиболее значимых факторов;

- создание ММ движения ВС, обеспечивающих расчет характеристик устойчивости и управляемости в эксплуатационном диапазоне летных характеристик;

- оценка адекватности ММ движения ВС комбинированными методами;

- моделирование движения самолетов в условиях ливневых осадков и анализ полученных результатов;

разработка рекомендаций и предложений по расширению эксплуатационных

\

ограничений на взлете и посадке ВС. Научная новизна работы состоит в том, что:

- выявлена возможность расширения эксплуатационных ограничений самолетов;

- предложены и обоснованы методы пилотирования в условиях ливневых осадков Практическая ценность работы заключается в том, что она позволяет:

- расширить границы исследования поведения ВС в условиях ливневых осадков и сделать летные испытания более безопасными и качественными, что в конечном итоге должно привести к повышению БП;

- обеспечить экономию ресурсов за счет сокращения ЛИ и стендовых испытаний;

- проводить анализ особых ситуаций в полете за рамками эксплуатационных ограничений с целью определения предельных возможностей самолета;

- разрабатывать дополнительные предложения по технике пилотирования ВС в особых ситуациях;

- разработать рекомендации по обучению и тренировке экипажа при непроизвольном попадании в зону интенсивных осадков;

- отладить пилотажный натурный стенд, на котором летчики могут проводить предполетную подготовку, что повышает безопасность летных испытаний.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

Основные результаты диссертационной работы внедрены и использованы в ОАО «Аэрофлот - Российские международные авиалинии» и ГТК «Россия», при обучении и тренировке экипажей при попадании ВС в условия ливневых осадков.

Вместе с тем эти результаты использованы в учебном процессе по дисциплинам «Аэродинамика» в ВВИА им. Жуковского и МГТУГА.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Основные результаты выполненных исследований и отдельные результаты

1

работы докладывались и получили положительную оценку на всесоюзных и международных научно-технических конференциях по вопросам инженерно-авиационного обеспечения БП и эффективности эксплуатации ВС (Москва, 1996 год), а также обсуждались на ежегодных вузовских научно-технических конференциях и семинарах.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ

Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Основное содержание работы изложено на 207 страницах машинописного текста, 28 таблиц, 69 рисунков, список литературы включает 65 наименований.

I

В первой главе работы проведен анализ влияния ливневых осадков на БП с целью выбора основных факторов и условий для моделирования на ЭВМ. Предложена упрощенная теоретическая модель взаимодействия колес шасси с ВПП, позволяющая рассчитать скорость глиссирования колес, расположенных по схеме двойного и тройного тандема. Проведен анализ влияния различных факторов на дальность видимости в условиях ливневых осадков. Получена зависимость дальности видимости от интенсивности ливня. В конце главы сформулированы основные выводы и задачи исследований, вытекающие из поставленной цели и проведенного анализа проблемы.

Вторая глава посвящена рассмотрению методов оценки влияния ливневых осадков на аэродинамические характеристики. Определено влияние шероховатости профиля на коэффициенты сопротивления и подъемной силы самолета. Рассмотрено влияние увеличения массы при наличии пленки воды на самолете при сильном дожде. Проанализированы виды шероховатости связанные с образованием кратеров от ударов капель и образованием волн на поверхности тонкой водяной пленки.

В третьей главе работы обоснована ММ движения ВС, позволяющая удовлетворить потребности цифрового моделирования при исследованиях эффективности ЛЭ и БП транспортных самолетов с достаточной степенью точности и достоверности, позволяющая решать большой круг вычислительных задач на персональной ЭВМ.

Определена степень универсальности и унификации ММ. Проведены исследования по проверки адекватности ММ движения ВС на всех этапах полета. В конце главы даны выводы и рекомендации по использованию ММ.

В четвертой главе выполнены численные эксперименты по решению прикладных задач динамики полета самолета в условиях ливневых осадков. Проведено сравнение результатов математического моделирования движения ВС в условиях ливневых осадков с результатами испытаний в аэродинамической трубе и летными испытаниями. Результаты численного моделирования свидетельствуют о реальной возможности расширения области эксплуатационных ограничений. Сформулированы и даны выводы и рекомендации по повышению эффективности ЛЭ, полученные на основании математического моделирования ВС в условиях ливневых осадков.

В приложениях приводятся некоторые дополнительные результаты исследований и документы, подтверждающие внедрение результатов работы.

1. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ЛИВНЕВЫХ ОСАДКОВ НА АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВС 1.1. Вводные замечания и постановка задачи Устанавливая природу и повторяемость проливного дождя, необходимо отметить, что только ливни короткой длительности, связанные с конвективными облаками, обладают такой интенсивностью, чтобы серьезно влиять на характеристики самолета. Интенсивность осадков принято оценивать высотой столба осадков, выпадающих за час, и измеряется обычно в мм/час. Большинство ЛИ, связанных с анализом влияния осадков на эксплуатацию ВС, проводилось в западном Закавказье. Для этих районов зафиксирована интенсивность осадков 300-360 мм/ч. Можно допустить, что максимальная интенсивность дождя для небольших интервалов времени может составить до 500 мм/ч. Следует отметить, что по результатам исследования динамики полета самолетов ГА в условиях сдвига ветра на этапе захода на посадку за критическое время, в течении которого ливень угрожает самолету, обычно принимается

интллв о тт on ^ Г01 hmvpoiuii iv ^¿.j.

Дождь может оказывать влияние на самолет четырьмя способами: 1) дождевые капли, ударяющиеся о самолет, сообщают ему количество движения, направленное вниз назад;

ОЧ т тЛтть"«я и 11 il (1 11 : uMi i.-il 1-/1TJ11-1 о il i ;mi 7111111III11 ( l'i' i я I11HH r nu 1 ж /1 ¡iii'i-n -

v^ iVJi i wrirvavi оидпал iuiv^ruvci, i\\Jy wpcLh Jowiilifman iviciv^j waiviOjivia,

3) водяная пленка может стать шероховатой от ударов капель и сил поверхностного натяжения, вызывая потери подъемной силы и увеличение лобового сопротивления;

Л\ Т.ГЖХ13ТГТ шлтхпл тгаттт ТТЛАТТЛ т»та тти\жллпя '

-ту ^îviuhDmvnnv дсишпи^ш

5) уменьшение коэффициента сцепления 31 lî ! и появление возможности гидроглиссирования колес,

т_т<\татто.п па Ttaita т^ттопт т лллтлмт п т/vi* itt/\Îvt х но ллилпо t\тттхст т.х

wnuonttA оада^а jiun 1 лаош vuwiuiîi d îuivî, iiuudi na utnuov pcivvmu ipvmjLa .ri

анализа физической природы взаимодействия ливневых осадков на самолет но материалам отечественных и зарубежных источников оценить их влияние на

т.wivrxv .ллгрылчх vp-triv J.iriivil

TTrvmraAuui.TA оттяги. rVio\?nx. tqtii r» mm/QT ллилолй ттттег пал т Q и ad v и тх tvaiiTôuija о о ttqti nv/jij aviîiimw ^wd pwoyjiD iuiui vjxjyxvu-i uviiv/uvri Для liuwxttiiuuivti ri pwmviniA оаДи"

n^v4TIÛn\плт«пv T^ttqt» ттттттлй noixATï»

iiuvjivAjШ1дпл i лав д