Материал: Оптимизация и моделирование в автоматизированных системах

Рис. 1. Пример замкнутого контура «нечеткая модель летчика – модель системы управления – модель динамики полета самолет»

«Петля Нестерова» и «Вираж» (разворот) наиболее часто используются при маневрировании, а директорное управление – при заходе на посадку. Результаты этих исследований подробно отражены в [1, 4, 5].

В имитационном моделировании использовались модели динамики полета маневренного и неманевренного самолетов [3]. В качестве модели маневренного самолета использовалась Simulink-модель динамики полета самолета Су25СМ, а неманевренного – Ил-76 (рис. 2 и 3). Сравнение результатов полученных полунатурным моделированием с участием летчиков-экспертов и имитационным моделированием с использованием нечеткой модели управляющих действий летчика позволяют утверждать, что нечеткая модель летчика выполняет поставленные задачи пилотирования, при этом характер управления моделью схож с характером управления летчика как качественно, так и количественно (рис. 4).

Рис. 2. Simulink-модель динамики полета самолета Су-25СМ

Рис. 3. Simulink-модель динамики полета самолета Ил-76

110

Рис. 4. Отклонение ручки управления самолетом летчиком и нечеткой моделью при выполнении

«Петли Нестерова»

Выводы В результате выполненной работы созданы имитационные модели управ-

ляющих действий летчика с использованием нечеткой логики, применение которых обеспечивает моделирование динамики полета самолетов при решении различных целевых задач пилотирования.

Литература

1.Ивашков, С.С. Применение нечеткой логики для создания имитационной модели управляющих действий летчика / С.С. Ивашков, Д.В. Верещиков, В.А. Волошин, Д.В. Васильев // Труды МАИ. 2018. № 99. С. 13-36.

2.Ивашков, С.С. Нечеткая логика – способ моделирования управляющих действий летчика / С.С. Ивашков, Д.В. Васильев, В.А. Семёнов // Богатство России: Всероссийский форум научной молодежи (Москва, 10-11 декабря 2018 г.) сборник докладов, издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019 – С. 10-11.

3.Разработка методических, алгоритмических и программных средств, обеспечивающих применение программно-моделирующих комплексов для исследования динамики полета самолета шифр «ВАСУ-2»: научно-технический отчет о НИР/ Д.В. Верещиков, П.С. Костин [и др.]. Воронеж: ВУНЦ ВВС «ВВА», 2016. 177 с.

4.Васильев, Д.В. Нечеткая модель действий оператора при директорном управлении летательным аппаратом в вертикальной плоскости / Д.В. Васильев, Д.В. Верещиков, А.В. Смольянов // XXXVII Всероссийская научно-техничес- кая конференция «Проблемы эффективности и безопасности функционирования сложных технических и информационных систем». Ч. 2. 2018. С. 105-109.

5.Васильев, Д.В. Модель управляющих действий летчика при директорном управлении самолетом в горизонтальной плоскости с использованием нечеткой логики / Д.В. Васильев, Д.В. Верещиков, А.В. Смольянов // «Авиакосмические технологии» (АКТ-2018): Тезисы XIX Международной научно-

технической конференции и школы молодых ученых, аспирантов и студентов.– Воронеж: ООО Фирма «Элист», 2018. – С. 169-172.

Военный учебно-научный центр ВВС «Военно-воздушная академия имени профессора Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина», Россия

111

УДК 629.735.33

Д.В. Ковальчук, А.Н. Сажин

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ ПЛАНЕРА САМОЛЕТА ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ СРЕДСТВ ПОРАЖЕНИЯ

В статье рассматривается методика оценки воздействия средств поражения по самолёту, позволяющая производить обоснование конструктивно- компо-новочных и схемных решений по обеспечению боевой живучести, исследование и анализ повреждаемости элементов планера при различных условиях встречи средства поражения и самолета, в том числе и на ранних стадиях проектирования. Разработаны математические модели, позволяющие производить оценку боевой повреждаемости высоконагруженных элементов конструкции планера самолёта из полимерных композиционных материалов. Изложены принципы, положенные в разработку математических моделей по формированию пространственно-геометрической структуры самолёта, подрыва боевой части средства поражения с формированием поля поражающих элементов, накрытия самолёта поражающими элементами. Приведены примеры работы разработанных математических моделей.

Для обеспечения требуемых летно-технических характеристик (ЛТХ) современных боевых самолетов в конструкции высоко ответственных элементов планера широко применяются полимерные композиционные материалы (ПКМ). Подтвержденные в процессе испытаний ЛТХ самолета должны быть согласованы с проявляющимися при боевом применении его эксплуатационными свойствами, особенно при воздействии по самолету средств поражения (СП). К таким свойствам стоит отнести боевую повреждаемость элементов планера из ПКМ, эксплуатационную прочность при наличии повреждений, а также ремонтопригодность таких конструкций в войсковых условиях. Учитывая критичность конструкций из ПКМ к ударным нагрузкам, сложным зависимостям характера повреждений от кинематических характеристик поражающего элемента, вопросам исследования этих свойств должно уделяться самое серьезное внимания. Кроме того, сложность и высокая стоимость создания физических моделей для проведения натурных экспериментов по обстрелу самолета вряд ли позволят учесть многовариантность условий встречи СП и самолета ввиду н а- личия большого количества случайных факторов, определяющих такое воздействие. Поэтому целесообразно применять имитационное моделирование, позволяющее наиболее полно и всесторонне рассмотреть процесс воздействия средств поражения по самолету.

Модели, описывающие процесс воздействия СП по самолету, должны учитывать особенности его аэродинамической и конструктивно-силовой компоновок, состав ЛТХ и особенности его боевого применения, состав характери-

112

стик боевой части (БЧ) применяемых СП, возможность функционирования самолета и СП в одном информационном поле.

В рамках решения задач работы был разработан комплекс математических моделей, позволяющих производить количественную оценку характеристик повреждаемости элементов планера самолета с возможностью получения индивидуальных кинематических характеристик поражающих элементов (ПЭ) из состава БЧ СП. Математические модели реализованы в Matlab/Simulink.

На рис. 1 показана структурная схема имитационной модели, описывающей процесс воздействия управляемого СП по самолету. В основу модели п о- ложены уравнения динамики полета СП и самолета относительно земной системы координат в условиях состоявшегося наведения методом пропорциональной навигации [1]. Результатом работы модели является массив возможных координат точек подрыва БЧ СП относительно самолета.

На рис. 2 представлена структурная схема имитационной модели по оценке повреждаемости планера самолета полем ПЭ СП.

Рис. 1. Структурная схема модели воздействия СП по самолету

113

Рис. 2. Структурная схема модели воздействия ПЭ по самолету

Самолет представляется трехмерной поверхностной моделью, созданной в CAD системе Autodesk Inventor. Поверхность модели самолета разбивается на n треугольных полигонов, каждая вершина которого представляется матрицей

где , , − координаты вершин полигона относительно самолета.

Таким образов модель самолета – это многомерный массив координат вершин элементарных полигонов, количество которых определяется задачами исследования и необходимой точностью получаемых результатов.

Формирование поля ПЭ реализуется путем равновероятного их распределения по поверхности БЧ с моделированием их разлета [2]. Положение ПЭ относительно БЧ определяется двумя углами: углом бросания – θПЭ и углом крена

– γПЭ, при этом на каждый ПЭ действуют силы тяжести и аэродинамического сопротивления. Таким образом формируется поле ПЭ и определяются их кинематические характеристики (координаты попадания, скорость при встрече, углы подхода) относительно центра масс самолета.

Определение факта попадания ПЭ в конструкцию планера самолета осуществляется методом трассировки луча [3], выпущенного из точки попадания ПЭ в геометрические обводы планера модели самолета (решается задача поиска точки пересечения прямой и плоскости).

На рис. 3 показаны результаты воздействия СП по самолету. Показаны точки попадания ПЭ в конструкцию планера. Некоторые результаты повреждаемости планера самолета, формализованные в табличном виде, показаны в таблице.

114