Проекты участников финального этапа НТТМ-2017

← К списку проектов

Проект
Проектирование и анализ погрешностей бортовой системы измерения параметров вектора ветра на борту вертолета на основе аэрометрических и ионно-меточных измерительных каналов
НТТМ-2017-0359 | Категория II

Автор:

Арискин Евгений Олегович

Научный руководитель:
Солдаткин Владимир Михайлович
Организация:
Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н.Туполева-КАИ,
Республика Татарстан, Казань
Цель работы
В последние годы существенно повысилась роль вертолетов в решении народно-хозяйственных и военных задач. Число вертолетов гражданского и военного назначения в ведущих государствах мира превышают 15…20 тысяч и непрерывно возрастает. Вертолеты составляют значительную часть экспорта авиационной техники России. Повышение безопасности эксплуатации вертолетов имеет существенное значение для экономики и обеспечения обороноспособности страны.
Около 25…30% авиационных происшествий одновинтовых вертолетов класса Ми-8 на стоянке, при рулении и маневрировании по земной поверхности (стартовые режимы), при взлете и наборе высоты, снижении, висении и посадке (взлетно-посадочные режимы) связаны с опрокидыванием вертолета на бок и хвостовой винт, соударением лопастей несущего винта с земной поверхностью, хвостовой балкой и между собой и обусловлены отсутствием у экипажа достоверной информации о скорости и угле направления вектора ветра относительно продольной оси вертолета.
Измерение параметров вектора ветра и других воздушных сигналов, определяющих аэродинамику и динамику движения вертолета относительно окружающей воздушной среды на стоянке, на стартовых и взлетно-посадочных режимах, на полетных режимах при малых скоростях полета ограничивается значительными аэродинамическими возмущениями, вносимыми индуктивными потоками несущего винта, что не позволяет использовать летно-технические возможности вертолета, снижает уровень безопасности полетов.
Это обусловливает необходимость разработки новых методов и средств измерения указанных воздушных параметров, максимально учитывающих аэродинамику и динамику движения вертолета на всех этапах эксплуатации.
Обзор предметной области
Научно-технический прогресс в области гражданской и военной авиации в значительной степени связан с проблемой безопасности полетов и эффективностью применения авиационной техники в ожидаемых условиях эксплуатации.
Они применяются при транспортировке и монтаже крупных промышленных и энергетических установок, перевозке людей и грузов, для воздушного наблюдения и разведки, огневой поддержки войск и борьбы с танками, корректировке боя и проведения десантных операций, борьбы с подводными лодками и тралении мин, патрулировании и выполнении спасательных работ на суше и на море, для других целей.
Полет вертолета происходит в приземном возмущенном турбулентном слое атмосферы, в условиях опасных ветровых воздействий, влияющих на безопасность эксплуатации и для обеспечения безопасности полета и предотвращения аварийных и критических режимов, особенно на стоянке при неработающей силовой установки, на стоянке при вращении несущего винта, при рулении и маневрировании по земной поверхности (стартовые режимы), при взлете и наборе высоты, при снижении, висении и посадке (взлетно-посадочные режимы), а также при выполнении полетных задач, управления огнем ракетного и стрелкового вооружения (полетные режимы) необходима информация о скорости ветра и угле направления ветра относительно продольной оси вертолета при изменении положения вектора ветра и вертолета в азимуте в диапазоне ±180°.
Измерение параметров вектора ветра и других воздушных сигналов, ограничивается значительными аэродинамическими возмущениями, вносимыми индуктивными потоками несущего винта и воспринимаемые приемниками первичной аэрометрической информации, устанавливаемые на фюзеляже вертолета.
Используемые на зарубежных вертолетах Во-150С, АН-1 Cobra, ИН-1, СН-47 и других система воздушных данных ХМ-143 и отечественная система воздушных сигналов вертолета СВС-В28, устанавливаемая на вертолете Ми-28Н и Ми-171А2, построенные на основе установленного в кардановом подвесе свободно ориентируемого двухстепенным флюгером приемника воздушных давлений обеспечивает устойчивое измерение, начиная со скоростей полета 30…50 км/ч в диапазоне изменения угла скольжения (направления ветра) ±180°, что не позволяет определить параметры вектора ветра на стоянке, стартовых и взлетно-посадочных режимах вертолета.
Руководством по летной эксплуатации вертолетов класса Ми-8 регламентируются допустимые значения попутного ветра не должны превышать 5 м/с, встречного до 25 м/с, бокового ветра в правый борт до 5…10 м/с, в левый борт до 10…15 м/с, при этом допустимые погрешности измерения продольного и бокового ветра на стоянке, стартовых и взлетно-посадочных режимах указанного класса вертолетов не должны превышать значений ±1,5…2 м/с (5…7 км/ч).
Это определяет актуальность и важность исследований и разработок по созданию бортовой системы измерения параметров вектора ветра и других воздушных сигналов на вертолете в условиях возмущений, вносимых вихревой колонной несущего винта, атмосферной турбулентностью и другими факторами.
Описание результатов проекта
Методической основой решения поставленной задачи является защищенная патентами РФ идея использования для целей измерения информации аэродинамического поля вихревой колонны несущего винта и ее восприятие с помощью неподвижного многофункционального (комбинированного) аэрометрического приемника (патенты РФ №№155825, 2587389).
С целью упрощения реализации и защиты приемника от попадания влаги, пыли и предотвращения обледенения в реальных условиях эксплуатации предложено неподвижный многофункциональный приемник выполнить в виде комбинации аэрометрических и ионно-меточных измерительных каналов (патенты РФ №№155825, 2587389).
В соответствии с предлагаемыми методическими подходами при выполнении проекта были выполнены следующие работы:
1. Разработана методика и проведен синтез конструктивных параметров комбинированного приемника на основе аэрометрических и ионно-меточных измерительных каналов.
2. Разработана методика и приведено обоснование требований к датчикам первичной аэрометрической информации и к элементам ионно-меточных измерительных каналов. Провести выбор датчиков первичной аэрометрической информации и ионно-меточных измерительных каналов.
3. Разработана конструкторская документация на неподвижный комбинированный приемник с аэрометрическими и ионно-меточными измерительными каналами на уровне эскизного проекта.
4. Разработаны алгоритмы обработки информации бортовой системы измерения параметров вектора ветра на стоянке, стартовых и взлетно-посадочных режимах одновинтового вертолета на основе информации аэрометрических и ионно-меточных измерительных каналов.
5. Разработана схема электрическая принципиальная бортовой системы измерения параметров вектора ветра на стоянке, стартовых и взлетно-посадочных режимах одновинтового вертолета, выбор элементов каналов аналого-цифрового преобразования, ввода информации в персональный компьютер, обеспечивающий обработку и отображение выходной информации системы.
6. Подготовить научно-технический отчет по результатам проекта для последующего изготовления экспериментального образца системы на профильном предприятии отрасли – АО «Ульяновское конструкторское бюро приборостроения», являющимся поставщиком бортового оборудования для ПАО «Казанский вертолетный завод».
Описание применимости
Результаты научного исследования, полученные в рамках выполнения данного проекта, могут быть внедрены и использованы на ПАО «Казанский вертолетный завод», занимающийся производством вертолетом серии Ми-8/17, «Ансат», входящий в холдинг АО «Вертолеты России».
Дальнейшее развитие проекта
В качестве кинематического канала бортовой системы измерения параметров вектора ветра на стоянке вертолета планируется дополнительно использовать принципиально новый для данной задачи метод, основанный на ультразвуковом анемометре, который измеряет скорость и направления ветра. Применение данного метода позволит улучшить точностные характеристики и упростить конструкцию базового варианта бортовой системы измерения параметров вектора ветра на стоянке, стартовых и взлетно-посадочных режимах вертолета.

Информация предоставлена участником конкурса. Организаторы конкурса не несут ответственности за содержание информации о проекте.

← К списку проектов




Список всех проектов финального этапа с датами защиты

 

© Всероссийский конкурс научно-технического творчества молодежи НТТМ