Способ определения параметров движения по кругу авиационной буксировочной тросовой системы



Способ определения параметров движения по кругу авиационной буксировочной тросовой системы
Способ определения параметров движения по кругу авиационной буксировочной тросовой системы
Способ определения параметров движения по кругу авиационной буксировочной тросовой системы
Способ определения параметров движения по кругу авиационной буксировочной тросовой системы
Способ определения параметров движения по кругу авиационной буксировочной тросовой системы

 


Владельцы патента RU 2466062:

Открытое акционерное общество "Летно-исследовательский институт имени М.М. Громова" (RU)

Изобретение относится к области авиации, а именно к летным исследованиям летательных аппаратов (ЛА), в которых используются тросовые системы (ТС), состоящие из буксировщика-ЛА, троса и буксируемого объекта (БО). В способе предварительно производят расчет для любой точки на тросе: углов атаки и скольжения, силы натяжения, по следующему уравнению движения единицы длины троса в инерциальных координатах: . Определяют радиус вращения: , фазовый сдвиг: , и расстояние от текущей точки на тросе до буксировщика (принижение): где - вектор скорости, m - масса, t - время, - вектор силы натяжения, s - координата, соответствующая длине, заключенной между БО и текущей точкой на тросе. По результатам математического моделирования с использованием системы уравнений движения троса вычисляют параметры движения ТС. Выдают рекомендации о параметрах движения буксировщика-ЛА и физических характеристиках троса, соответствующих допустимым большому принижению YБО, малым значениям радиуса RБО и скорости вращения БО. Достигается обеспечение точной доставки полезных грузов и уменьшение затрат при проведении летного эксперимента с использованием ТС. 4 ил.

 

Изобретение относится к области авиации, а именно к летным исследованиям летательных аппаратов (ЛА), в которых используются тросовые системы (ТС), состоящие из буксировщика-ЛА, троса и буксируемого объекта (БО). В процессе летных исследований часто возникает проблема посадки объекта, буксируемого на тросе, в заданное место, что может быть достигнуто при полете буксировщика по кругу с достаточно длинным тросом, на конце которого закрепляется БО, кроме того, концепция круговой буксировки применяется для отработки систем противовоздушной обороны.

Изучение процесса буксировки с математической точки зрения было проведено американскими учеными (Richard A. Skop and Young-il Choo. The Configuration of a Cable Towed in Circular Path, J. Aircraft Vol.8, No.11, pp 856-862, November 1971), которые вывели уравнения установившегося движения тросовой системы в осях естественного трехгранника с углами ориентации, не принятыми в авиационной практике, которые связаны с углами атаки и скольжения следующими тригонометрическими соотношениями:

sinφ sinψ=sinα

sinφ cosψ=-sinβ cosα,

что усложняет анализ движения ТС, также процесс круговой буксировки представлен в этой работе только с теоретической точки зрения без каких-либо рекомендаций к практическому применению.

Наиболее близким, принятым за прототип для предлагаемого способа является способ, описанный в патенте на изобретение: the US patent № 3373994, 19/03/1968, «Method of achieving vertical displacement of a towed target from a towing aircraft». Данный способ применен для выдерживания допустимого принижения БО относительно буксировщика, которое обеспечит безопасность буксировщика при отработке систем противовоздушной обороны, где в качестве мишени используется БО. Недостатком данного метода является то, что он не обеспечивает точную доставку полезных грузов.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, - обеспечение точной доставки полезных грузов, т.е. выдача рекомендаций о требуемых параметрах движения буксировщика, физических характеристиках троса и уменьшение затрат при проведении летного эксперимента с использованием ТС.

Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе определения параметров движения по кругу авиационной буксировочной ТС, состоящей из буксировщика-ЛА, БО и соединяющего их троса, включающем выдачу рекомендаций о требуемых параметрах движения буксировщика-ЛА, физических характеристиках троса, при которых имеет место допустимое принижение БО относительно буксировщика-ЛА, предварительно производят расчет для любой точки на тросе: углов атаки и скольжения, силы натяжения по следующему уравнению движения единицы длины троса в инерциальных координатах:

затем определяют радиус вращения по уравнению:

фазовый сдвиг по уравнению:

и расстояние от текущей точки на тросе до буксировщика (принижение) по уравнению:

где - вектор скорости,

m - масса,

t - время,

- вектор силы натяжения,

s - координата, соответствующая длине, заключенной между БО и текущей точкой на тросе,

YБО, RБО - принижение и радиус вращения БО соответственно (при s=0),

- результирующий вектор аэродинамической силы и веса,

α - угол наклона в вертикальной плоскости (угол атаки),

β - угол скольжения.

По результатам математического моделирования с использованием системы уравнений движения троса (1-4) вычисляют параметры движения ТС и выдают рекомендации о параметрах движения буксировщика-ЛА и физических характеристиках троса, соответствующих допустимым большому принижению YБО, малым значениям радиуса RБО и скорости вращения БО, для обеспечения точной доставки полезных грузов без их разрушения.

Заявленный способ поясняется на следующих фигурах:

фиг.1: Схема буксировки ТС, состоящей из буксировщика 1, троса 2, БО 3 и вращающаяся цилиндрическая система координат RθY,

фиг.2: Зависимость относительного принижения БО от безразмерной длины троса (пример 1).

фиг.3: Зависимость безразмерного радиуса вращения БО от безразмерной длины троса (пример 1).

фиг.4: Траектории полета вертолета-буксировщика и БО в плане (пример 2).

Способ осуществляется следующим образом.

Для определения параметров движения ТС (см. фиг. 1) в качестве входных параметров вводят данные самолета-буксировщика (СБ) 1: скорость VСБ, радиус вращения RСБ, высота, предварительно вводят физические параметры троса 2: длину l, диаметр d, вес mg единицы его длины и коэффициенты лобового сопротивления CD и поверхностного трения СT, а также физические характеристики БО 3: масса mБО, площадь sБО и аэродинамические: коэффициенты подъемной силы и сопротивления Су, Сх.

С учетом характеристик БО и действующих на него сил: тяжести, аэродинамической, центробежной и тяги двигателя (если БО оснащен двигателем), определяют начальные значения углов атаки α0 и скольжения β0, силы натяжения Т0 троса по уравнениям (5-7), то есть граничные условия для задачи определения параметров движения троса.

где RБО - радиус вращения БО;

VБО - скорость БО;

Рдв - сила тяги двигателя БО;

φдв - угол установки двигателя БО;

αла - угол атаки БО;

γc - угол скоростного крена БО;

ρ - плотность атмосферы;

Ω - угловая скорость вращения ТС.

С использованием начальных данных из уравнения движения (1), записанного в координатной форме (с учетом знака углов α и β), определяют углы атаки и скольжения, а также силу натяжения для любой точки на тросе:

Радиус вращения, фазовый сдвиг и принижение точки на тросе определяют по уравнениям (2-4).

Величина радиуса вращения БО RБО изначально неизвестна, однако можно задать его величину и интегрировать дифференциальные уравнения из точки крепления БО (s=0) до точки крепления буксировщика (s=l). Если величина радиуса вращения буксировщика, полученная в результате интегрирования, отличается от заданного радиуса вращения буксировщика, принимается другая начальная величина RБО, и эта процедура повторяется до тех пор, пока разница между вычисленным и заданным радиусом вращения буксировщика не станет меньше некоторой небольшой наперед заданной величины.

Три величины существенно влияют на параметры движения тросовой системы - радиус вращения буксировщика RСБ, скорость VСБ (или индикаторная скорость ViСБ) и длина троса l.

Для определения обобщенных комбинаций параметров, влияющих на процесс круговой буксировки, результаты моделирования представляют в безразмерном виде: - длина троса, - радиус вращения БО, принижение БО.

Варьируя параметры движения буксировщика и длину троса, можно подобрать комбинации параметров, при которых БО будет иметь положение равновесия, близкое к оси вращения, при этом малая величина радиуса и скорости вращения БО будет сопровождаться большим наклоном троса, что позволит осуществлять точную доставку полезного груза без его разрушения.

Примеры

1. Приведем результаты моделирования: зависимости относительного принижения БО 4 (фиг.2) и безразмерного радиуса вращения БО 5 (фиг.3) от безразмерной длины троса с диаметром d=0,0099 м (mg=0,4 кг/м) и БО массой mБО=310 кгс2/м с радиусом вращения буксировщика RСБ=1000 м и скоростью VСБ=360 км/ч, для длины троса l≤10000 м (λ≤10). Результаты расчета показывают, что при используемых параметрах движения буксировщика допустимый радиус вращения и большое принижение достигается при λ=6 (l=6000 м), с дальнейшим увеличением длины троса радиус вращения и принижение БО будут незначительно уменьшаться по сравнению с длиной троса, поэтому целесообразно выбирать минимальную длину троса при достижении допустимых для посадки параметров.

2. Приведем результаты сравнения радиусов вращения БО, рассчитанных и полученных в результате эксперимента. На фиг.4 изображены траектории буксировщика 6 и БО 7 в проекциях на земную поверхность, полученные по результатам эксперимента при длине троса l =900 м, радиусе вращения вертолета-буксировщика (ВБ) RВБ≈250 м со скоростью V=115 км/ч и БО массой mБО=4 кгс2/м. Здесь же показаны траектории ВБ 8 и БО 9, полученные при математическом моделировании. На фигуре видно, что экспериментальные и расчетные радиусы БО близки друг к другу, но несколько смещены относительно друг друга вследствие влияния скорости ветра.

Способ определения параметров движения по кругу авиационной буксировочной тросовой системы (ТС), состоящей из буксировщика - летательного аппарата (ЛА), буксируемого объекта (БО) и соединяющего их троса, включающий выдачу рекомендаций о требуемых параметрах движения буксировщика-ЛА, физических характеристиках троса, при которых имеет место, допустимое принижение БО относительно буксировщика-ЛА, отличающийся тем, что предварительно производят расчет для любой точки на тросе: углов атаки и скольжения, силы натяжения по следующему уравнению движения единицы длины троса в инерциальных координатах:

затем определяют радиус вращения по уравнению:

фазовый сдвиг по уравнению:

и расстояние от текущей точки на тросе до буксировщика (принижение) по уравнению:

где - вектор скорости,
m - масса,
t - время,
- вектор силы натяжения,
s - координата, соответствующая длине, заключенной между БО и текущей точкой на тросе,
YБО, RБО - принижение и радиус вращения БО соответственно (при s=0),
- результирующий вектор аэродинамической силы и веса,
α - угол наклона в вертикальной плоскости (угол атаки),
β - угол скольжения,
по результатам математического моделирования с использованием системы уравнений движения троса (1-4) вычисляют параметры движения ТС и выдают рекомендации о параметрах движения буксировщика-ЛА и физических характеристиках троса, соответствующих допустимым большому принижению YБО, малым значениям радиуса RБО и скорости вращения БО, для обеспечения точной доставки полезных грузов без их разрушения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в регуляторе мощности и регуляторе процесса или устройства (1) регулировки мощности, которые предназначены для регулирования гибридного источника энергии для летательного аппарата.

Изобретение относится к авиационным силовым установкам, а более конкретно - к устройству гибридных силовых установок с электроприводом, работающим от твердоксидных топливных элементов, предназначено для воздушных судов.

Изобретение относится к авиастроению, более конкретно к направляющему устройству (100) для элемента гондолы турбореактивного двигателя и самой гондоле. .

Изобретение относится к области авиации, более конкретно, к топливной системе летательного аппарата. .

Изобретение относится к области авиации, более конкретно, к заднему узлу гондолы турбореактивного двигателя. .

Изобретение относится к области авиации. .

Изобретение относится к машиностроению и может найти применение в транспортных средствах, движителем которых является воздушный винт. .

Изобретение относится к области авиации

Изобретение относится к средствам военной техники и предназначено для использования при поражении в движении бронированных объектов и низкоскоростных воздушных целей на дальностях до десяти километров

Изобретение относится к области авиации, более конкретно к воздухозаборному узлу для летательного аппарата

Изобретение относится к гондоле турбореактивного двигателя, содержащей воздухозаборную конструкцию, обеспечивающую направление воздушного потока к вентилятору турбореактивного двигателя, и среднюю конструкцию, включающую в себя кожух, который охватывает указанный вентилятор и к которому прикреплена воздухозаборная конструкция, причем воздухозаборная конструкция снабжена, по меньшей мере, одной кольцевой внутренней панелью

Изобретение относится к области авиации, более конкретно к турбореактивному двигателю для летательного аппарата
Наверх