Исследования и оптимизация этапа снижения самолетов гражданской авиации в задаче вертикальной навигации

Обложка

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Решение задачи формирования высотно-скоростного профиля полета самолетов гражданской и военно-транспортной авиации на этапе снижения и оптимизации по экономическому критерию проводится с использованием динамической модели движения центра масс в вертикальной плоскости. В модели учитывается изменение массы самолета и систематическая составляющая скорости ветра. Аэродинамические характеристики самолета, его вес, а также высотно-скоростные и дроссельные характеристики двигателей приближены к современному типовому среднемагистральному самолету. Предложена классификация траекторий снижения. Для каждого типа таких траекторий определено множество параметров, однозначно характеризующих их свойства, и значения критериев качества, в которых рассматривается стоимость и затраты топлива. Проведена оценка влияния (релевантности) этих параметров на критерии и свойства траекторий. Сформулирована задача оптимизации этапа снижения с обеспечением заданного времени его выполнения. Получено необходимое и достаточное условия ее реализуемости. Рассмотрен пример решения этой задачи для типового среднемагистрального самолета.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. А. Голубева

ФАУ ГосНИИАС

Автор, ответственный за переписку.
Email: aagolubeva@gosniias.ru
Россия, Москва

Н. В. Куланов

ФАУ ГосНИИАС

Email: kulanov_nv@gosniias.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Маркин Н.Н., Чистов М.С. Терминальное управление посадкой пассажирского самолета // Тр. МАИ. 2010. Вып. 41.
  2. Sang Gyun Park, John-Paul Clarke. Vertical Trajectory Optimization for Continuous Descent Arrival Procedure // AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference. Minneapolis, 2012. August.
  3. Lim Y., Gardi A., Sabatini R., Ranasinghe K., Ezer N., Rodgers K., Salluce D. Optimal Energy-based 4D Guidance and Control for Terminal Descent Operations // Aerospace Science and Technology. 2019. V. 95.
  4. Гревцов Н.М., Тегин А.В. Формирование управления самолетом для отслеживания траектории в задаче четырехмерной навигации // Уч. зап. ЦАГИ. 2000. Т. ХХХI. № 1, 2.
  5. Grevtsov N., Dymchenko A. Application of Suboptimal 4-D Navigation Algorithms for Flight Planning and Control Considering Weather Conditions // 29 Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences. St. Peterburg, 2014.
  6. Betts J.T., Cramer E.J. Application of Direct Transcription to Commercial Aircraft Trajectory Optimization // J. Guidance, Control, and Dynamics. 1995. V. 18. № 1.
  7. Benson D.A. A Gauss Pseudospectral Transcription for Optimal Control // Ph.D. Thesis, Department of Aeronautics and Astronautics, Massachusetts Institute of Technology. Cambridge, 2004.
  8. Agamawi Y.M., Rao A.V. “CGPOPS: A C++ Software for Solving Multiple-Phase Optimal Control Problems Using Adaptive Gaussian Quadrature Collocation and Sparse Nonlinear Programming” // University of Florida, ACM Trans. Math. Softw. 2020. V. 46. № 3. Article 25.
  9. Bedrossian N., Bhatt S., Lammers M., Nguyen L., Zhang Y. First Ever Flight Demonstration of Zero Propellant Maneuver Attitude Control Concept // AIAA GN&C Conference. Hilton Head, 2007.
  10. Прутько А.А. Оптимальные по расходу топлива траектории переориентации крупногабаритных космических конструкций: дис. … канд. техн. наук. Королев, 2021.
  11. Valenzuela A. Aircraft Trajectory Optimization Using Parametric Optimization Theory // Doctoral Thesis, Universidad de Sevilla, 2012.
  12. Franco A., Valenzuela A., Rivas D. Optimality of Standard Flight Procedures of Commercial Aircraft // 5th European Conf. for Aeronautics and Space Sciences. Munich. Germany, 2013.
  13. Голубева А.А., Куланов Н.В. Методика выбора значений параметров этапа взлет самолетов гражданской, военно-транспортной авиации и беспилотных летательных аппаратов // Изв. РАН. ТиСУ. 2019. № 6.
  14. Голубева А.А., Куланов Н.В. Методика и оптимизация этапа набора высоты в задаче вертикальной навигации самолетов гражданской и военно-транспортной авиации // Изв. РАН. ТиСУ. 2021. № 4.
  15. Голубева А.А., Куланов Н.В. Исследования и оптимизация этапа крейсерского полета самолетов гражданской авиации в задаче вертикальной навигации // Изв. РАН. ТиСУ. 2022. №5.
  16. Юревич Е.И. Теория автоматического управления. 3-е изд. СПб.: БХВ-Петербург, 2007.
  17. Григоров П.Ю., Куланов Н.В. Применение концепции обратных задач динамики в задачах вертикальной навигации // Изв. РАН. ТиСУ. 2016. № 3. С. 141–154.
  18. Калинина Е.А., Утешев А.Ю. Теория исключения: учеб. пособие. СПб.: НИИ химии СПбГУ, 2002.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Зона воздушного пространства аэропорта прибытия.

Скачать (164KB)
3. Рис. 2. Высотно-скоростной профиль полета ВС на этапе снижения.

Скачать (106KB)
4. Рис. 3. Изменения параметров траекторий: а – траектория типа (0, 0), б – траектория типа (0, 1), в – траектория типа (1, 0), г – траектория типа (1, 1).

Скачать (411KB)
5. Рис. 4. Сечения поверхности заданного времени прибытия плоскостями = 271, 274, 277, 280 kt.

Скачать (127KB)
6. Рис. 5. Сечения поверхности критерия затрат топлива плоскостями = 271, 274, 277, 280 kt.

Скачать (134KB)
7. Рис. 6. Поверхность значений параметров , Hсн, ar, при которых время снижения равно заданному значению.

Скачать (132KB)
8. Рис. 7. Поверхность затрат топлива на траекториях этапа снижения.

Скачать (130KB)

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».