Безопасность полётов самолёта нового поколения
17 декабря 2020
В настоящее время Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) совместно с Центральным аэрогидродинамическим институтом имени профессора Н.Е. Жуковского (ЦАГИ) и другими партнёрами стал участником проекта создания научного центра мирового уровня (НЦМУ) «Сверхзвук», который реализуется в рамках национального проекта «Наука».
Работы, выполняемые в рамках НЦМУ, ведутся в нескольких лабораториях. Одной из них является лаборатория «Искусственный интеллект и безопасность полётов», которую возглавляет заведующий кафедрой 106 «Динамика и управление летательных аппаратов», начальник научно-исследовательской лаборатории «Пилотажные стенды и система самолёт-летчик» профессор МАИ Александр Викторович Ефремов. В работах, выполняемых лабораторией, участвуют ЦАГИ, ГосНИИ АС, МГУ.
В Московском авиационном институте лаборатория будет заниматься разработкой алгоритмов адаптивного и интеллектуального управления сверхзвукового пассажирского самолёта (СПС), проведением исследований в области создания нового типа активных рычагов управления, а также перспективных систем отображения информации, основанных на использовании технологий дополненной реальности и синтетического видения. Безопасность полёта является важнейшим требованием, предъявляемым к любому, в том числе сверхзвуковому, пассажирскому самолёту.
В то же время, динамика этого самолёта имеет ряд особенностей, связанных с необычной для пассажирских самолётов компоновкой и большим диапазоном скоростей полёта. Одна из основных динамических особенностей СПС связана с характерной для них компоновочной схемой «бесхвостка». Одно из явлений, присущих самолётам такой схемы — запаздывание возникновения перегрузки, когда отклонение рулей приводит в начальный момент к возникновению перегрузки, имеющей знак, противоположный знаку установившейся перегрузки. Другой особенностью динамики СПС является низкое аэродинамическое качество, из-за чего посадка самолёта будет осуществляться на больших углах атаки, при которых летчик теряет визуальный контакт с землей. Кроме того, под воздействием возмущений управление углом наклона траектории может стать обращённым. Взятие ручки (штурвала) «на себя» повлечёт за собой в конечном итоге движение самолёта вниз, поскольку из-за увеличения угла атаки и роста индуктивного сопротивления уменьшается скорость полёта и величина подъёмной силы. У этих самолётов, в силу концентрации масс в узком фюзеляже, отношение моментов инерции относительно осей Y и Х достигает больших значений (8 — 10), что является причиной сильного взаимодействия крена и скольжения.
Все эти особенности в значительной степени усложняют процесс пилотирования СПС, особенно на таких сложных и опасных этапах, как взлёт и посадка.
В лаборатории МАИ «Пилотажные стенды и система самолёт-летчик» были проведены предварительные исследования по отработке одного из элементов разрабатываемой системы отображения информации, выполненной по технологии дополненной реальности и предназначенной для обеспечения безопасного выполнения посадки пассажирского самолёта под действием интенсивных ветровых возмущений. Результаты исследований были представлены на Международной конференции «Авиация и космонавтика», прошедшей в МАИ. С докладами выступили сотрудники лаборатории, инженеры Татьяна Воронка и Александр Щербаков.
Исследования проводились на уникальном пилотажном стенде МАИ, снабжённым широкоугольной стереоскопической системой визуализации.
В ходе выполнения экспериментов было выполнено несколько сотен полётов в различных конфигурациях. В качестве ветровых возмущений рассматривалось попадание самолёта в вихревой след от ранее пролетевшего самолёта и опасное метеорологическое явление, получившее название микропорыв (или микровзрыв).
По результатам проведённых исследований была доказана высокая эффективность предложенной системы отображения информации по сравнению с традиционными способами представления информации при выполнении посадки как в спокойных условиях, так и при действии ветровых возмущений, таких как микропорыв и вихревой след от пролёта самолёта. Эти исследования будут продолжены с целью оценки предварительных результатов и адаптации полученных решений для сверхзвукового пассажирского самолёта.
