Введение к работе
Актуальность темы. Приобретение и поддержание навыков пилотирования вертолётом на взволнованной водной поверхности в чрезвычайных ситуациях обусловливает необходимость совершенствования и повышения эффективности авиационных тренажеров (AT), одним из основных элементов которого является динамический стенд (ДС), обеспечивающий имитацию силовых (ак-селерационных) воздействий на пилотов.
Попытки повышения степени достоверности имитации динамических режимов полета посредством увеличения диапазонов перемещения кабины AT приводят к росту стоимости ДС и увеличению его габаритов и массы. Разрешение этих противоречий требует совершенствования имитационных моделей и алгоритмов управления ДС с целью получения высокого качества имитации акселерационных воздействий при ограниченных перемещениях кабины AT.
Совершенствование подобных систем предопределяет необходимость разработки математических моделей и моделирование элементов и в целом имитатора акселерационных воздействий (ИАВ) с учетом психофизиологических особенностей человека.
Цель работы - разработка, исследование и обоснование математических моделей, методов и методик моделирования имитаторов акселерационных воздействий, обеспечивающих повышение качества имитационного моделирования акселерационных воздействий на пилота вертолёта, находящегося на взволнованной водной поверхности.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
-
анализ механизма перемещения и разработка математической модели движения вертолёта на взволнованной водной поверхности;
-
анализ и обобщение математических моделей восприятия пилотом акселерационных воздействий;
-
построение математических моделей задающих воздействий по линейным степеням свободы, учитывающих психофизиологические особенности человека по восприятию силовой (акселерационной) информации;
-
разработка математической модели гидропривода, обеспечивающей моделирование систем с компенсацией статического веса подвижных частей стенда и кабины тренажёра;
-
экспериментальные исследования, разработка практических рекомендаций по применению предложенных математических моделей и методик математического моделирования, внедрение результатов теоретических и экспериментальных исследований в промышленность и учебный процесс.
Объект исследования - имитатор акселерационных воздействий.
Предмет исследования - математическое моделирование имитатора акселерационных воздействий.
Методы исследований - математический анализ динамических систем, методы математического и имитационного моделирования, численные методы.
Научная новизна.
-
Предложена имитационная математическая модель движения вертолёта на взволнованной водной поверхности, определяющая движение шарнирных точек платформы динамического стенда авиационного тренажёра.
-
Предложена обобщённая математическая модель восприятия пилотом акселерационной информации и математическая модель задающих воздействий динамического стенда по линейным степеням свободы, учитывающая особенности человека по восприятию акселерационных воздействий.
-
Предложена математическая модель гидропривода, обеспечивающая моделирование систем с компенсацией статического веса подвижных частей стенда и кабины тренажёра.
-
Предложена математическая модель и построена номограмма движения платформы динамического стенда, позволяющая оценивать предельные значения перемещений, скоростей, ускорений, градиентов ускорений.
-
Разработана методика моделирования позволяющая проводить комплексное исследование динамических режимов ИАВ с компенсацией статической нагрузки.
Практическая ценность.
-
Предложен способ и система имитации колебаний вертолета методом силового воздействия на три шарнирные точки под днищем кабины тренажера.
-
Разработаны компьютерные программы и проведены исследования законов управления движением вертолёта на взволнованной водной поверхности и гидроприводов динамического стенда.
-
Разработана математическая модель формирования управляющих воздействий движениями кабины тренажера повышающая качество имитации по линейным степеням свободы, уменьшая диапазоны перемещения платформы ДС, что значительно повышает экономическую эффективность обучения.
-
Построена номограмма, позволяющая, минуя трудоемкие математические вычисления, оперативно определять предельные значения перемещений, скоростей, ускорений, градиентов ускорения и время действий.
-
Даны практические рекомендации по применению предложенных методик, математических моделей и систем.
Реализация и внедрение. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований внедрены на ОАО ПКБМ г. Пензы при разработке и изготовлении динамических стендов AT.
Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе на кафедре "Автоматизация и управление" Пензенской государственной технологической академии при проведении лекционных занятий, лабораторных и курсовых работ, в дипломном проектировании по специальности "Автоматизация технологических процессов и производств".
На защиту выносятся.
1. Имитационная математическая модель движения вертолёта на взволнованной водной поверхности.
-
Обобщённая математическая модель восприятия пилотом акселераци-онных воздействий и математическая модель задающих воздействий, учитывающая психофизиологические особенности человека по восприятию акселера-ционной информации.
-
Математическая модель гидропривода с компенсацией статической нагрузки.
-
Обобщённая математическая модель определения предельных параметров движения платформы динамического стенда.
-
Методика и результаты моделирования, теоретические и экспериментальные исследования имитатора акселерационных воздействий.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на второй научно - технической конференции "Тренажерные технологии и обучение: новые подходы и задачи" (Жуковский, Моск. обл., ЦАГИ, 2003г.); на шестой Всероссийской научной конференции с международным участием "Математическое моделирование и краевые задачи" (Самара, 2009г.); на Международной научно — технической конференции "Теория и практика имитационного моделирования и создания тренажеров" (Пенза, 1998г.); на международном симпозиуме "Надежность и качество" (Пенза, 2008г., 2009г., 2010г.); на международной научно-практической конференции "Информационные технологии в образовании, науке и производстве" (Серпухов, 2009г.); на международной научно-технической мультиконференции "Актуальные проблемы информационно-компьютерных технологий, мехатроники и робототехники" (с. Дивноморск, Геленжик, Россия, 2009г.); на международной научно-практической конференции "Проблемы инновационной экономики, модернизации и технологического развития" (Пенза, приволжский дом знаний, 2010г.), на международном симпозиуме "Space & Global Security of Humanity" (Рига, Латвия 2010г.); на международной научно-практической конференции "Чрезвычайные ситуации: теория, практика, инновации" (Беларусь, Гомель, ГИИ, 2010г.).
Публикации. По теме диссертации опубликована 21 работа, в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получено 2 авторских свидетельства и 1 патент.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы, включающего 192 наименования. Основная часть работы изложена на 167 страницах, содержит 43 рисунка и 8 таблиц.
