Введение к работе
Актуальность темы.
В последние годы стремительно возрастает интерес большинства развитых стран к проектам создания гиперзвуковых летательных аппаратов (ГЛА), которые могут иметь различное назначение.
Создание ГЛА - сложная инженерная задача, характеризующаяся высокой неопределенностью количественных показателей отдельных подсистем создаваемого технического объекта, что связано с применением значительного количества новых технических решений и технологий. Это может привести к разбросу параметров из-за неточности математических моделей, ошибок в прогнозировании развития технологий, технической погрешности. Поэтому проведение статистического анализа при проектных расчетах ГЛА становится крайне важным этапом работы.
Большая степень неопределенности в параметрах различных узлов и подсистем ЛА. приводит к то?., что возникает существенный разброс в характеристиках самого ЛА. Возникает риск, что данный ЛА не будет удовлетворять требуемым летно-техническим характеристикам (ЛТХ). Поэтому крайне важным этапом работы становится проведение статистического анализа характеристик ГЛА. В особенности это становится актуальным для воздушно-космических самолетов (ВКС) и авиационно-космических систем (АКС), где относительно небольшая величина - масса полезной нагрузки является разностью больших величин, таких как взлетный вес, масса топлива, сухой вес ЛА.
В данной работе на основании существующих методов расчета характеристик ГЛА, математической модели силовой установки (СУ) и результатов исследований, проводимых ЦИАМ им. П.И. Баранова и
Л 1
ВВИА им. Н. Е. Жуковского в детерминированной постановке задачи была разработана методика стохастического исследования перспективных СУ ГЛА и проведена оценка влияния неопределенности основных параметров ГЛА и его СУ на характеристики системы в целом.
Цель работы.
Разработка методики стохастического анализа влияния параметров
СУ ГЛА на показатели его эффективности и создание на ее базе
пакета программ, позволяющего проводить расчетно-теоретические
" исследование различных проектов.
Оценка эффективности применения различных математических методов для вероятностного исследования параметров ГЛА и его СУ.
Результатом работы должна была стать:
оценка значения критерия (показателя эффективности), являющегося функцией не только параметров ГЛА, используемых в качестве исходных данных в детерминированной постановке аддачи, но и совокупности случайных величин
выводы о влиянии неопределенности в параметрах основных систем ГЛА на его характеристики.
Задачи исследования: а Разработка методики расчета и математической модели основных подсистем ГЛА, учитывающие особенности режима полета и требований, предъявляемых к ГЛА.
Верификация разработанных математических моделей на примере
расчетов проводимых в детерминированной постановке задачи
ЦИАМ им. НИ. Баранова и ВВИА им. Н. Е. Жуковского.
о Разработка методики проведения стохастических исследований данного типа ЛА и его СУ.
Исследовать влияние неопределенности в аэродинамических,
массовых характеристиках ГЛА и характеристиках его СУ на
показатель эффективности ГЛА.
а Исследовать влияние неопределенности в параметрах отдельных подсистем и узлов СУ на показатель эффективности ГЛА.
Научная новизна диссертации заключается в разработке и научном обосновании методики стохастического анализа характеристик летательного аппарата и его силовой установки. Впервые было проведено стохастическое исследование ГЛА и его силовой установки, в отличие от расчетов, проводимых ранее в детерминированной постановке задачи. Получены новые результаты расчета характеристик ГЛА с учетом вероятностного характера параметров его систем, которые позволили дать обоснованные рекомендации, определяющие направление дальнейших исследований на начальном -тапе проектирования ГЛА.
Достоверность результатов обеспечивается: о Использованием апробированных методик расчета характеристик отдельных агрегатов и элементов системы при составлении комплексной математической модели;
Сравнением результатов, полученных при использовании различных методов вероятностного анализа;
Сравнением с результатами расчетов в детерминированной постановке задачи, проведенными в ВВИА им. Н.Е. Жуковского и ЦИАМ им. ПИ. Баранова.
Автор защищает:
-
Методику стохастического исследования ГЛА и его силовой установки.
-
Систему взаимосвязанных математических моделей комбинированного турбопрямоточного двигателя и гиперзвукового летательного аппарата.
-
Результаты исследования влияния неопределенности в аэродинамических, массовых характеристиках ГЛА и характеристиках его СУ на показатель эффективности ГЛА.
-
Результаты исследования влияния неопределенности в параметрах отдельных подсистем и узлов СУ на показатель эффективности ГЛА.
Практическое значение.
Результаты проведенных расчетов позволили сделать существенные выводы, определяющие направление дальнейших исследований на начальном этапе проектирования ГЛА, что может в значительной мере сэкономить средства, потраченные на его создание и доводку.
Разработанная методика и программное обеспечение позволяют проводить стохастический анализ характеристик различных типов летательных аппаратов и их силовых установок, для которых такие исследования .актуальны, особенно, таких как авиационно-космические системы, у которых основной критерий - полезная нагрузка является малой разницей больших величин.
Разработанный программно-математический аппарат позволяет подойти к решению задачи оптимизации параметров летательного аппарата и его силовой установки с учетом неопределенности в
различных параметрах и максимизацией вероятности выполнения какого-либо критерия.
Апробация работы.
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных чтениях, посвященных 90-летию со дня рождения М.М. Бондарюка (Москва, 1998 г.), на Всероссийской конференции молодых ученых "Современные проблемы аэрокосмической науки" (Жуковский, 1999 г.), на Третьей Международной научно-технической конференции "Чкаловские чтения -Инженерно-физические проблемы авиационной и космической техники" (Егорьевск, 1999 г.), на семинарах кафедры № 201 Московского государственного авиационного института (Технического университета).
Публикации.
По теме диссертации опубликована 1 статья и 3 тезиса доклада.
Структура и объем работы.
