ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ПИЛОТАЖНЫЙ СТЕНД ОДНОВИНТОВОГО ВЕРТОЛЕТА

© В.В.Поляков, М.А.Леликов
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Авиация и воздухоплавание"
2004 г.

В докладе рассматриваются вопросы построения исследовательского пилотажного стенда одновинтового вертолета, предназначенного для исследования структуры и параметров перспективных систем управления и информационно-управляющего поля кабины.

Исследовательский пилотажный стенд включает в себя вычислительно-управляющую систему, систему имитации оборудования кабины (СИОК) и систему питания. СИОК состоит из микроконтроллерной и измерительной подсистем, мониторов имитатора приборной доски летчика и правого переднего пульта летчика, штатных пультов кабины летчика, ручки продольно-поперечного управления, ручки “шаг-газ”, рычагов раздельного управления двигателями, блока педалей путевого управления и кресла летчика. Загрузка ручки продольно-поперечного управления и снятие с неё усилий осуществляется штатными механизмами. Загрузка педалей путевого управления и имитация работы фрикциона ручки «шаг-газ» осуществляется программируемыми электромеханическими устройствами. Конструкция СИОК предполагает включение перспективных командных рычагов управления (двух- и трехстепенных боковых ручек управления) и смену панелей приборного оборудования. Система питания стенда не использует авиационных стандартов напряжения частотой 400 Гц.

Вычислительно-управляющая система (ВУС) стенда конструктивно представляет собой два персональных компьютера и устройства ввода информации. Данная система обеспечивает запуск и остановку, ввод начальных условий и работу программного обеспечения. Программная реализация математических моделей динамики вертолета и его функциональных систем осуществлялась на основе технологии объектно-ориентированного программирования. Структура созданного программного обеспечения позволяет легко подключать новые (измененные) программные модули. Видеосистема ВУС формирует изображение на мониторах имитаторов приборного оборудования кабины вертолета и мультимедийном проекторе имитатора внекабинной обстановки. ВУС обменивается информацией о состоянии управляющих элементов пультов кабины летчика и принимает информацию от измерительной подсистемы СИОК о положении командных рычагов управления через микроконтроллерную подсистему.

Основу математического обеспечения стенда составляет модель динамики управляемого движения одновинтового вертолета. Модель представляет собой совокупность нелинейных дифференциальных и алгебраических уравнений первого порядка и условно включает ряд программных модулей: аэродинамики несущего и рулевого винтов, планера, динамики вертолета как твердого тела, системы управления, силовой установки, атмосферы. Модель обеспечивает возможность реализации вычислительного процесса в реальном масштабе времени за счет использования упрощенной квазистационарной модели аэродинамики несущего винта и эмпирических моделей аэродинамики элементов планера.

Оценка достоверности модели производилась в два этапа. На первом этапе оценивались реализованные летные данные (максимальные тяги на режиме висения, максимальные достигаемые скорости полета, характеристики набора высоты); балансировочные характеристики при различных значениях центровки вертолета; маневренные характеристики. Основная задача заключалась в выявлении направлений совершенствования модели динамики вертолета до ее комплексной проверки на пилотажном стенде с участием летчика-эксперта. На втором этапе производилась оценка летчиком реализованных пилотажных свойств на основных эксплуатационных режимах полета. Основное внимание уделялось соответствию динамических реакций модели на управляющие действия летчика характеристикам реального вертолета. Получено удовлетворительное совпадение данных летных испытаний с результатами математического моделирования, а также получены положительные заключения летчиков.