УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ПРОДОЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ САМОЛЕТА Российский патент 1994 года по МПК B64C13/18 

Изобретение относится к авиационной технике, а именно к устройствам для определения аэродинамических коэффициентов летательных аппаратов.

Известно устройство для определения коэффициентов продольного движения самолета, содержащее блок умножения, блок воспроизведения параметров полета, блок формирования матрицы параметров полета системы уравнений углового движения, блок формирования обратной матрицы, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы которого связаны с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым выходами блока формирования матрицы параметров полета системы уравнений углового движения, блок формирования определителей матрицы, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы которого связаны соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым выходами блока формирования матриц параметров полета системы уравнений углового движения, а выход - с седьмым входом блока формирования обратной матрицы, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы которого связаны соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым входами блока умножения, блок формирования вектора изображений углового ускорения, первый, второй и третий входы которого связаны с седьмым, восьмым и девятым входами блока умножения, блок синхронизации, первый выход которого связан с входом блока воспроизведения параметров полета.

Недостатком указанного устройства является его невысокая точность.

С целью повышения точности определения коэффициентов углового движения самолета, в устройство введены блок интегрального преобразования, первый, второй и третий входы которого связаны с первым, вторым и третьим входами блока воспроизведения параметров полета, четвертый и пятый входы - с вторым и третьим выходами блока синхронизации, а первый, второй, третий и четвертый выходы - с первым, вторым, третьим и четвертым входами блока формирования вектора изображений угловых ускорений, блок определения временного функционала и выбора коэффициентов углового движения, первый, второй и третий входы которого связаны с первым, вторым и третьим входами блока умножения, четвертый, пятый и шестой входы - с первым, вторым и третьим выходами блока воспроизведения параметров полета, а седьмой - с четвертым входом блока синхронизации.

На фиг. 1 изображено устройство для определения коэффициентов продольного движения самолета; на фиг.2 - структурная схема блока интегрального преобразователя параметров полета; на фиг.3 - структурная схема блока определения временного функционала и выбора коэффициентов углового движения; на фиг. 4 - структурная схема блока определения коэффициентов углового движения.

Устройство содержит блок 1 воспроизведения параметров полета, блок 2 интегрального преобразования параметров полета, блок 3 формирования матрицы параметров полета системы уравнений углового движения, блок 4 формирования вектора изображений углового ускорения, блок 5 формирования определителя матриц, блок 6 формирования обратной матрицы, блок 7 умножения, блок 8 синхронизации, блок 9 определения временного функционала и выборки коэффициентов углового движения, блоки 10,12,14,18,28,29,31,33,34 и 37 умножения, интеграторы 11,13,15,20,21,26, 27,32,36 и 40, сумматоры 17,30,35, блоки вычитания 19,22,25 и 38, блоки 23 и 24, квадраторы 16 и 39, блок 41 выбора коэффициентов, блоки 42 и 45 памяти, блок 43 сравнения, коммутатор 44.

Устройство работает следующим образом.

По сигналам с первых трех выходов блока 8 синхронизации запускается блок 2 (фиг. 2). После завершения цикла воспроизведения записи на четырех выходах блока 2 формируются сигналы, равные сумме действительной и мнимой частей преобразования Лапласа сигналов Δα(t), ω_z(t),Δδb(t), (t) соответственно для заданного значения комплексного переменного p_i = δ+jω_i. Эти сигналы соответственно равны
Δα(p_i) = (t)e^-σt(cosω_it+sinω_it)dt,
ω_z(p_i) = (t)e^-σt(cosω_it+sinω_it)dt,
Δδb(p_i) = b(t)e^-σt(cosω_it+sinω_it)dt,
R_e[p_iω_z(p_i)]+I_m[p_iω_z(p_i)] = (t)e^-σt(cosω_it+sinω_it)dt+
+ ω_i(t)e^-σt(cosω_it+sinω_it)dt. После этого блок синхронизации формирует сигналы на повторный цикл работы устройства в соответствии с выбранным набором значений частоты в преобразовании Лапласа. После перебора всех частот выбранной частотной области на выходе блока 7 умножения аналогично известному устройству формируются оценки трех коэффициентов углового движения самолета. После этого описанный цикл повторяется для другого набора частот ω_i в преобразовании Лапласа. Полученные в результате оценки значений коэффициентов для различных наборов частот ω_i в преобразовании Лапласа сравниваются и после полного цикла работы устройства на выходе формируются оценки значений коэффициентов, соответствующие минимуму функционала, вида
I_t= (t)-(t)]²dt, где ω_z (t) - значение ω_z (t) по результатам записи полетной информации;
(t) - значение ω_z (t) в результате моделирования дифференциального уравнения
I= M(t)+Mαz

Δα(t)+MδzΔδb(t)
с вычисленными коэффициентами
M_z^α,M_z^ωz,M_z^δ .

Для вычисления значений Δα(p_i),ω_z (p_i), Δδb(p_i),Re(p_iω_z(p_i)] +I_m(p_iω_z(p_i)] по формулам на устройствах 16-32 (фиг.3) формируются сигналы вида
e^-0,5t(cos ω_i t + sin ω_i t), e^-0,5t(cos ω_i t - sin ω_i t), которые, как известно, являются решениями дифференциальных уравнений вида
+ + c_i(x) = 0,
где C_i = 0,25 - ω², при ω > 0,5 рад/с или f > 0,1 Гц, при начальных условиях /O/ = ω_i-0,5, X/0/ = 1 для первого сигнала
и /O/ = -ω_i-0,5,
X/0/ = 1 для второго.

При очередном восстановлении записи по сигналу от синхронизатора через пятый вход блока поступают сигналы на выставку начальных условий, равных 1, на интеграторы 21 и 27, ω_i - 0,5 на интегратор 20, - ω_i - 0,5 на интегратор 26 и нулевые начальные условия на интеграторы 11,13 и 15. Временная функция вида
e^-0,5t(cos ω_i (t) + sin ω_i t) на выходе интегратора 21 умножается на значения Δα (t), ω_z (t), Δδ b(t) - на блоках 10,12,14 и после интегрирования на интеграторах 11,13,15 на выходе последних формируются сигналы вида (t)e^-0,5t(cosω_i+sinω_it)dt, (t)e^-0,5t(cosω_i+sinω_it)dt, b(t)e^-0,5t(cosω_i+sinω_it)dt, а на выходе блока 30 образуется сигнал, равный значению
Re [p_i ω_z (p_i)] + I_m [p_i ω_z (p_i)].

Работа блока 9 (фиг.3) основана на восстановлении временной зависимости ω_z (t) по найденным коэффициентом углового движения. По сигналу от синхронизатора выставляются нулевые начальные условия на интеграторах 36,40 и на блоках 31,32,33,34,35 решается дифференциальное уравнение вида
I(t) = M(t)+Mαz

(t)+Mαz(t)+MδzΔδb(t), в результате которого на выходе блока 34 формируется "восстановленный" сигнал ω_z(t).Далее на блоках 36-38 вычисляется значение временного функционала
I_t= ()(t)-ω_z(t))²dt , которое поступает на пятый выход блока 41 выбора коэффициентов, которое по вычисленному значению функционала запоминается в блоке 42 памяти. Если оно оказалось меньше предыдущего значения, сравнивается с наименьшим значением из всех предыдущих значений I_t и если "новое" значение I_t окажется меньше, то по сигналу от блока 43 коммутатор соединяет текущие коэффициенты с входом блока 45 памяти, которое заменит коэффициенты на "лучшие".

Для нормальной работы устройства выбора коэффициентов в начале полного цикла работы устройства на второй вход блока памяти поступает максимально допустимое значение функционала I_t.

В результате на первом, втором и третьем выходах блока памяти формируются оценки коэффициентов углового движения, соответствующие минимуму временного функционала, а на выходе блока 42 памяти формируется значение самого функционала.

Таким образом, за счет того, что удалось избежать операции численного дифференцирования и выбора наиболее информативных точек в частотной области, точность определения коэффициентов углового движения повышается в 5-6 раз.

Изобретение относится к авиационным приборам, а именно к устройствам для определения аэродинамических коэффициентов летательных аппаратов. Целью изобретения является повышение точности определения коэффициентов углового движения самолета. В устройство введены блок интегрального преобразования параметров полета, блок определения временного функционала и выборки коэффициентов углового движения. 4 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ПРОДОЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ САМОЛЕТА, содержащее блок умножения, блок воспроизведения параметров полета, блок формирования матрицы параметров полета системы уравнений углового движения, блок формирования обратной матрицы, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы которого связаны с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым выходами блока формирования матрицы параметров полета системы уравнений углового движения, блок формирования определителя матрицы, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы которого связаны соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым выходами блока формирования матрицы параметров полета системы уравнений углового движения, а выход - с седьмым входом блока формирования обратной матрицы, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы которого связаны соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым входами блока умножения, блок формирования вектора изображений углового ускорения, первый, второй и третий входы которого связаны с седьмым, восьмым и девятым входами блока умножения, блок синхронизации, первый выход которого связан с входом блока воспроизведения записи параметров, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения коэффициентов углового движения самолета, в него введены блок интегрального преобразования, первый, второй и третий входы которого связаны с первым, вторым и третьим входами блока воспроизведения параметров полета, четвертый и пятый входы - с вторым и третьим выходами блока синхронизации, а первый, второй, третий и четвертый выходы - с первым, вторым, третьим, четвертым входами блока формирования вектора изображений угловых ускорений, блок определения временного функционала и выбора коэффициентов углового движения, первый, второй и третий входы которого связаны с первым, вторым и третьим выходами блока умножения, четвертый, пятый и шестой входы - с первым, вторым и третьим выходами блока воспроизведения параметров полета, а седьмой - с четвертым выходом блока синхронизации. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок интегрального преобразования параметров полета выполнен в виде последовательно соединенных первого блока умножения и первого интегратора, последовательно соединенных второго блока умножения и второго интегратора, последовательно соединенных третьего блока умножения и третьего интегратора, последовательно соединенных квадратора, первого сумматора, четвертого блока умножения, первого блока вычитания, четвертого, пятого интеграторов, шестого интегратора, пятого блока умножения, седьмого интегратора, шестого блока умножения и второго сумматора, седьмого блока умножения, вход которого связан с выходом второго интегратора, а выход - с вторым входом второго сумматора, последовательно соединенных восьмого блока умножения, первый вход которого связан с выходом первого сумматора, второго блока вычитания и восьмого интегратора, выход которого связан с вторым входом шестого интегратора, последовательно соединенных третьего блока вычитания и третьего сумматора, выход которого связан с вторым входом седьмого интегратора, первого задатчика постоянного сигнала, выход которого связан с вторым входом первого сумматора, второго задатчика постоянного сигнала, выход которого связан с первыми входами третьего блока вычитания и третьего сумматора, третьего задатчика постоянного сигнала, выход которого связан с вторым входом седьмого блока умножения, причем вход пятого интегратора связан с первыми входами первого, второго и третьего блоков умножения и с вторым входом четвертого блока умножения, второй вход первого блока вычитания связан с выходом четвертого интегратора, второй вход восьмого блока умножения связан с выходом шестого интегратора, второй вход второго блока вычитания связан с выходом седьмого интегратора, второй вход первого блока умножения, второй вход второго блока умножения, второй вход третьего блока умножения являются соответственно первым, вторым, третьим входами блока интегрального преобразования параметров полета, первый, второй, третий и четвертый выходы которого являются соответственно выходами первого, второго и третьего интеграторов и второго сумматора, вторые входы третьего блока вычитания, третьего сумматора и шестого блока умножения объединены и являются четвертым входом блока интегрального преобразования параметров полета, вторые входы первого, второго, третьего интеграторов, четвертого, пятого, шестого, седьмого и восьмого интеграторов объединены и являются пятым входом блока интегрального преобразования параметров полета. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок определения временного функционала и выбора коэффициентов углового движения выполнен в виде последовательно соединенных первого блока умножения, сумматора, первого интегратора, блока вычитания, квадратора, второго интегратора и блока определения коэффициентов углового движения, второго блока умножения, выход которого связан с вторым входом сумматора, и третьего блока умножения, первый вход которого связан с выходом первого интегратора, а выход - с третьим входом третьего сумматора, причем первый вход первого блока умножения и второй вход блока определения коэффициентов углового движения объединены и являются первым входом блока определения временного функционала и выбора коэффициентов углового движения, вторым входом которого являются объединенные третий вход блока определения коэффициентов углового движения и первый вход второго блока умножения, третьим - объединенные четвертый вход блока определения коэффициентов углового движения и второй вход первого блока умножения, четвертым - второй вход второго блока умножения, пятым - второй вход второго блока вычитания, шестым - второй вход первого блока умножения, седьмым - объединенные вторые входы второго интегратора, первого интегратора и пятый вход блока определения коэффициентов углового движения, первый, второй и третий выходы которого являются соответственно первым, вторым и третьим выходами блока определения временного функционала и выбора коэффициентов углового движения. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что блок определения коэффициентов углового движения выполнен в виде последовательно соединенных устройства сравнения, коммутатора, первого блока памяти, первый, второй и третий выходы которого являются первым, вторым и третьим выходами блока определения коэффициентов углового движения, второй и третий выходы коммутатора соединены с вторым и третьим входами первого блока памяти, второго блока памяти, выход которого соединен с первым входом устройства сравнения, второй вход которого является пятым входом блока определения коэффициентов углового движения, первым, вторым и третьим входами которого являются второй, третий и четвертый входы коммутатора, а четвертым - объединенные второй вход первого блока памяти, второй вход которого связан с четвертым выходом коммутатора.