Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Közlekedésmérnöki Kar, Repülőgépek és Hajók Tanszék
CZÖVEK LÁSZLÓ
REPÜLÉSI ADATOK ALKALMAZÁSA VALÓS REPÜLÉSI SZITUÁCIÓK ELEMZÉSÉBEN Ph.D. értekezés
Témavezető: Dr. Rohács József
Budapest, 2005
NYILATKOZAT
Alulírott Czövek László kijelentem, hogy ezt a doktori értekezést magam készítettem, és abban csak a megadott forrásokat használtam fel. Minden olyan részt, amelyet szó szerint, vagy azonos tartalomban, de átdolgozva más forrásból átvettem, egyértelműen, a forrás megadásával megjelöltem. Budapest, 2005. október 18.
..................................................... Czövek László
A dolgozat bírálatai és a védéskor készült jegyzőkönyv a BMGE Közlekedésmérnöki Karának Dékáni Hivatalában a későbbiekben megtekinthető.
TARTALOMJEGYZÉK
Köszönetnyilvánítás ...............................................................................................................v Összefoglaló .........................................................................................................................vi Abstract ..............................................................................................................................ix Bevezetés ..............................................................................................................................xi Szakirodalmi áttekintés .....................................................................................................xiii I.
AZ ADATGYŰJTŐ-RENDSZEREK INFORMÁCIÓJÁNAK ALKALMAZÁSA ÜZEMELTETÉSI ÉS DIAGNOSZTIKAI CÉLOKRA................. 1
I.1. I.2.
I.3. I.4.
I.5. I.6. II.
Az üzemeltetés és diagnosztika kapcsolata, jellemzése..................................1 Az üzemeltetés irányítása ...................................................................................2 I.2.1.
Üzemeltetési, karbantartási stratégiák ........................................................... 2
I.2.2.
Meghibásodásig történő üzemeltetés............................................................. 3
I.2.3.
Kötött üzemidő szerinti üzemeltetés............................................................. 4
I.2.4.
Megbízhatósági szint szerinti üzemeltetés .................................................... 4
I.2.5.
Jellemző paraméter szerinti üzemeltetés....................................................... 5
A műszaki diagnosztika módszerei az üzemeltetésben .................................7 Diagnosztika elméleti alapjai ...........................................................................12 I.4.1.
Diagnosztikai alapfogalmak ..........................................................................12
I.4.2.
A diagnosztikai rendszer állapota.................................................................16
I.4.3.
Műszaki genetika, diagnosztika, prognosztika kapcsolata........................18
I.4.4.
A diagnosztikai folyamat fogalma, célja, jellemző vonásai.......................20
A diagnosztikai paraméterek meghatározásának módszere........................22 Katonai repülés műszaki üzemeltetési rendszere .........................................25
REPÜLÉSI PARAMÉTEREKET RÖGZÍTŐ FEDÉLZETI RENDSZEREK ELEMZÉSE ............................................................................................ 29
II.1. II.2. II.3.
Fedélzeti adatgyűjtő rendszerek rendeltetése, rögzítési módjai, a repülési információk földi kiértékelésének módszerei.................................29 Hazai fejlesztésű korszerű adatrögzítő és adatfeldolgozó rendszerek ..........................................................................................................33 TESZTER típusú fedélzeti adatrögzítő rendszer specifikációja ................38 II.3.1. TESZTER rendszer felépítése, működése .................................................39 II.3.2. RAR rendszer eszközeinek megnevezése, rendeltetése, fejlesztés célja ..................................................................................................41 II.3.3. Harcászati műszaki követelmények a RAR-29 rendszerre vonatkozóan ....................................................................................................42
iii
III.
REPÜLŐGÉPEK MOZGÁSÁNAK ELMÉLETI ALAPJA ......................................... 45
III.1. III.2.
A repülőgép térbeli mozgásának egyenletei ..................................................45 A repülőgép hosszirányú mozgás egyenletei.................................................48 III.2.1. A hosszirányú mozgásegyenletek linearizálása ........................................48 III.2.2. A hosszirányú mozgás átviteli függvényei .................................................53
III.3. III.4. III.5.
A bólintási robotpilóta hatásvázlata ...............................................................56 A bólintási robotpilóta tranzinens analízise ..................................................64 Modell-elemzés..................................................................................................73 III.5.1. Rögzített adatok felhasználása repülőgép matematikai modelljének felállításához ............................................................................73 III.5.2. Értéktartó szabályzási rendszer tervezése...................................................77 III.5.3. Értékkövető szabályzási rendszer tervezése...............................................88 III.5.4. Optimális értékkövető szabályzási rendszer tervezése .............................89
IV.
KIFEJLESZTÉSRE KERÜLT FEDÉLZETI ADATRÖGZÍTŐ ÉS FÖLDI KIÉRTÉKELŐ RENDSZEREK GYAKORLATI JELENTŐSÉGE ......................... 92
IV.1. IV.2.
TAVASZ-29 adatkiértékelő rendszer, Mobil AdatkiolvasóHitelesítő, (MAKI-H) berendezés ..................................................................94 Üzemeltetési tapasztalatok, kidolgozott új technológia ...........................102
Befejezés, összefoglalás .......................................................................................................108 Új tudományos eredmények, tézisek ...................................................................................112 Irodalomjegyzék ................................................................................................................116 Mellékletek.......................................................................................................................CD
iv
KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS
Ez a doktori értekezés a BME Repülőgépek és Hajók Tanszéken valamint az AVIATRONIC Repüléstechnikai Fejlesztő Kft-nél végzett tanulmányi és kutatási tevékenységem során készült. Különösen hálás vagyok a tanszék valamennyi oktatójának, közülük is Dr. Rohács Józsefnek és Dr. Gausz Tamásnak a nélkülözhetetlen szakmai támogatásáért valamint Bokor József, Pásztor Endre, Kurutz Károly, Zobory István és Gedeon József professzor uraknak türelmes emberi segítségükért, amely sokszor átsegített a problémáimon. Nagyon köszönöm az AVIATRONIC Repüléstechnikai Fejlesztő Kft munkatársainak, Farkas Tibor, Dobrocsy László és Kanyó Miklós fejlesztőmérnök uraknak azt az időt és energiát, melyet a segítségemre fordítottak a kiértékelő rendszer kalibrálása és a repülések értékelésének végrehajtása során.
KÖSZÖNÖM!
v
ÖSSZEFOGLALÓ
Murphy II. törvénye: „bármilyen hiba, amely megismétlődhet, meg is fog ismétlődni!”
A légi járművek fejlődése olyan szintet ért el, amelyen optimális alkalmazhatóságuk elképzelhetetlen az automatikus vezérlő rendszerek felhasználása nélkül. Napjainkban a harci repülőeszközök sokoldalú felhasználásának, hadrafoghatóságának, a feladatok sikeres végrehajtásának érdekében kiemelt figyelmet fordítanak a korszerű fedélzeti rendszerek megbízható működésére és a repülések részletes elemzésére. Ennek egyik alapvető oka a biztonságos repülés feltételeinek megteremtése, ezért a fedélzeti vezérlő rendszerek feladata a repülőeszköz mozgásjellemzőinek megtartása, vagy megváltoztatása, kormányozhatósági és stabilitási tulajdonságaik javítása. Az értekezésem tárgya egy új típusú adatfeldolgozó rendszer. Ennek a rendszernek alkalmazásával a MiG–29 típusú repülőgépeket üzemeltető állomány részére biztosíthatók az állapot szerinti üzemeltetéshez szükséges adathalmazok, valamint – a fedélzeti vezérlő rendszerek szabályzási rendellenességei is vizsgálhatók. Ezzel párhuzamosan a repülési szituációk - repülések utáni analizálása - objektív adatok alapján elvégezhető, ezzel is biztosítva a repülőgép-vezetők felkészítéséhez és a repülőtechnika leggazdaságosabb üzemeltetéséhez nélkülözhetetlen adathalmazok. A fedélzeti rendszerek paramétereinek objektív, pontos mérése, elemzése és nyilvántartása megteremtheti az állapot szerinti üzembenntartás egyik fontos feltételét. Az értekezésem tárgyát képező adatfeldolgozó rendszer bemutatásával, a kapott eredmények elelemzésével célom: •
elősegíteni a repülőgépek üzemeltetése során alkalmazott diagnosztikai módszerek felhasználását a katonai repülőgépek műszaki üzemeltetésében, • kialakítani és megteremteni a technika állapotának meghatározásához, és az állapot szerinti üzemeltetés feltételeinek megteremtéséhez szükséges objektív módszereket, • elméleti és szakmai ismereteket biztosítani a műszaki kiszolgáló személyzet felkészültségének fejlesztéséhez, • a repülőhajózó állomány számára egyszerűen fogalmazott, gyakorlati példákkal alátámasztott ismereteket biztosítani az új kiértékelő, megjelenítő rendszer segítségével a végrehajtott repülési feladat elemzéséhez. Fő feladatom, a kísérleti üzemeltetés ideje alatt kapott repülési eredmények és az elméleti számítások vizsgálatával bebizonyítani, hogy az általam tesztelt új adatkiolvasó berendezés
vi
által nyújtott információ elegendő a repülőgépek két felszállás közötti „gyors” kiértékelésére. Valamint a földi kiértékelő rendszer képes a repülőgép műszaki állapotának, illetve a repülőgép időarányos repülési helyzetének pontos meghatározására, továbbá a rögzített információk alapján a repülőgép-vezető tevékenységének behatárolására. Az új diagnosztikai berendezés és módszer kifejlesztése már 1993-ban elkezdődött az AVIATRONIC. Kft szakembereinek és a HM érintett mérnökeinek tervei alapján. A SZU-22 M3 típusú repülőgéphez kifejlesztett TAVASZ-22 kiolvasó és TISZA földi kiértékelő rendszer, a csapatnál próbarepülései során (több mint 300 repült óra, 482 felszállás) bizonyította alkalmazhatóságát.
Fotó 1. SZU 22– M3 típusú repülőgép
A kiértékelések eredményei nagyban hozzájárultak a típus megbízható karbantartásához, üzemeltetéséhez, így a repülések biztonságának a növeléséhez. A haderő átalakítás következtében a SZU típus 1997-ben kivonásra került a Magyar Légierőből. 1994-től a SZU 22-höz kifejlesztett kiolvasó berendezés és kiértékelő szoftver kisebb átalakítással már adaptálva lett a MiG–29 típusú repülőgépeknél, hisz fedélzeti TESZTER adatrögzítő rendszerük hasonló, így a kivonás nem jelentett megtorpanást az adatrögzítő és kiértékelő fejlesztésben. Értekezésemben a szakirányhoz vonatkozó elméleti területek teljesség érintése nélkül, részletesen bemutatom az 1993-ban megkezdett és 2002 nyarán befejezett, több éves csapatpróbán és néhány átalakításon átment a MiG-29 típusú repülőgépek üzemeltetéséhez nélkülözhetetlen TAVASZ 29 elnevezésű új típusú adatfeldolgozó rendszert.
vii
A rendszer eleme egy kiolvasó berendezés MAKI-Mobil Adat Kiolvasó és egy repülés utáni kiértékelő rendszer UFA-Univerzális Földi Kiértékelő. A repülések gyakorlati tapasztalatainak és a rögzített paraméterek analízisének felhasználásával, illetve az érintett elméleti területek bemutatásával (üzemeltetés,- diagnosztikai módszerek; adatrögzítők - rögzítési eljárások; szabályzás elmélet - matematikai modell; repülésdinamika - repüléselemzés) új földi kiértékelő és elemző módszert alakítottam ki.
Fotó 2. MAKI-kiolvasó berendezés
Fotó 3. UFA-kiértékelő rendszer
Összefoglalva, értekezésem tárgyát képező rendszer alkalmazásával pontosabban megállapítható a repülőgép repülési helyzete, illetve a fedélzeti rendszerek (az automatikus vezérlő rendszer) műszaki állapota, azok esetleges rendellenességei, hatásuk a repülőgép dinamikai tulajdonságaira, valamint a repülőgép-vezető tevékenységére. A fentiek ismeretében növekedhet a repülés biztonsága. Az elvégzett vizsgálatok igazolják a rendszer alkalmazásának gazdasági, üzemeltetési és kiképzési jelentőségét. Az értekezésemben bemutatott vizsgálati eredmények alapján elmondható, hogy az új adatfeldolgozó rendszer gyakorlatban alkalmazható új diagnosztikai rendszer. A kifejlesztett adatkiértékelő rendszert, amelynek végleges csapatpróbája 2002. nyarán volt, a Magyar Honvédség megrendelte az AVIATRONIC Repüléstechnikai Fejlesztő Kft-től, amely a rendszer alkalmazhatóságára utal.
viii
ABSTRACT
The achieved results can be applied during maintenance of aircraft in the Hungarian Air Force, which result in a decrease of maintenance costs. Aircraft of the Hungarian Air Force are maintained applying the hard-time maintenance strategy. Any change in the flying and handling qualities of the automatic flight control systems (AFCS) leads to the on-ground checking process. The aircraft flying qualities are tested as the maintenance shows during (3-4) test-flights. In my dissertation there are four chapters; – I carry out the demonstration of the postflight evaluation system UFA-Universal Ground Evaluation Equipment and readthrough equipment MAKI-Mobile Data Read-out Equipment of the new type data processing system called TAVASZ 29th, which is indispensable for the operation of the MIG-29 type aircraft. The execution of this system started in 1993 and it was finished in the summer of 2002. It went through several troop tests and some transformations as well. The above mentioned demonstration process is executed by using practical experience of flying and analysis of parameters, and by focusing on the concerned theoretical areas (operation – diagnostic methods; data fixing – fixing procedures; regulation theory – mathematical model; flight dynamics – flight analysis).
Picture 4. Hungarian Disple Fighter, MiG–29
ix
Through the examination of the results and theoretical calculations – received during the experimental operation –, I proved that the new data read-out equipment – tested by me personally – and the pieces of information given by the ground evaluation system, provide the quick evaluation between the take-offs of the aircraft, accurate specification of its technical condition (for its operation), the flying location depending on the flight time (flying event dangerous situations, and basis for catastrophe analysis), and – based on fixed information – it provides the clarification of the various pilot activities. Through experience, both theoretical and by practical and by other up-to-date data collection methods, I was able to accurately verify pilot and aircraft activities.
x
BEVEZETÉS
A repülőtechnika üzemeltetése során a gép üzemeltetési jellemzői változnak. A rendszerek, berendezések megfelelő és biztonságos működéséhez szükséges, hogy az üzemeltetési paraméterek megengedett határok közt maradjanak. Ez kiemelten fontos a kormányszervek működését befolyásoló rendszerek esetén. A repülőgépek üzemeltetőinek feladata a fellépő meghibásodások behatárolása és kijavítása, az üzemeltetési paraméterek szinten tartása, a biztonságos repülési feltételek megteremtése. E feladat megoldásához – a rendszer, berendezés üzemi állapotának minél pontosabb meghatározásához – szükséges az üzemi jellemzők mérése, a mért adatok rögzítése, valamint értékelése. A számítástechnika fejlődésével napjainkban a matematikai diagnosztikai, identifikációs módszerek kidolgozása, a szimulációs eljárások alkalmazása szükséges gyakorlati feladattá vált. Értekezésemben célul tűztem ki a repülőgépek üzemeltetése során alkalmazott diagnosztikai módszerek átültetését az automatikus vezérlő rendszer vizsgálatára. Ezt egy deltaszárnyú, sugárhajtású repülőgép „repülőgép-robotpilóta” matematikai diagnosztikai vizsgálatán keresztül mutatom be. Értekezésemben leírt gyakorlati eredményekre alapozva be kell bizonyítanom, hogy az általam tesztelt új adatrögzítő és kiértékelő rendszer által nyújtott információk segítségével /amelyek az automatikus vezérlő rendszer állapotáról, a kormányszervek működéséről és helyzetéről, valamint a vezérlő rendszerhez jövő jelek, jeladók állapotáról adnak objektív adatokat/ megállapítható a repülőgép műszaki állapota, a vezérlő rendszer esetleges rendellenessége és repülőgép időarányos repülési helyzete, illetve a repülőgép-vezető tevékenysége. A fentiek alapján az alábbi feladatokat kellett megoldanom: 1. Az üzemeltetés és diagnosztikai folyamat rendszerszemléletű elemzését. 2. Az adatrögzítési eljárások vizsgálatát. 3. A vizsgált rendszer matematikai diagnosztikai modelljének felállítását, ellenőrzését. 4. A rendszer vizsgálatát MATLAB programcsomag segítségével. 5. A saját mérési eredmények alapján új repülési állapot analizálási módszer kidolgozását. Témaválasztásomat több ok tette szükségessé: egyrészt a Magyar Honvédség, ezen belül a Légierő átalakítása. Jelenlegi gazdasági helyzete miatt a repülőcsapatok mérnök-műszaki szolgálatainál célul tűzték ki a repülőtechnika intenzív üzemeltetését, azaz a meglévő (had-
xi
rendben tartott) gépek gazdaságosabb kiszolgálását a repülésbiztonság elsődlegessége mellett – a repülési üzemidők maximális kihasználásával, a technikaváltásig 2004-2006. Másrészt a bemutatásra kerülő adatrögzítő és kiértékelő rendszer (maga nemében egyedülálló) olyan lehetőségeket nyújthat a földi kiszolgáló személyzet részére, amely alapján a repülőgép kormányzási-vezérlési és kiegyensúlyozatlansági problémái objektív adatok alapján, gyorsan és pontosan kiküszöbölhetők. Ezzel csökkentve a javítások költségét valamint a javítások utáni berepülések számát, ami elősegítheti a repülésbiztonság javítását. A kifejlesztett új adatrögzítő által szolgáltatott adatok statisztikai elemzése alapján prognosztizálhatók az esetleges meghibásodások, melyek így megelőzhetők. A karbantartások célirányosan végezhetők az adathalmazok elemzése után. A fuzzy-logika alkalmazásával elméletileg megalapozott üzemeltetési feltételek biztosítják a repülések biztonságos előkészítését és végrehajtását. Végezetül de nem utolsó sorban, az új eljárás lehetőséget biztosít a repülőgép-vezetők felkészültségének ellenőrzésére, a repülések végrehajtásának elemzésére, a repülő események kivizsgálása során, pedig elengedhetetlen az ok okozati tényezők meghatározásában.
Fotó 5. Pestvidéki Gépgyár, a MH repülőeszközeinek javítóbázisa
xii
SZAKIRODALMI ÁTTEKINTÉS
Ebben a fejezetben áttekintem az értekezésem elkészítéséhez felhasznált irodalmakat. A részletes hivatkozásokat ott teszem meg, ahol az adott kérdés felmerül. Értekezésemben az üzemeltetés és diagnosztika kérdéseit vizsgálom, a repülőgépeket üzemeltetők szemszögéből [18, 20, 43]. Az üzemeltetés rendszerének vizsgálatához szükséges alapfogalmakat a [35, 43, 54, 61], gyakorlati példát az üzemeltetés, illetve valószínűség elméleti módszerek alkalmazására a [28, 29, 41, 56, 57, 68] irodalmakban találunk. A [69, 71, 73,] művek foglalkoznak a műszaki diagnosztika fogalmával elméleti és gyakorlati irányainak feladataival. A repüléstechnika üzemi jellemző változás vizsgálatának feladatát és módszereit tanulmányoztam [139, 20] és a következőt állapítottam meg: a repülőgépek és fedélzeti rendszereik üzemi jellemzői egyedi tulajdonságok és a ledolgozott üzemidő alapján változnak. A [73] irodalom szerzője meghatározta a fenti vizsgálatok céljait, alapvető feladatait és a felhasználható eljárások, módszerek körét. Áttekintettem a Magyar Honvédségnél folyó diagnosztikai kutatásfejlesztés [28, 54, 139] eredményeit. Napjainkban feladatunk a technikai ellenőrzési módszerek keresése, melyek segítségével a rendszerek műszaki állapota, lehetőleg automatizálható formában jól ellenőrizhető. A kidolgozott ellenőrző berendezés a legbonyolultabb fedélzeti rendszer a SZAU rendszer diagnosztizálására is szolgálhat, de mint írja a szerző, hasonlóan vizsgálható más rendszer is. A [57, 61, 74] szerzője megállapítja, hogy a bonyolult műszaki diagnosztikai problémák, megoldását segíti a modellalkotási módszerek alkalmazása. Az üzemi jellemzők és a diagnosztikai jellemzők közötti kapcsolatok megteremtésének modelljei lehettek megfigyelési és ún. folyamat modellek. A folyamat modellek közé sorolható paramétermodellek jellegzetessége, hogy a rendszer viselkedését leíró összefüggések paramétereinek megváltozása a diagnosztika alapja. Kimondottan csak a repülőgépeken alkalmazott adatrögzítő berendezésekkel és diagnosztikai rendszerekkel kívánok foglalkozni, hisz a számítástechnika fejlődésével jelenleg a tudományágak mindegyike alkalmaz diagnosztikai rendszereket, így például az orvostudományban, közlekedésben, űrkutatásban. A dolgozatommal kapcsolatos (fedélzeti adatrögzítők) irodalom rendkívül nagyszámú [1, 2, 10, 12, 16, 26, 32, 38, 40, 45, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 102, 103, 104]. A hazai és külföldi könyvek, illetve cikkek közül több is foglalkozik az adatrögzítő, illetve diagnosztikai rendszerekkel. Sajnos, ezek inkább a jelenleg üzemeltetett adatrögzítő rendszerek működési leírásával, valamint az újabb fejlesztések irányával ismertetik meg az olvasót. xiii
Ezekből kiderül, hogy az adatrögzítő és diagnosztikai rendszerek általában a repülőszerkezetek általános (kiemelten a hajtómű) technikai állapotát meghatározó paramétereket rögzítik és a rögzített információkat különböző módszerekkel, elemzik. A repülőtechnikán alkalmazott adatrögzítő rendszerekkel többek között a [1, 2, 12, 45, 50], az adatfeldolgozási módszerekkel a [40, 47, 49, 104] irodalmak foglalkoznak. Az adatrögzítő rendszerek előnyeiről, hátrányairól, alkalmazásuk feltételeiről és sajátosságairól a [52, 67, 71, 102, 103, 140] művek szerzői adnak összehasonlítást. A vizsgálat alá vont deltaszárnyú repülőgép automatikus vezérlő rendszerének leírását, felépítését és részegységeinek szerkezetét, működését a [4, 27, 34, 107] irodalomban találjuk meg. Az automatikus vezérlő rendszerek bemutatásával foglalkoznak a [105, 96, 93, 66, 46, 27] művek szerzői. Az automatikus vezérlő rendszerek működésének megértéséhez elengedhetetlen ismerni a repülőgép repülési dinamikáját, ennek részletes bemutatását a [42, 53, 58, 78, 83, 84, 88, 96, 98, 114, 119] művekben találhatjuk. Különféle rendszerek, berendezések matematikai modelljeinek felállítási módszereit írja le a [70, 63, 59, 55, 33] irodalom. Az általam felállított matematikai modellhez olyan jelölést alkalmaztam, ami megkönnyíti az automatikus vezérlő rendszer vizsgálatát. A [7, 60, 61, 63, 70, 81-88, 97, 99,] irodalmak bemutatják a matematikai modellek alkalmazását valós rendszerek számítógépes szimulációjára. Az automatikus vezérlő rendszer teljes matematikai modelljének felírásával és szimulációs alkalmazásával nem foglalkozik irodalom. Helyette, a térbeli repülés szétválasztott (különféle mozgásokra) vizsgálata oldja meg a problémát. A modell felállításához szükséges útmutatást a [70, 99] irodalmakban találunk. A dokumentumok bemutatják a repülőgép térbeli mozgását leíró matematikai modellek felállításának módszereit, illetve ismertetik, hogy milyen formában alkalmazhatók ezek a matematikai modellek a statikus és dinamikus diagnosztikai elemzésekben. Munkám témájához legközelebb a [55, 61, 70, 96] irodalmak állnak. A [98] az automatikus vezérlő rendszer szabályzási köreinek analízisével, ezen belül a különböző csatornák diagnosztikai modelljének felállításával foglalkozik. A szerző bemutatja a modell felállításának jelentőségét, de rámutat a modell kezelhetőségének nehézségeire. Elemzi a nyerhető eredmények felhasználási körét, és a bonyolultabb modellek, nyújtotta lehetőségeket. A fenti irodalmak alapján megállapítottam, hogy egy egyszerűsített modell is képes hasznosítható eredményeket nyújtani, ha figyelembe vesszük az alkalmazhatóságának határait. A modellalkotás legtöbb megfontolást igénylő feladata – írja a szerző – meghatározni az egyszerűsítéseket. Ugyanis, ha ezeket nem használjuk ki maradéktalanul, a modell bonyolultabbá válik a szükségesnél, ha pedig túllépjük a jogos egyszerűsítések határait, a kapott eredmények válnak használhatatlanná.
xiv
A [24] cikk szerzője a gyakorlati megvalósításához szükséges szoftvert mutatja be egy APC-1X digitális robotpilóta segítségével. A fenti diagnosztikai modell elméletileg képes a fellépő rendellenességek 98%-át kimutatni és az esetek 99%-ában a hiba helyét is meghatározni. Ezen kívül képes lenne automatikusan a rendellenességek kiküszöbölésére! Az előzőekben említett cikkek és a [36] irodalom összehasonlításakor láthatjuk, hogy az algoritmusok felállítása hasonló elven alapul, viszont a blokk-diagramok különböznek egymástól, ami adódik a felhasznált robotpilóták különbségeiből. A modell felállításához a [61, 63, 70, 78] cikkek tanulmányozása után felmerül, hogy milyen teljes vagy rész rendszer (és melyik matematikai modell) állandósult vagy átmeneti állapot választása a célszerűbb. A helyes választ végül is az említett művekből tudjuk meg, mindig azt a modellt kell kiválasztani, amely segítségével a vizsgált kérdésre a legpontosabb választ kapjuk, amely a vizsgált jelenségre a legjellemzőbb. A [83, 84, 85, 87, 88, 91, 92, 94, 95, 126-129] művek szerzői rávilágítanak arra, hogy korszerű matematika eljárások alkalmazása elengedhetetlen a szabályzások minőségi vizsgálata során napjainkban. Így a szabályzástechnikai feladatok megoldása során egyre elterjedtebb körben alkalmazzák a MATLAB programcsomagot. Az érték tartó és követő szabályzási rendszerek tervezését és az analízist manapság már csak a MATLAB programcsomag, valamint a Control System Toolbox segítségével hajtják végre. A [91] cikk szerzője példákkal mutatja be, hogyan alkalmazható a MATLAB program csomag az értéktartó szabályzási rendszerek számítógépes tervezésénél. A megbízhatóság, illetve az érzékenység vizsgálatokkal kapott eredmények elemzéséhez elengedhetetlen a matematika, valószínűségelmélet és statisztika ismerete, melyet a [73, 114, 116, 132] munkák tartalmaznak. Identifikációs eljárások elvégzéséhez a [6, 25, 58, 72] munkák nyújtanak segítséget. Rögzített paraméter korrelációs vizsgálatának elvégzéséhez a [62, 104] cikkeket használtam fel. A [133] cikk szerzője bemutatja a robotpilótát vizsgáló modellt. Így megismerkedhetünk egy olyan rendszerrel, ami képes a repülés helyzetét meghatározni, és képes reagálni a meghibásodások mértékének figyelembevételével a rendellenesség kiküszöbölésére. A szerző részletesen elemzi a robotpilóták megbízható üzemeltetésének jelentőségét a repülőgép kormányozhatóságában. A [87, 88, 89, 91] cikkek jelentős segítséget nyújtottak a szabályzási rendszerek stabilitásvizsgálatainál, mint pl. a négyzetes integrálkritériumon alapuló optimális tervező eljárás gyakorlati alkalmazhatóságának megismerésében. A [94] irodalom szerzője által bemutatott módszer nagy segítséget nyújtott a szabályzási eltérések analizálásához. A fenti irodalom áttekintéséből is látszik, hogy értekezésem készítéséhez a különféle más részterületeken alkalmazott matematikai és diagnosztikai modellalkotások és felhasználások tapasztalatait feladatomra alkalmazva, átültetve tudom hasznosítani.
xv
Értekezésem tárgyával kapcsolatban eddig 21 cikkem jelent meg. Az irodalomjegyzékben ezekből a [8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,90,140] sorszámok alatt megtalálhatók.
Fotó 7. 04-es oldalszámú MiG–29 gép NATO jelzése (Fotó: dr. Toperczer István, Kecskemét, 2004. július 23.)
xvi
I. fejezet
AZ ADATGYŰJTŐ RENDSZEREK INFORMÁCIÓJÁNAK ALKALMAZÁSA ÜZEMELTETÉSI ÉS DIAGNOSZTIKAI CÉLOKRA
I. 1. AZ ÜZEMELTETÉS ÉS DIAGNOSZTIKA KAPCSOLATA, JELLEMZÉSE
Az üzemeltetési alapfogalmakkal és az üzemeltetés elmélet más kérdéseivel a [28, 35, 43, 54, 56, 57, 61, 68, 70, 73, 74, 141] irodalmak foglalkoznak. Összefoglalva: az üzemeltetés, az üzemeltetési állapotok egymásutánisága, vagyis egy olyan sztochasztikus folyamat, ami mindazt tartalmazza, ami az üzemeltetés tárgyával az előállítása után történik [74, 75]. Az üzemeltetési állapotok e sorozatát úgynevezett üzemeltetési lánccal tudjuk szemléltetni, mely matematikai szempontból Markov-láncnak tekinthető [141]. Az üzemeltetési lánc egy olyan speciális irányított gráf, ahol a szögpontok mindegyikébe egy és csak egy él fut be, valamint egy, és csak él indul ki belőle, mint ahogyan ezt az I. 1. ábra is szemlélteti. A szögpontok a különböző üzemeltetési állapotot szemléltetik, míg az élek az állapotok közti váltásokat.
I. 1. ábra. Üzemeltetési lánc
Egy teljes eszközpark rendszerszemléletű vizsgálata esetén az összes berendezés, rendszer üzemeltetési láncának ábrázolása nagyon körülményes. Ezért az áttekinthetőbb szemléltetés és elemzés érdekében beevezették az üzemeltetési gráf fogalmát. Az üzemeltetési gráf egy olyan irányított gráf, melynek szögpontjai az üzemeltetési állapotokat, élei, pedig a lehetséges állapotváltozásokat szemléltetik (I. 2. ábra).
1
I. 2. ábra. Üzemeltetési gráf
Az élekhez hozzárendelhetjük az általuk szemléltetett állapotváltozásokat jellemző valószínűségi, vagy más üzemeltetési paramétereket is. Ekkor, matematikai szempontból súlyozott irányított gráfról beszélünk.
I. 2. AZ ÜZEMELTETÉS IRÁNYÍTÁSA
Az üzemeltetés célját általánosabb értelemben, mint az üzemállapot-jellemzők előírt, előre megadott értékek között tartását határozhatjuk meg. Ezt egy tipikus irányítási folyamatban lehet megvalósítani. Ekkor az irányítás tárgya maga az üzemeltetés tárgya, amelyre bementi jelekként az üzemeltetési körülmények és az irányított üzemeltetési folyamat hatnak. A kimeneti jelek a technikai eszköz üzemállapot-jellemzői. I. 2. 1 Üzemeltetési, karbantartási stratégiák Az alkalmazott üzemeltetési stratégiát, illetve annak fejlődését a lehetőségek és a szükségletek határozzák meg. A leglényegesebb feltétel a kor műszaki-technikai szintje. A másik fontos feltétel a haditechnikai eszköz konstrukciós sajátossága. Ez azt jelenti, hogy az üzemeltetés tárgyát az elképzelt módszer követelményeinek megfelelően kell tervezni, illetve ha már meg lévő eszközhöz akarunk új módszert kidolgozni és alkalmazni, figyelembe kell venni a rendelkezésre álló technikai információforrásokat. Fontos feltételnek tartom az állomány, főleg a vezetők, irányítók felkészültségét, igényszintjét, a géppark nagyságát és az érvényben lévő nemzeti, illetve nemzetközi előírásokat. Igen jelentős feltétel az adott szervezeti keret korszerűsége és főleg annak rugalmassága, melyben az üzemeltetés történik. A technikai eszköz üzemeltetési folyamata zárt és nyitott irányítású lehet. Az üzemeltetési folyamatot valamilyen üzemeltetési módszer szerint valósítják meg. Az alkalmazott üzemeltetési módszert, illetve a módszerek fejlődését a lehetőségek és a szükségletek határozzák meg. A leglényegesebb feltétel a kor műszaki-technikai szintje. Erre talán a leg-
2
jobb példák a később ismertetendő diagnosztikai módszerek, melyek előtérbe kerülését a számítástechnika fejlődése és a mérnöki gyakorlatban való elterjedése tette lehetővé. A másik ilyen lehetőség az üzemeltetés tárgyának konstrukciós sajátosságai. Ez azt jelenti, hogy a repülőgépet az elképzelt módszer követelményeinek megfelelően kell tervezni, illetve ha már meg lévő repülőgéphez akarunk új módszert alkalmazni, figyelembe kell vennünk a rendelkezésre álló információforrásokat. Az üzemeltetési folyamat az üzemeltetési módszereken keresztül realizálódik, ezen üzemeltetési módszerek a következők: • • • •
meghibásodásig történő üzemeltetés; kötött üzemidő szerinti üzemeltetés; megbízhatósági szint szerinti üzemeltetés; jellemző paraméter folyamatos, szakaszos mérés szerinti üzemeltetés.
Ezek után nézzük át röviden az üzemeltetési stratégiákat, azok úgynevezett beállt üzemű (stacioner) típus-gráfjaival. I. 2. 2 Meghibásodásig történő üzemeltetés Ez a legrégebbi és legegyszerűbb üzemetetési stratégia, melynek lényege, hogy az üzemeltetés tárgyát annak meghibásodásáig üzemeltetjük (I. 3. ábra).
1 – használat; 2 – meghibásodás; 3 – javítás; 4 – várakozás.
I. 3. ábra. Meghibásodásig történő üzemeltetés típus-gráfja
Meghibásodás esetén vagy cseréljük (nem javítható berendezés esetén) vagy javítjuk az üzemeltetés tárgyát. Általában ezt a stratégiát alkalmazzuk olyan eszközöknél, melyek meghibásodása következménymentes.
3
I. 2. 3 Kötött üzemidő szerinti üzemeltetés Ezt a stratégiát más néven kemény idő szerinti üzemeltetésnek vagy tervszerű megelőző karbantartásnak (TMK) is nevezik. Lényege, hogy az üzemeltetés tárgyát meghatározott teljesítmény után (üzem-, illetve naptári időnként vagy más teljesítmény jellemző alapján) ciklikusan ellenőrzésnek és karbantartásnak vetik alá. Az ellenőrzések közötti időt úgy kell meghatározni, hogy a műszaki állapotra jellemző paraméter értéke megfelelő valószínűséggel ne tudjon a megengedett, illetve a meghibásodást jelentő értékek közti különbséggel változni. Itt már felfedezhető némi kölcsönhatás az információ és az egyszerű visszacsatolás között (I. 4. ábra). Ez az ötvenes, hatvanas évek repülőiparának jellemző stratégiája.
1
2
1 – használat; 2 – meghibásodás; 3 – karbantartás, javítás v. csere; 4 – várakozás.
4
3 I. 4. ábra. Kötött üzemidő szerinti üzemeltetés típus-gráfja
I. 2. 4 Megbízhatósági szint szerinti üzemeltetés Konkrét üzemeltetési tárgyra és üzemeltetési rendszerre kidolgozást igénylő és érvényes stratégia. Lényege, ha a meghibásodások száma eléri a beüzemelési időszak után a szabályozás felső határát (adott gépparkra és időszakra meghatározott maximálisan megengedhető meghibásodások számát), külön ellenőrzésre vagy kötött idő szerinti üzemeltetésre kell áttérni. Ellenkező esetben a technikai eszközön ellenőrzést, karbantartást nem kell végrehajtani. Ezt a feltételességet szemlélteti a típus-gráf szaggatott irányított éle. Ennél a stratégiánál természetesen a műszaki vezetőknek folyamatosan figyelemmel kell kísérnie nemcsak a technikai eszközpark állapotát, de magát a pillanatnyi üzemeltetési stratégiát is. Ez megnöveli az irányítók munkáját és felelősségét, de egyben közelebb is kerülnek az üzemeltetési folyamathoz (I. 5. ábra).
4
1
2
1 – használat; 2 – meghibásodás; 3 – karbantartás, javítás v. csere; 4 – várakozás.
3
I. 5. ábra. Megbízhatósági szint szerinti üzemeltetés típus-gráfja
I. 2. 5 Jellemző paraméter szerinti üzemeltetés Ebben az esetben az üzemeltetés tárgyának állapotát jellemző a paraméter vagy paraméterek mérésével és a mért adatok kiértékelésével határozzuk meg. A paraméterek ellenőrzése lehet folyamatos (I. 6a. ábra), vagy időszakos (I. 6b. ábra). Szakaszos paraméter ellenőrzés esetén természetesen felléphet a használat közbeni meghibásodás is. Mind folyamatos mind szakaszos ellenőrzés esetén a mért adatok feldolgozása, azaz az üzemeltetés tárgya műszaki állapotának meghatározása, a vizsgált (üzemeltetett) rendszer matematikai diagnosztikai modelljének ismeretét igényli. Folyamatos ellenőrzés esetén az ellenőrzési állapot kimarad a gráfból, mivel azt a használat ideje alatt folyamatosan hajtják végre.
a
1 – használat; 2 – meghibásodás; 3 – karbantartás, javítás, vagy csere; 4 – várakozás; 5 – diagnosztika.
b
I. 6. ábra. Jellemző paraméter szerinti üzemeltetés típus-gráfjai
5
A műszaki diagnosztika a vizsgált technikai rendszer, berendezés vagy elem állapotának meghatározásával, illetve az állapot változásának elemzésével foglalkozó tudomány. A fenti esetben az üzemeltetés tárgyának állapotát jellemző paraméterének, vagy paramétereinek mérésével és a mért adatok kiértékelésével határozzuk meg. A paraméterek ellenőrzése lehetséges folyamatosan vagy szakaszosan. Folyamatos ellenőrzés esetén az ellenőrzési állapot kimarad a gráfból, mivel azt a hasznosítás ideje alatt hajtják végre. Ekkor fedélzeti adatrögzítő végzi a mért paraméterek rögzítését. A földi előkészítés során a kinyert adatokat dolgozzák fel. Természetesen, ha valamely paraméter veszélyes értéket ér el, ezt jelzik a gépszemélyzetnek. Szakaszos paraméter ellenőrzés esetén az ellenőrzés maga a diagnosztika lesz, és természetesen itt fellép a meghibásodás is. A technikai rendszerek műszaki állapotának, azaz tulajdonságainak sztochasztikus változása egy sor, komoly elméleti megfontolásokat igénylő gyakorlati problémát vet fel. A felvetődő problémák megoldása lényegében közvetlen (az alkalmazás során), illetve közvetett (műszaki kiszolgálás, üzemfenntartás) irányítási feladatok megoldásához vezet. Mindkét esetben az eszköz üzemeltetése csak sztochasztikus alapokon oldható meg. Az üzemi jellemzők eltérései, pedig a rendszer üzemi (működési, dinamikai vagy teljesítmény) jellemzőinek az eltérése az előírt értékektől. Az egyes jellemzők eltérései automatikusan generálják a további jellemzők eltéréseit. Például egy repülőgép geometriai jellemzőinek a változása maga után vonja az aerodinamikai, valamint azon keresztül a repülésmechanikai és technikai jellemzők megváltozását. Ezek az eltérések értelemszerűen a rendszer előállításának befejezésétől kezdve léteznek, és az üzemeltetés során először gyorsan (szerkezeti adaptáció), majd lassabban, de mindig sztochasztikusan változnak. Az új rendszer információjának alapján az automatikus vezérlő rendszer üzemeltetése a fenti módszer szerint valósítható meg. A folyamatos vagy szakaszos ellenőrzéssel nyert adatok feldolgozása, azaz az üzemeltetés tárgya műszaki állapotának meghatározása a vizsgált rendszer diagnosztikai modelljének ismeretét igényli. Állapot szerinti üzemeltetésnek nevezzük azt, amikor minden fontosabb alkatrész üzemeltetése valamely adott módszer szerint valósul meg. Meghibásodásig történő üzemeltetése esetén a repülőgép üzemeltetőjének csak egy információra volt szüksége, mégpedig, hogy az üzemeltetés tárgya üzemképes-e vagy sem. Ezt az információt a repülőgép személyzet kikérdezésével meg is kaphatta. Ha valamely berendezés meghibásodott, annak kicserélésével vagy megjavításával a repülőgép üzemképes állapotba lett hozva. Mint már korábban említettem, ez az eljárás nem alkalmazható a repülés biztonságát befolyásoló rendszerek esetén.
6
Megbízhatósági szint szerinti üzemeltetés esetén az előbbiekhez képest még fontosabb az egységes információgyűjtés és feldolgozás. Ez a módszer konkrét technikára és üzemeltetési körülményeire érvényes. A kifejlesztett adatrögzítő adatainak felhasználásával célul tűzték ki a fenti üzemeltetési mód elérését, egy új diagnosztikai módszer kialakítását. Jellemző paraméter szerinti üzemeltetés alkalmazásához egyértelműen szükséges a rendszer valamely modelljének ismerete. A vizsgált rendszerben lejátszódó fizikai folyamatokat pontosan kell ismernünk, hogy a rendelkezésünkre álló adathalmazból minél pontosabban meg tudjuk határozni a rendszer műszaki állapotát, sőt valamilyen módon prognosztizálni a műszaki állapot változásának irányát és sebességét. Ezek ismeretében kell meghatároznunk az üzemeltetés tárgyán végrehajtandó műszaki munkát. A fentiekből jól látható, hogy az üzemeltetési módszerek fejlődésével együtt nőtt az üzemeltetéshez szükséges információ nagysága. Minél fejlettebb üzemeltetési módszert alkalmazunk, annál pontosabban kell tudnunk meghatározni az üzemeltetés tárgyának műszaki állapotát, azaz annál fejlettebb hibabehatárolási, diagnosztikai módszert kell alkalmaznunk. A repülőgép üzemeltetőinek feladata [61, 57] az üzemi jellemzők meghatározott szinten tartása, azaz a megfelelő műszaki állapot biztosítása, illetve az üzemeltetés közben fellépő meghibásodások behatárolása, kijavítása. E feladat megoldásához szükséges a műszaki állapot üzemeltetés közbeni ellenőrzése, a feltehető változások irányának és nagyságának előrejelzése. A műszaki állapot ellenőrzése alatt a vizsgált rendszer vagy berendezés pillanatnyi műszaki állapotának meghatározását értjük. Általános esetben az üzemeltetés tárgyának műszaki állapot ellenőrzése, a munkaképesség vizsgálatával, az üzemzavarok, meghibásodások lokalizálásával és előrejelzésével kapcsolatos feladatok megoldásainak összessége. Az ellenőrzés elemei általában a következők, a rendszer vagy berendezés ellenőrző paramétereinek mérése, a kapott adatok elemzése a pillanatnyi állapot, vagy az üzemzavar felismerése, illetve a meghibásodás helyének meghatározott részletességgel való megállapítása céljából az ellenőrzés folyamatának irányítása.
I. 3. A MŰSZAKI DIAGNOSZTIKA MÓDSZEREI AZ ÜZEMELTETÉSBEN
A bonyolult és nagy értékű technikai rendszerekkel szemben megnyilvánuló fokozott biztonsági, hibamentességi és tartóssági követelmények eredményeként, az utóbbi időben előtérbe kerültek a műszaki állapot és a megbízhatóság ellenőrzésével kapcsolatos problémák. A szakszerű és megfelelő időpontban végzett felülvizsgálat ma már a gyártás, az üzemeltetés, a karbantartás (javítás) és a tárolás integrált részét képezi. A rendelkezésre álló paraméterek a műszaki állapot vagy a meghibásodás helyének meghatározása céljából
7
való elemzése, illetve az elemzés módszereinek kutatása a „műszaki diagnosztika” tárgya [137, 139]. A diagnosztikai görög-latin szó is mutatja hogy ez a tudomány meglehetősen régi. Az elnevezés a „diagnozisz” szóból származik, amely felismerést, meghatározást jelent. A műszaki diagnosztika technikában a műszaki természetű objektum állapotának meghatározását jelenti. Műszaki diagnosztikának nevezzük: a technikai rendszerek állapotának meghatározásával és a hiba helyének pontos behatárolásával foglalkozó, alig három évtizedes múltra visszatekintő tudományágat. Olyan ismeretágról van szó, amely magában foglalja a diagnosztikai folyamat elméletét, szervezési módszereit és a diagnosztikai eszközök felépítésének alapelveit. A diagnosztikai folyamat eredményeként megkapjuk a diagnózist, vagyis a rendszer állapotát leíró kijelentést. Diagnosztizáláskor a diagnosztikai rendszer állapotát jellemző fizikai, kémiai vagy más mennyiségekkel operálunk. A diagnosztikai rendszer kialakításánál fontos szerepet játszik az ellenőrzés alapjául szolgáló paraméterek optimális számának meghatározása. Felesleges paraméterek szükségtelenül növelik a diagnosztikai folyamat és a diagnosztikai eszközök bonyolultságát. Ugyanakkor azonban kívánatos, hogy a paraméterek száma elegendő legyen a rendszer műszaki állapotának tökéletes jellemzésére. A rendszer működésének és állapotának ellenőrzéséhez szükséges optimális paraméterkészlet meghatározásánál sokkal kedvezőbb, ha a valóságos rendszert matematikai modellel helyettesítjük és a vizsgálatot ennek alapján végezzük. Mindennemű állapotváltozás a paraméterek, megváltozását vonja maga után. A szerkezeti paraméterek megváltozásának külső jeleit tüneteknek (symptómáknak) nevezzük. Minden rendellenesség jól meghatározott tünetben vagy tünetkombinációban nyilvánul meg. A tünet együttes syndrómának nevezzük. A diagnosztikai paraméterek kiválasztásának a tünetek, és a hibák között fennálló relációk logikai elemzésén kell alapulnia. Emellett törekedni kell a tünet és a hibahalmaz egyenértékűségére, hogy valamennyi hibát meghatározhassuk valamilyen tünet segítségével. Bizonyos esetekben tünettöbbletet kell biztosítani a diagnózis biztosságának növelése érdekében. A diagnosztikai folyamat egymást követő műveleteinek összessége alkotja a hibakeresés algoritmusát. A következőkben a műszaki diagnosztika alapjaival, a rendszerek matematikai modelljeivel és ezek elemzésével foglalkozom. Elsősorban elméleti kérdéseket tárgyalok. Ezek megértéséhez különleges matematikai ismeretekre nincsen szükség. A gyakorlati alkalmazást néhány kidolgozott példán keresztül mutatom be.
8
A mérnöki ismeretek matematizálódása korunkban elkerülhetetlen, szükségszerű folyamat, ami nyilvánvalóan a rohamos technikai fejlődés következménye, de egyben előfeltétele is. Fokozott figyelmet fordítok a fejezetben a műszaki diagnosztika logikai vonatkozásaira. A fejezet ilyen értelmű tartalmát a következő tényezők befolyásolják: • • • •
a diagnosztikai algoritmus megalkotása és megoldásának módszere lényegében logikai jellegű feladat; a folyamatos rendszerek diagnosztizálásának logikai módszerei (egyszerűségük miatt) a gyakorlatban nagy közkedveltségnek örvendeznek; a diszkrét rendszerek a rendszerek nagy osztályát képezik, vizsgálatukhoz a logikai szemléletmód alkalmazása célszerűnek látszik; a diagnosztika műszaki eszközeinek nagyobb része a diszkrét működésű készülékek csoportjába tartozik.
A hibafelismerés általános módszereinek és a diagnosztika matematikai elméletének tanulmányozása lehetővé teszi a konkrét diagnosztikai eljárás és a megfelelő megoldási algoritmus kiválasztását. A műszaki diagnosztika az ellenőrzés folyamatában elfoglalt helyét és a többi elemmel való kapcsolatát az I.7. ábra szemlélteti. Az ábra alapján az automatikus vezérlő rendszer diagnosztikai vizsgálatát is elvégezhetjük az új adatrögzítő segítségével, hisz az üzemeltetés objektuma a repülőgép-robotpilóta, a paramétereket az új rendszer rögzíti, az állapot meghatározását a földi kiértékelő software végzi. A rögzített információk alapján alkalmazva az új diagnosztikai módszert, megkapjuk az ellenőrzés eredményét, vagyis a repülőgép műszaki állapotát.
Bemenő jellemzők
Ellenőrző paraméterek Üzemeltetés objektuma
Műszaki állapot Műszaki diagnosztika
mérése
meghatározása
Az ellenőrzés folyamatának irányítása
A műszaki állapot ellenőrzése Az ellenőrzés /diagnosztika/ eredménye
1.7. ábra. A műszaki állapot ellenőrzésének elvi rajza 9
Műszaki diagnosztika alkalmazása [67, 68, 69, 70, 73] esetén a részletesség fokát, amely megmutatja, hogy a vizsgált rendszer mennyire összetett egységét tudjuk megállapítani a hiba helyének, a hibakeresés mélységének nevezzük. A rendszerellenőrzés végrehajtása szempontjából két diagnosztikai eljárást különböztetünk meg. [73, 70, 69]: teszt- illetve funkcionális módszert. A tesztrendszer lényege, hogy az ellenőrző berendezés speciális gerjesztő (stimuláló) jeleket ad a vizsgált berendezésnek, és az ezekre kapott válaszjelek alapján határozzák meg az üzemeltetés tárgyának műszaki állapotát, vagy a meghibásodás helyét. A módszer blokksémáját az I. 8. ábrán mutatom be.
Vizsgáló jelek
Üzemeltetés tárgya (Pl. Automatikus vezérlőVálasz jelek rendszer) (Rendszer reakciója)
Diagnosztikai berendezés (Ellenörző javító berendezés,földi) A diagnosztikai eljárás eredménye (Repülőeszköz műszaki állapota) Diagnosztikai eljárás eredménye (Repülőeszköz műszaki állapota)
Válasz jelek (Rendszer reakciója)
1.8. ábra. Diagnosztikai módszerek elvi felépítése
A funkcionális vagy más néven működés közbeni diagnosztikai módszer esetén az ellenőrző berendezés a vizsgált rendszer működés közben kapott, illetve az ezekre adott kimenő jelek, jellemzők vizsgálata alapján határozza meg a rendszer műszaki állapotát [90, 31]. A módszer elvi rajzát az I. 9. ábra szemlélteti. Dinamikus diagnosztikai módszerről beszélünk, ha az ellenőrző paraméterek időbeni változását vesszük figyelembe, és az alapján határozzuk meg a rendszer üzemképességét [53, 67]. Statikus diagnosztikai módszer esetén a rendszer statikus karakterisztikáit vizsgáljuk. Ekkor elemezzük az állandósult vagy más néven stacioner üzemmódoknál kialakult kimenő jellemzőket [33]. Prognosztizálásnak hívják azt, ha a diagnosztika eredményei alapján meghatározzuk a vizsgált rendszer, a következő időszakban létrejövő műszaki állapot változásának irányát és nagyságát, előre jelezzük a nem véletlenszerű meghibásodásokat.
10
ÜZEMI ”BEMENŐ” JELEK, REPÜLÉSI PARAMÉTEREK
Üzemeltetés tárgya (Repülőgép fedélzeti rendszerei)
Diagnosztikai berendezés (Fedélzeti adatrögzítő)
Diagnosztika eredménye (Földi kiértékelő rendszer)
ÜZEMI KIMENŐ JELEK
REPÜLŐGÉP (FEDÉLZETI RENDSZEREK) MŰSZAKI ÁLLAPOTA
1. 9. ábra. Műszaki állapot diagnosztizálás elvi felépítése A diagnosztikával és a prognosztikával kapcsolatos mérnöki feladatoknak két fő iránya van: elméleti és gyakorlati [73, 70]. A két irány egymáshoz elválaszthatatlanul kapcsolódik. A gyakorlati irányhoz tartozó feladatokat az elméleti irány eredményeinek felhasználásával tudjuk végrehajtani. Az elméleti munkák helyességét a gyakorlat tudja igazolni, illetve a gyakorlati diagnosztika veti fel az újabb elméleti kérdéseket.
Az elméleti irányhoz kapcsolódó fő feladat [73] olyan módszerek kidolgozása, melyek alkalmasak: •
•
a vizsgált rendszer logikai modelljének felállítására. Az ilyen modellek azon lényeges logikai kapcsolatokat ábrázolják, melyek a vizsgálathoz felvett állapotok és a rendszer jellemzői közt találhatók; a diagnosztikai objektum matematikai modelljének létrehozása. A matematikai modell a műszaki állapotok és azok jellemzői közti fizikai kapcsolatok matematikai formai leírását biztosítják.
A gyakorlati irányhoz [71] a következő fontosabb feladatok tartoznak: • •
az ellenőrző objektum vizsgálata normál üzemmódok esetén; a diagnosztikai algoritmusok meghatározása; 11
• • • •
a vizsgált rendszer logikai és matematikai modelljének felállítása; a vizsgálat alá vont be-, illetve kimenő jellemzők kiválasztása és optimalizálása; a kiválasztott jellemzők mérésének megvalósítása, analízise, illetve optimalizálása; statisztikus adatok üzemeltetés közbeni gyűjtése és elemzése a diagnosztikai módszer hatásosságáról és költségeiről.
Értekezésemben egy, a matematikai diagnosztikai modellre épülő, funkcionális, statikus módszerének kidolgozását és alkalmazását mutatom be egy deltaszárnyú sugárhajtású vadászrepülőgép automatikus vezérlő rendszerén.
I. 4. DIAGNOSZTIKA ELMÉLETI ALAPJAI
I.4.1. Diagnosztikai alapfogalmak A rendszerelmélettel kapcsolatos fogalmakat és megállapításokat a Yadach, alapfogalmak (folyamat, elem, rendszer) nevezzük. A folyamat fogalma alatt időben lejátszódó minőségi vagy mennyiségi változást értünk, amely folytonos vagy diszkrét lehet. Dialektikai értelemben a változást itt általánosan kell értelmeznünk. Dialektikai értelemben a változás, mozgásnak felel meg. Így például mozgást jelent a rendszer helyzeti koordinátáinak a megváltozása, a rendszer állapotában beálló változás. A rendszer elemének nevezzük azt a szerkezeti részegységet, amelynek körülírása elegendőnek bizonyul az adott vezérlési feladat számára. Nem igényli a belső változók vagy függőségek számbavételét, hanem csak azokkal a külső paraméterekkel van meghatározva, amelyek összekapcsolják a bemenő és kimenő változókat. A vizsgálandó diagnosztika rendszer elemeit el kell határolnunk az adott feladat, vagy elemzés számára és csak azokat az elemeket kell figyelembe venni, amelyek között fennálló kapcsolatok lényegesek a rendszer egészére vonatkozóan. Ezzel a behatárolással a vizsgált rendszer mintegy kiválik a külső környezetéből. Így felismerhetők a környező közeg határai a rendszerre (bemenő mennyiségek) és a rendszer határai a környező közegre (kimenő mennyiségek). A kettő közötti kapcsolatot az alábbi I. 10. ábra szemlélteti.
12
KÖRNYEZŐ KÖZEG
BEMENŐ MENNYISÉG
RENDSZER
KIMENŐ MENNYISÉG
I. 10. ábra Az elmondottak alapján rendszernek nevezzük az elemek rendezett (irányított) relációinak halmazát. A rendszer elmélettel kapcsolatos folyamatokat és megállapításokat Zadeh–Polak, Rendszerelmélet című könyvében találhatjuk [138]. A rendszer hatása meghatározza mindazokat a bemenő és kimenő határokat, amelyek jellemzik a rendszer kölcsönhatását a környező közeggel. Az ilyen kölcsönös kapcsolatok számától függően beszélhetünk zárt (autonóm) és nyílt rendszerekről. A rendszer szerkezetét az I. 11. ábra szemlélteti. Xi1 Xi2
Ximi
Yi1 Yi2
Ei elem
Yiri
I.11. ábra
Az mi szám bemenő és a γ i szám kimenő jeleket oszloponként a következőképpen írhatjuk le:
⎡ X i1 ⎤ ⎢X ⎥ i2 ⎥ Xi = ⎢ , ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎣⎢ X imi ⎦⎥
13
⎡ Yi1 ⎤ ⎢Y ⎥ i2 Yi = ⎢ ⎥ , ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎣⎢Yiri ⎦⎥
(1)
Az Ei és β jelelemek közötti relációról akkor beszélünk, ha az Ei elemnek legalább az egyik Yiγ kimenő jele kapcsolatban van az Ej elem X ..µ elem bemenő jelével. Az egyes elemek között fennálló kapcsolatokat matematikailag a következőképpen írhatjuk fel: i =
n
X i = ∑ K ij y j j =1
;
ahol
1 1 n
(2)
Az (2) jelölés alatt azt értjük, hogy az i egyesével változik 1-től n-ig.
⎡ X 11 ⎤ ⎡ Y21 ⎤ ⎢X ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ 12 ⎥ = ⎡ K ⎤ × ⎢ Y22 ⎥ ⎢ ⎥ ⎣ ij ⎦ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎣⎢ X 1m1 ⎦⎥ ⎣⎢Y2 r2 ⎦⎥
A (2) szerint X1= K12Y2. Az elemek közötti kapcsolatot szemlélteti a következő I. 12. ábra.
K31 X1
E1
K11
K12
Y1
K21
X2
E2
Y2
K32
K22
X3
E3
K33
K23
K13
I. 12. ábra Kij kapcsolati Mátrix A diagnosztikai rendszer két eleme közötti kapcsolatot kifejező mátrixot (Kij mátrix) a következőképpen írjuk fel. A mátrix felett, jobbra haladva, sorban felírjuk az Eij elem
Yiγ kimenő jeleit, majd jobb oldalt a mátrix mellett, felülről lefelé haladva feltüntetjük az E j elem x jµ bemenő jeleit. Ha az Yiγ és xiγ jelek a gráf azonos szélén szerepelnek, akkor a mátrix megfelelő helyére 1-est, ellenkező esetben 0-át írunk.
14
Írjuk fel, például az E1 és E 2 elemekre vonatkozó K12 kapcsolati mátrixot
Y11 Y12 Y13 ⎡1 ⎢0 K12 = ⎢ ⎢0 ⎢ ⎣0
0 1 0 0
0⎤ 0 ⎥⎥ 0⎥ ⎥ 0⎦
X 21 X 22 X 23 X 24
(3)
A Kij kapcsolati mátrix sorainak száma egyenlő az Ej elem bemenő jelének számával. Ha az Ej és Ei elemek között nincsen kapcsolat akkor Kij = 0. K szerkezeti mátrix A diagnosztikai rendszer N eleme között fennálló kapcsolatokat a „K” szerkezeti mátrix fejezi ki, amely a K ij kapcsolati mátrixtól vezethető le.
Y1T ⎡ K11 ⎢K K = ⎢ 21 ⎢ ⎢ ⎣ K N1
Y2T
…
K12
…
K 22 KN 2
YNT
K1N ⎤ K 2 N ⎥⎥ ⎥ ⎥ … K NN ⎦
X1 X2 XN
(4)
Az YiT szimbólum transzponált oszlopvektort (mátrixot), vagyis sorvektort jelent. Azt a mátrixot, amely a (4) megfelelően épül fel, a rendszer szerkezeti mátrixának nevezzük. A K szerkezeti mátrix szolgál azon kapcsolatok szimbolikus felírásaként, amelyek léteznek e rendszer valamennyi elemének bemenő és kimenő jelei között. A mátrix megfelelő helyein 1 vagy 0 áll attól függően, hogy létezik-e kapcsolat vagy nem. A fentiek szemléletesen mutatják hogy mit értünk diagnosztikai rendszer szerkezete alatt. A rendszer szerkezete ennek megfelelően nem más, mint a rendszer elemei közötti kapcsolatok halmaza.
15
I.4.2. A diagnosztikai rendszer állapota A diagnosztikai rendszer állapotát leíró Q (t ) állapotvektort a következőképen írhatjuk fel: Q ( t ) = {q1 ( t ) , q2 ( t ) ,… , q N ( t )}
A qi (t) komponensek számát úgy kell megválasztani, hogy az Y (t ) kimeneti vektor egyér-
telműen meghatározható legyen, ha ismerjük az X (τ ) bemeneti vektor adott értékét (τ Є [0,t]), valamint a qi (t) komponensek tetszőleges t = 0 időponthoz tartozó értékét. Állapotváltozó lehet bármely fizikai mennyiség. Így például mechanikai rendszereknél állapotváltozó, lehet az elmozdulás (α, υ, ψ, γ), a sebesség, a hőmérséklet, a gyorsulás. Az N számú állapotváltozóból álló Q (t ) állapotvektor N-dimenziós térben ábrázolható (I.13. ábra). A rendszer állapotterének nevezzük az N-dimenziós teret akkor, ha koordinátái a qi(t) állapotváltozók. Ezért az állapotváltozókat gyakran nevezik állapotkoordinátáknak is.
állapotvektor állapotok pályagörbéje
I. 13. ábra
Rögzített t = ta időpont esetén a Q (ta ) állapotvektor végpontja az állapot-térben egy pontot határoz meg, amely egyértelműen megadja magát a vektort és a változó t Є[ta, tb] időre vonatkozóan a pontok egymásutánjának megfelelő pályagörbét (trajektóriát) a [ta, tb] időintervallumban. Ezt a pályagörbét nevezzük állapot-trajektóriának. Ebből adódik a következő értelmezés.
16
A diagnosztikai rendszer állapotainak [ta, tb] időintervallumra vonatkozó pályagörbéje (trajektóriája) megadja a Q (t ) állapotvektor (t) időponthoz tartozó végpontjának geometriai helyét az N-dimenziós térben, ahol t Є [ta, tb].
A diagnosztikai rendszerek három nagy csoportba sorolhatók. 1. Folytonos rendszerek Az állapotvektor (paraméterek) folytonos változása ezeknél a rendszereknél csak korlátozottan igaz és az állapottér meghatározott (behatárolt vagy szabad) részére vonatkozik. Így például adott melegítő berendezésben a víz hőmérséklete 0 és 100 0C között változhat. Mozgó rendszereknél, a felszerelt motor korlátozott teljesítménye miatt korlátozott a rendszer sebessége és gyorsulása is, s ezek, mint paraméterek, az állapottérben csak bizonyos határokon belül változhatnak folytonosan. A behatárolt területen belül az állapotvektor az értékek végtelen halmazát veheti fel. A folytonos rendszerek paramétereinek mérésénél gyakran van szükség arra, hogy az értékeket kantáljuk, vagyis a folytonos változást diszkrét-változásként kezeljük. Ezt rendszerint a mérőeszközök, kialakítása indokolja. A folytonos rendszereket ezért a diszkrét rendszerek olyan határesetként lehet kezelni, amelyeknél a diszkrét állapotok halmaza a kontinuum felé tart. 2. Diszkrét rendszerek A diszkrét rendszerek állapotvektora csak meghatározott diszkrét értékeket vehet fel. Azokat a rendszereket, amelyeknek állapota csak ugrásszerűen (diszkréten) változhat, diszkrét rendszereknek nevezzük. Az állapottérben a diszkrét rendszerek lehetséges állapotai diszkrét pontokként ábrázolhatók. Az állapotok „pályagörbéjét” ezeknél a diszkrét pontok egymásutánja jelenti az állapotok terében. 3. Hibrid rendszerek Ide soroljuk azokat a rendszereket, amelyeknél az állapotvektor folytonos és diszkrét változású paraméterekből áll (folytonos és diszkrét állapotváltozók). A fentiekben ismertetett rendszerek felosztása lehetőséget nyújt arra, hogy a műszaki diagnosztika feladatának megfelelően válasszuk meg a rendszerek általános, lényeges tulajdonságait (paramétereit).
17
I.4.3. Műszaki genetika, diagnosztika, prognosztika kapcsolata A műszaki diagnosztika fogalomkörébe tartozó terület pontosabb megismerése céljából, vizsgáljunk meg háromfajta feladatot a műszaki rendszerek állapotának meghatározásával kapcsolatban. 1. Az első típushoz tartoznak azok az állapot-meghatározási feladatok, amelyek a rendszer jelenlegi állapotára vonatkoznak. Ezek a diagnózis feladatai. 2. A második típushoz tartoznak azok az állapot-meghatározási feladatok, amelyek a rendszer jövőbeli állapotára vonatkoznak. Itt tehát az állapot előrejelzéséről van szó. Mindezek a prognózis feladatkörébe tartoznak („prognozisz” görög szóból – előrelátás, megjósolás). 3. A harmadik típushoz tartozó állapot-meghatározási feladatok közé soroljuk azokat, amelyek a rendszer múltbeli állapotára vonatkoznak. Élve az analógiával, azt mondhatjuk, hogy ez a genezis feladata („genezisz” görög szóból - származás, eredet, keletkezés, létrejövés folyamata). Az első típushoz tartozó feladatokat formálisan a műszaki diagnosztikához, a másodikhoz tartozókat, pedig a műszaki prognosztikához (vagy ahogy mondani szokás: műszaki prognosztizáláshoz) soroljuk. Így azt az ismeretágat, amely a harmadik típushoz tartozó feladatok megoldásával foglalkozik, célszerűen műszaki genetikának nevezzük. Műszaki genetikával találjuk magunkat szemben, például minden olyan esetben, amikor rendellenes működés, katasztrófa és azok okait vizsgáljuk. Ilyenkor a rendszer jelenlegi állapota különbözik múltbeli állapotától, amelyben az elsődleges okok létrejöttek és előidézték az eseményt. Az ilyen jellegű feladatok megoldhatók annak a tényleges vagy valószínű kortörténetnek a meghatározásával, amely a rendszer jelenlegi állapotának kialakulásához vezetett. A műszaki prognosztika feladatai közé tartoznak mindazok a problémák, amelyek a rendszer tényleges működésének meghatározásával, vagy a megelőző jellegű felülvizsgálatok és javítások periódusidőinek előírásával kapcsolatosak. E feladatokat a rendszer jövőbeli tényleges vagy valószínű állapota alapján oldjuk meg. A műszaki genetika, a műszaki diagnosztika és a műszaki prognosztika közti kapcsolatot a I. 14. ábra szemlélteti. Megjegyezem, hogy az elválasztó egyenesek mentén átfedések lehetségesek. Azt látjuk tehát, hogy a rendszer jelenlegi állapotának ismerete nélkülözhetetlen mind a genezis, mind a prognózis számára. Ezért a műszaki diagnosztika jelenti a műszaki genetika és a műszaki prognosztika alapját. Nyilvánvaló, hogy az utóbbiak az előbbivel szoros kapcsolatban fejlődnek.
18
MŰSZAKI GENETIKA
MŰSZAKI DIAGNOSZTIKA
MŰSZAKI PROGNOSZTIKA
I. 14. számú ábra
A műszaki diagnosztikával szembeni fokozott érdeklődés az utóbbi években azzal magyarázható, hogy az olykor rendkívül bonyolult rendszerek üzembe helyezésével együtt megnőttek a megbízhatósággal szembeni követelmények is. Ilyen körülmények között az intuitív módszerek és kézi eljárások nem bizonyulnak eléggé hatékonynak, sőt olykor teljességgel használhatatlanok a bonyolult rendszerek állapotának meghatározásához.
Minden rendszer életében megkülönböztethető a következő három szakasz: 1. gyártási szakasz (amikor is a rendszert megtervezzük és legyártjuk) 2. üzemeltetési szakasz (amikor a rendszert rendeltetésének megfelelően felhasználjuk, és alávetjük megelőző felülvizsgálatoknak 3. tárolás (megőrzés) vagy tartalékolás szakasza (amikor a rendszer állagmegóvásáról gondoskodunk, és alávetjük megfelelő időszakos felülvizsgálatoknak). A rendszerekkel szemben (használatuk egész időtartama alatt) meg-határozott követelményeket támasztunk. Kívánatos, hogy a rendszerek mindig megfeleljenek ezeknek a követelményeknek. A diagnosztikai rendszerekben azonban felléphetnek rendellenességek, megzavarva az említett követelményeknek való megfelelést. Feladatunk ekkor abban áll, hogy visszaállítsuk a rendszer eredeti állapotát, megszüntessük a bekövetkezett rendellenességeket a műszaki követelményeknek megfelelően. Ezt a feladatot nem lehet megoldani a rendszer állapotának epizódszerű, vagy folytonos diagnosztizálása nélkül.
19
Gyakran van szükség arra, hogy meggyőződjünk a rendszer kifogástalan állapotáról, vagyis arról, hogy benne semmiféle rendellenesség nem található. Ezt a rendszer felülvizsgálatának nevezzük. A gyártási szakaszban például, a rendszer kifogástalan állapotának felülvizsgálata tájékoztat bennünket arról, hogy a legyártott rendszer tartalmaz-e hibás komponenseket (alkatrészeket, elemeket, blokkokat, részegységeket), szerelése pedig hibákat (tévedéseket). A javítás közbeni felülvizsgálat meggyőz bennünket arról, hogy a javítás alkalmával valóban elhárítottak-e minden hibát. Ha pedig a felülvizsgálatot tárolt rendszeren végezzük, akkor felvilágosítást kapunk arra vonatkozóan, hogy nem lépett-e fel valamilyen rendellenesség a rendszer tárolási ideje alatt. I.4.4. A diagnosztikai folyamat fogalma, célja, jellemző vonásai A diagnosztikai folyamat: logikus gondolkodási folyamat, a vizsgált rendszer állapotára vonatkozó vizsgálati adatok feldolgozásának folyamata. A műszaki diagnosztikában információnak számit a rendszer meghibásodási tünete és normális működésének ismérve. A meghibásodási tünet információt szolgáltat arról, hogy a rendszer működőképességét vagy állapotát jellemző paraméter mennyire tér el az előirt értékektől és ez az eltérés az időben, hogyan változik. Meghibásodási tünet lehet például a működő motor szokatlan zaja, alkatrészeinek rendellenes melegedése, égő szigetelés szaga („amperszag”) sűrített levegő sziszegő hangja, olajszivárgás. A meghibásodási tünetek és a normális működés ismérvei a bevizsgáló számára bizonyos információt szolgáltatnak a rendszer lehetséges állapotáról. Minél több a rendelkezésre álló információ, annál könnyebb megállapítani a rendszer állapotát. Abban a tünetben van maximális információ, amely a meghibásodott elem egyértelmű meghatározását, teszi lehetővé. A meghibásodási tünetek és a normális működés ismérvei nem mindig jellemzik egyértelműen a rendszer állapotát. Ezért minden egyes meghibásodási tünetet és működési ismérvet elemezni kell ahhoz, hogy a lehetséges rendszer-állapotok közül kiválasszuk a legvalószínűbbet. Nagyon kicsi a valószínűsége annak, hogy a rendszerben egy időben egynél több elem hibásodik meg. Ezért, ha az N elemből álló rendszerben meghibásodott az i-edik elem, akkor azt mondjuk, hogy a rendszer a lehetséges N állapot egyikében, esetünkben éppen az i-edik állapotban van. A meghibásodott rendszer lehetséges állapotainak száma, tehát megegyezik elemeinek N számával. Ily módon a diagnosztikai folyamat célja a meghibásodott elem helyének, vagy másképpen, a konkrét rendszerállapot megállapítása. A helyes diagnózis megállapítása szempontjából nemcsak a meghibásodás időpontjában észlelt tüneteknek van jelentős szerepük, hanem a rendszerre vonatkozó kortörténeti ada-
20
toknak is. Meg kell vizsgálnunk, tehát azt is, hogy a rendszer hogyan, hányszor, milyen körülmények között működött és milyen feltételek mellett következett be a meghibásodás. Ha például a korábbi megfigyelésekből arra lehet következtetni, hogy a rendszer működőképességét jellemző paraméterek, az előirt (megengedett) tűréshatárokat fokozatosan közelítették meg, akkor ez arra utalhat, hogy a meghibásodás kopás vagy öregedés miatt következett be. Kézenfekvő, hogy ilyenkor elsősorban azokkal az elemekkel kell foglakozni, amelyek az ilyen jellegű változásnak a leginkább ki vannak téve. A diagnosztikai folyamatot jellemzi tehát a meghibásodási tünetek és a normális működési ismérvek elemzése. Az „a” tünetet, amely a paraméter fokozatos időbeli változását veszi figyelembe, integrális tünetnek nevezzük. A meghibásodás hirtelen bekövetkezéséből arra következtethetünk, hogy nem tartották be a rendszer üzemeltetésére vonatkozó műszaki előírásokat, vagy pedig gyártásakor sértették meg a technológiai fegyelmet. Ilyenkor figyelmünket a konstrukció gyenge pontjaira és a kiszolgáló személyzet által elkövethető hibákra fordítjuk. Azt a kiegészítő tünetet, amely a meghibásodás hirtelen bekövetkezését veszi figyelembe, differenciális tünetnek nevezzük. A diagnosztikai folyamat második jellemző vonása tehát a differenciális és az integrális tünetekben levő információ felhasználása. A rendszer állapotának meghatározásához sokszor nem elég a hibatünetekben és a normális működés ismérveiben rejlő információ. Kiegészítő információ nyerése céljából különböző ellenőrző vizsgálatot végzünk. Azt a szabályt (matematikai műveletek összességét), amely előírja az ellenőrzés sorrendjét, ellenőrzési algoritmusnak nevezzük. Az ellenőrzési sorrend merev vagy rugalmas lehet. Merev ellenőrzési programnál az ellenőrzések sorrendjét előre meghatározzuk, és ez a meghibásodott elem felfedése ellenére sem változik. Rugalmas vizsgálati programnál a soron következő ellenőrzés tartalmát a diagnosztikai eljáráskor állapítjuk meg, vagyis a következő ellenőrzésre vonatkozó döntés az előző vizsgálat eredményétől függ. Ily módon a diagnosztikai folyamat harmadik jellemző vonása az olyan vizsgálati program kiválasztása, amely a lehető leghatékonyabb módon biztosítja a rendszer állapotára vonatkozó információ-elégtelenség megszüntetését. Minden vizsgálat valamilyen információt szolgáltat a rendszer állapotáról, amely független a vizsgálatot végző személytől. Az észlelt információ mennyisége azonban függ a vizsgálatot végző személy egyéni tulajdonságaitól. A nagy gyakorlattal, több éves üzemi tapasztalattal rendelkező szakember az információkat jobban meg tudja különböztetni, mint a kevésbé szakképzett. Gyorsabban állapítja meg tehát, hogy az N lehetséges állapot melyikében van éppen a rendszer. Ráadásul a gyakorlatlan szakember hibásan is értelmezheti a vizsgálat eredményét, és hibás döntést hozhat. Éppen ezért nagy jelentősége van a szakemberek kiképzési 21
módszerének, egyéni tulajdonságainak, a technikai berendezések üzemeltetésével kapcsolatban szerzett egyéni tapasztalataiknak. Azt mondhatjuk tehát, hogy a vizsgálat eredményeként kapott információk, felismerése ugyancsak jellemzi a diagnosztikai folyamatot. A diagnosztikai eljárások eltérő hatékonysággal rendelkeznek. Feladatuk abban áll, hogy meghatározott kritériumok alapján a leghatékonyabb eljáráshoz jussunk el. Ilyen kritériumok lehetnek például a következők:
• • •
a diagnosztikai folyamat időtartama; a hibás elem felfedéséhez szükséges ellenőrzések száma; a diagnosztikai folyamat költsége.
A vizsgálati program kidolgozásakor felmerül e kritériumok valós szükségessége. Az egy vagy több kritérium alapján optimalizált programot, optimális programnak nevezzük. Ezek részletes tárgyalása előtt, röviden tekintsük át azokat a legfontosabb információelméleti alapfogalmakat, amelyek a műszaki diagnosztikában nélkülözhetetlenek.
I.5. DIAGNOSZTIKAI PARAMÉTEREK MEGHATÁROZÁSÁNAK MÓDSZERE
A diagnosztikai rendszerek működését és a bennük lejátszódó folyamatokat a bemenő és kimenő paraméterek között fennálló kapcsolatok jellemzik. Üzemzavaros állapot esetén ezek a rendellenesség helyétől és típusától függően változnak. Minden egyes konkrét rendellenességet egy vagy több kimenő paraméter jellemez közvetlenül vagy közvetve. A rendszer lehetséges rendellenességeinek és így kimenő paramétereinek száma is rendszerint nagy. A rendszer állapotának meghatározásánál gyakorlatilag képtelenség az összes kimenő paramétert figyelembe venni. Ezért a diagnosztikai rendszer kialakításánál alapvető problémát jelent az ellenőrzésre kerülő paraméterek szükség szerinti számának meghatározása. A rendszer állapotát nagyszámú mérés eredményeként kapott paraméterek alapján, közvetve határozhatjuk meg. Ezek számának növelése azonban jelentős mértékben növeli a diagnosztikai folyamat és a diagnosztikai eszközök bonyolultságát. Jelenleg még nem ismeretes szigorúan kidolgozott és elfogadott módszer a diagnosztikai paraméterek meghatározására. Egyes olyan paramétereket választanak, amelyek ellenőrzését a rendszer karbantartásakor végzik el, alig növelve ezzel annak időtartamát és munkaigényességét. Az így választott paraméterek száma azonban messze elégtelennek bizonyul és így nem is, vezethet kívánt eredményre. Az állapotot leíró paraméterek megválasztásánál figyelembe kell venni az ellenőrzések és az esetleges optimálás hatékonyságát is. Kívánatos, hogy a paraméterek és a rendszerálla-
22
potok között egyértelmű kapcsolat álljon fenn. Feltételezhető ugyanis, hogy bármely állapotváltozásnál találhatók olyan paraméterek, amelyek az állapottal egyértelmű kapcsolatban állnak. Figyelembe kell venni azt is, hogy a paraméterek változása nemcsak a műszaki állapot hanem a diagnosztizálás feltételeinek függvénye is. Számos olyan ok létezik, amely megváltoztatja a paraméter értékét a diagnosztikai rendszer változatlan állapota mellett. A paraméterek állapotától független változásának okait három csoportba sorolhatjuk. Az egyik okot maga a diagnosztizált objektum jelenti. Belső és külső véletlenszerű hatások eredményeként ugyanis a rendszer jellemzői statisztikusan változnak. Megismételt vizsgálatoknál (diagnosztizálásoknál) ez a körülmény a paraméterértékek, megismételhetetlenségét eredményezi (ahány mérés, annyiféle eredmény). A változás másik oka készülékhibákkal, mérési hibákkal és a diagnosztikai eszközök pontatlanságával függ össze. A harmadik okot a paraméterek azon változása jelenti, amely fizikai eredetükkel kapcsolatos. Adott állapotnál a paraméter értéke vagy megváltozik vagy, nem. A változás valószínűségi jellegű. Helyesen választottuk meg a paramétereket, ha azok az egész rendszert jellemzik. Ez a hiteles (megbízható) diagnózis egyik előfeltétele. Előnyben kell részesíteni azokat a paramétereket, amelyek változása lehetővé teszi, hogy a rendszerben bekövetkező rendellenességet már a lehető legkorábbi stádiumában felfedhessük. Figyelemmel kell lenni arra is, hogy a paraméterérték üzemeltetése alatt megmérhető és elemzéskor feldolgozható legyen. Célszerűtlen feleslegesen növelni a paraméterek számát. Elsősorban olyan paraméterek jöhetnek számításba, amelyek meg nem engedett változása az üzemeltetéskor maximális veszteséget eredményez. Informatív paraméterek keresése és meghatározása rendkívül összetett feladatot jelent és függ a választott diagnosztikai módszertől. Az esetek túlnyomó többségében a paraméterek közvetlen mérése a gépegységek szétszerelése nélkül nincsen lehetőség. Ezért a gép, annak szerkezeti részegységei vagy aggregátjai műszaki állapotáról információt csak a működő gép által szolgáltatott, mérésre alkalmas és mérés szempontjából hozzáférhető paraméterek útján nyerhetünk. A fentebb kifejtett állítások, továbbá a meghibásodásokról rendelkezésünkre álló adatok felhasználhatók a diagnosztikai paraméterek optimális számának meghatározásánál [139]. Ennek fő szakaszai a következők: 1. Rendellenességek, meghibásodások statisztikai adatainak elemzése Az elemzés lehetővé teszi azon kevésbé megbízható egységek és aggregátok kiszűrését, amelyeket diagnosztizálni szükséges és érdemes. Ezek jegyzékének összeállításánál mérle-
23
gelni kell a célszerűséget, különös figyelmet fordítva azokra az alapvető egységekre, amelyek a diagnosztizált rendszer működőképességét és balesetmentes üzemét döntően befolyásolják. 2. Szerkezeti és vizsgálati kapcsolatok blokk-diagramjának összeállítása A szerkezeti és vizsgálati kapcsolatok blokk-diagramja hat szintet foglal magában. Ezek a következők:
•
•
•
•
•
•
az 1. szint magában foglalja a fő aggregátokat és szerkezeti részegységeket. Ezekből tevődik össze a diagnosztizálásra kiválasztott rendszer. A felosztást a rendszer munkájának tanulmányozása és egyes elemei kölcsönhatásának figyelembevétele alapján végezzük; a 2. szint kifejezésre juttatja a szerkezeti részegységek legsebezhetőbb kapcsolatait és elemeit. Ezeknél figyelhető meg üzemeltetéskor a legnagyobb mértékű kopás. Az ilyen kapcsolatok és szerkezeti részegységek szerkezeti paramétereinek (lásd a bevezetést) eltérése idézi elő a normális működés megszűnését; a 3. szint a kapcsolatok és elemek szerkezeti paramétereit foglalja magában. A szerkezeti paraméterek jegyzékét az elemek és kapcsolatok kölcsön-hatásának elemzése alapján határozzuk meg a statisztikai adatok figyelembe-vételével; a 4. szinten adjuk meg a szerkezeti részegységek, a vizsgált rendszerek azon lehetséges rendellenességeinek felsorolását, amelyek a meghibásodások statisztikai elemzésével állapítottunk meg. Az említett rendellenességek kifejezésre juttatják a szerkezeti paraméterek tűrésmezőt meghaladó értékét; az 5. szinten kerül sor a tünetek felsorolására. Ezek segítségével fejeződik ki minden rendellenesség. A tünetek kiválasztásánál különös figyelmet kell fordítani arra, hogy a diagnosztizáláshoz felhasználható-tünetek információ-tartama olykor jelentős eltérést mutat; a 6. szinten találjuk azoknak a paramétereknek a felsorolását, amelyeket ellenőrizni fogunk diagnosztikai eljárás során.
Ezekkel szemben megköveteljük:
• • •
határozzák meg a tünetek halmazából azokat, amelyek a rendszer bennünket érdeklő szerkezeti egységéhez, kapcsolatához vagy eleméhez tartoznak. rendelkezzenek bizonyos stabilitással, ha a külső feltételek, vagy a rendszer munkakörülményei megváltoznak, vagy ingadoznak; a lehető legtöbb információt hordozzák magukba a diagnosztizált rendszer állapotáról.
24
3. A kiválasztott paraméterek kísérleti vizsgálata A kísérleti vizsgálat meghatározó tényező a diagnosztizálás paramétereinek kiválasztásánál. Lehetővé teszi megállapítani a kiválasztott paraméterek hatékonyságát és teljességét, valamint meghatározni tűrésmezőjüket. A kísérlet elvégzéséhez
• •
ki kell választani a paraméterek méréséhez szükséges módszereket és eszközöket; ki kell dolgozni a diagnózis megállapításának vázlatát, amely megadja a paraméterek ellenőrzésének sorrendjét, kölcsönös kapcsolatuk figyelembe-vételével. Az ismertetett módszer alkalmazásának bemutatására, a negyedik fejezetben kerül részletesen szó.
I. 6. KATONAI REPÜLÉS MŰSZAKI ÜZEMELTETÉSI RENDSZERE
A műszaki karbantartás és javítás tárgyának, a repülőeszköznek harcászati-műszaki szempontú előzetes megválasztását követően végrehajtható a műszaki karbantartás és javítás rendszerének vizsgálata. A vizsgálathoz az alrendszerek közül a műszaki karbantartás és javítás programjának, eszközeinek, személyi állományának egymásra és a karbantartás, javítás tárgyára gyakorolt hatását szükséges elemezni. Ennek elengedhetetlen feltétele a struktúrával (Repülő Mérnök-műszaki Szolgálat), mint szervezeti kerettel kapcsolatos fontosabb kérdések áttekintése.[18, 20.139] A repülőeszközök karbantartásának és javításának szervezete A repülőeszközöket a világon mindenhol speciálisan e célra létrehozott szervezetek, illetve személyi állomány üzemelteti a földön, esetenként részfeladatokat ellátva a levegőben is. Az MH-n belül ez a szervezet a Repülő Mérnök-műszaki Szolgálat (továbbiakban MMSZ), mely elnevezésében, felépítésében sok közös vonást hordoz más országok hasonló szervezeteivel („Aircraft Engineering”). Az MMSZ rendeltetése mindazon szervezeti, technikai feltételek megteremtése, amelyekkel a repülőeszközök műszaki kiszolgálása és javítása – az előírt sorrendben és mélységben végrehajtott munkavégzéssel – biztosítja azok üzemképességét és hatékony felhasználhatóságát. Valamennyi rendszeresített repülőeszköz különböző alkatrészeit, berendezéseit és szerkezeti elemeit más-más, de már említett módszerek valamelyikével lehet üzemeltetni. A konkrét üzemeltetési módszer(ek) kiválasztása az üzemeltetési rendszer fejlettségének, technologizáltságának, az üzemeltetők felkészültségének (személyi és tárgyi tekintetben!), valamint az adott repülőeszköz korszerűségének függvénye. Az üzemeltetési stratégiák akár önállóan, akár a végrehajtás szempontjából szervezetileg elkülönítve, karbantartási és javítási formákra bontva vizsgálhatók. A karbantartási for25
mák operatívek (repülés előtti, utáni előzetes, ismételt felszállásra előkészítés) és időszakosak lehetnek. A javítások esetében a munkák mennyisége és mélysége szerint kis-, közepes- és nagyjavítás, utóbbiakon belül, pedig első, második stb. javítás különböztethető meg. Ezen kívül ide tartoznak még a megelőző (profilaktikus) javítások, valamint az utómunkálatok (bületinek) is. A karbantartások és javítások gyakoriságát (periodicitását) meghatározó repülési időt, leszállások számát az üzembe helyezéstől vagy az utolsó javítástól szokták számítani. A karbantartás és javítás közötti különbség az elvégzendő munkák mennyiségében, minőségében és mélységében van. A karbantartás célja a megbízhatóság szinten tartása, míg a javítás célja a megbízhatósági szint helyreállítása. A repülőeszközök azon tulajdonságát, hogy működőképességük helyreállítható, vagyis meghibásodásaiknak, sérüléseiknek, keletkezési okai megelőzhetők és feltárhatók, valamint következményeik javítással és műszaki karbantartással elháríthatók, javíthatóságnak nevezik. Erre a repülőgépeket konstrukciósan alkalmassá kell tenni. Mértéke az ún. üzemeltetési technologizáltság, mely a légi jármű azon tulajdonságainak összessége, amelyek megmutatják: mennyire alkalmas arra, hogy a műszaki karbantartási és javítási munkák valamenynyi fajtája a leggazdaságosabb technológiai eljárások alkalmazásával végezhető legyen. Gazdaságossági, harckészültségi és repülésbiztonsági szempontból hasonlóan fontos jellemző a diagnosztizálhatóság, mely az üzemeltetés tárgyának azon tulajdonsága, hogy vannak-e neki, vagy a vizsgált elemének megfelelő pontossággal mérhető olyan műszaki jellemző csoportjai, melynek ismeretében az üzemállapot egyértelműen diagnosztizálható. Az üzemeltethetőségi alkalmasság alapvető jellemzői (a javíthatóság, üzemeltetési technologizáltság és diagnosztizálhatóság) szerinti tulajdonságok kapcsolatrendszerét elemezni szükséges. E tulajdonságok kialakítása döntően a tervezés és gyártás folyamán történik, de a megfelelően meghatározott üzemeltetési rendszer és stratégia is hatást gyakorol rá. A korszerű üzemeltetés objektív minősítésére, összehasonlítására műszaki és megbízhatósági jellemzők szolgálnak. A polgári és katonai légi járművek nemzetközi üzembenntartási gyakorlatában egyaránt használatos legfontosabb jellemzőket (fajlagos állásidő és munkaigényesség, hozzáférhetőségi-, ellenőrizhetőségi-, karbantartási eszközök alkalmazhatósági tényezői) a [141] forrásmunka részletesen elemzi. Az üzemeltetés azonban olyan sok objektív, valamint szubjektív külső és belső tényezővel determinált folyamat, hogy akár az előzőekben felsorolt, akár további számszerű mutatók felhasználása sem elégséges önmagában a követendő üzemeltetési stratégia megválasztásához. Ehhez egyaránt szükség van az üzemeltetési módszer kialakításának pillanatáig beszerzett (apriori), valamint a konkrét üzemeltetési tapasztalatokra épülő (a posteriori) információkra. 26
Az információ-felhasználás módját az üzemeltetés logikája határozza meg, mely a gyakorlatban arra törekszik, hogy a maximális üzemeltetési hatékonyság és minimális üzemeltetési költségek együttesen legyenek biztosíthatók. A karbantartási célok megvalósítására jelenleg négy karbantartási stratégia ismeretes, melyek kronológiailag is egymásra épülve, folyamatos fejlődés eredményeként alakultak ki. Ezek a kötött üzemidő szerinti; karbantartási folyamatra irányuló; megbízhatóság-központú; eljárás-központú stratégiák. A kötött üzemidő szerinti stratégiát akkor alkalmazzák, ha a vizsgált állapot egzakt meghatározásához hiányoznak a szükséges adatok. Elméleti alapját az a feltételezés adta, hogy a folyamatos igénybevételnek kitett szerkezeti elemek, berendezések meghibásodásai egy korai, egy állandó meghibásodási rátájú és egy emelkedő tendenciájú elhasználódási meghibásodási szakaszból tevődnek össze, így „csak” a két utóbbi szakasz határát kell (ene) meghatározni üzemidő korlátként. Ez nem lehetséges, mivel egyrészt a mérhető műszaki jellemzők hiányoznak, másrészt a különböző alkatrészek, berendezések részletesebb meghibásodási vizsgálata szerint azok hat különböző jelleggörbéjével jellemezhetők A karbantartási folyamatra irányuló stratégia három karbantartási eljárásra épül kötött üzemidő szerintire, műszaki jellemzők és megbízhatósági szint ellenőrzésére. A műszaki jellemzők ellenőrzéséhez szükséges kiinduló információk a funkcionális és diagnosztikai jellemzők segítségével kaphatók meg, melyeket meghatározott gyakorisággal repülés közben és karbantartások alkalmával mérnek. Az eljárás alapja a berendezés műszaki állapotáról megbízható információt nyújtó műszaki diagnosztizálás, mely - megfelelő eszközök és módszerek alkalmazása esetén - hosszabb időszakra tesz lehetővé előrejelzést. A megbízhatósági szint ellenőrzésével végzett műszaki karbantartás lényege, hogy a berendezések javításközi üzemidő nélküli üzemeltetése és a meghibásodások felismerésével, valamint elhárításával kapcsolatban szükséges munkák, végrehajtása mindaddig folytatódik, amíg a megbízhatósági szint tényleges értéke az elfogadott tűréstartományon belül van. Alkalmazása akkor célszerű, ha
• • • •
olyan berendezésről van szó, amelynek meghibásodása nem befolyásolja a repülés biztonságát; a berendezés magas szinten technologizált; a megbízhatósági szint ellenőrzésének költségei nem haladják meg a tervszerű megelőző műszaki karbantartásét; a fedélzeti ellenőrző vagy külső eszközök jelzik az üzemképtelenséget.
A megbízhatósági szint szerinti karbantartás végrehajtására csak akkor van lehetőség, ha az üzembentartónak megfelelő számítógépe és olyan személyi feltételei biztosítottak, me-
27
lyekkel a megbízhatóság operatívan elemezhető, illetve a szükséges döntések (ciklusidő meghatározás, átminősítés más eljárásra stb.) meghozható. A megbízhatósági központú stratégia valójában nem tekinthető karbantartási eljárásnak, mivel az ellenőrzésre kijelölt egységeken nem végeznek tervszerű megelőző karbantartást, hanem utólag a meghibásodás bekövetkezése után vizsgálják meg azokat. E stratégia figyelme négy eljárásra irányul állapot ellenőrzésre, a rejtett meghibásodás feltárására, nagyjavítására és selejtezésre. Az állapotellenőrzés optimális eljárás, mert a valós karbantartási igényt jelzi. A rejtett meghibásodások feltárásához speciális módszerekre van szükség, mely azokat észlelhetővé teszi. Nagyjavításnak és selejtezésnek a kötött üzemidős berendezéseket kell alávetni. Az eljárás központú stratégia az előzőekben felsorolt stratégiák tapasztalatai alapján lett létrehozva, kiküszöbölve azokból a döntési logika merevségét, a gazdaságossági és biztonsági szempontok világos el nem határolását, a rejtett funkcionális meghibásodások nem megfelelő kezelését. Ebből adódóan a többi stratégiához képest nem is jelent alapvető eltérést, hanem ráépülve azokra a döntési logika gondolatmenetét az eljárás kiválasztását racionalizálja. Az eljárás kiválasztó jellegétől függően vagy biztonsági vagy, gazdasági kategóriára irányulnak úgy, hogy azon belül a legkönnyebben végrehajtható eljárást vizsgálják először. A döntési folyamat a következőket tartalmazza: többszörös meghibásodások, a meghibásodásnak a környező szerkezetre kifejtett hatása, a repedésnek az észlelhető mérettől a kritikus méretig való növekedése, a potenciális meghibásodás küszöbértékének felderítése stb.
Összefoglalva: ahhoz, hogy a katonai repülőeszközök gazdaságos üzemeltetése biztosítható legyen, a repülésbiztonság elsődlegessége mellett, szükséges az üzemi paraméterek minél nagyobb számú rögzítése. A rögzített adatokra alapozva lehetőség nyílik a repülőeszköz üzemeltetésének módosítására. Pl. orr futószár cseréjét a leszállások száma korlátozza, de alacsony túlterhelés értékű leszállások esetén ez módosítható. A repülőeszköz kiemelt berendezése a hajtómű, ennek karbantartása valamint élettartama a különböző üzemmódokon az összegzett működési időtől függ. Mivel jelentős értékű berendezésről beszélünk itt az üzemidő pontos rögzítése jelentős költségmegtakarítást, eredményezhet. Az értekezés tárgyát képező rendszer nem csak hogy rögzíti, de előre is jelzi a következő karban tartás várható idejét és mélyégét, figyelembe véve göngyölt üzemidőket. A karbantartás megszervezéséhez illetve egyes berendezések további (normál tervezett üzemidő) üzembenntartásához az új kiértékelő rendszer kiegészítő információkat ad a hasonló berendezések eddigi üzemeltetési tapasztalatairól.
28
II. fejezet
REPÜLÉSI PARAMÉTEREKET RÖGZÍTŐ FEDÉLZETI RENDSZEREK ELEMZÉSE
II. 1. FEDÉLZETI ADATGYŰJTŐ RENDSZEREK RENDELTETÉSE, RÖGZÍTÉSI MÓDJAI, A REPÜLÉSI INFORMÁCIÓK FÖLDI KIÉRTÉKELÉSÉNEK MÓDSZEREI
A fedélzeti adatrögzítőket különféle szempontok alapján csoportosíthatjuk, pl. rendeltetés, adatrögzítési mód, működési elv stb. alapján. [8, 10, 49, 50, 51, 52] Rendeltetés szerinti csoportosítás: 1. Baleseti eszközök: ezzel olyan adatokat gyűjtenek és tárolnak, amelyeket a repülő események kivizsgálásakor használnak fel. Nemzetközi előírások szabályozzák, hogy milyen paramétereket kell rögzíteni a baleseti adatrögzítővel. Azok a műszaki hibák, rendellenességek okoznak katasztrófát, amelyek hirtelen következnek be. Általános tapasztalat, hogy ha egy műszaki hiba egy-két percen belül nem okoz katasztrófát, akkor sikeresen földet ér a repülőtechnika. Ebből a meggondolásból született az, hogy a baleseti adatrögzítőkkel a repülés utolsó szakaszából legalább 30 perc adatait kell tárolni. 2. Üzemi adatrögzítők: rendszerint több száz paramétert rögzítenek. Általában kísérleti repülőtechnikába építik be. A műszaki diagnosztikára, a statikus adatok gyűjtésére, a gépszemélyzet tevékenységének értékelésére vonatkozó adatok tárolására szolgálnak. 3. Kombinált adatrögzítők, a baleseti és üzemeltetési funkciót egyesítik magukban. 4. Kísérleti adatrögzítők, az új repülőtechnika kikísérletezésekor és új rendszerek vizsgálatakor használják fel. Mint például a ROBAR amely, az automatikus vezérlő rendszer adatainak rögzítésére lett kifejlesztve. Ennek rendeltetése a robotpilóta szabályzási rendellenességeinek detektálása a berepülések során. Vagy itt említhetjük meg a MEDICINA és tovább fejlesztett változatát, amelyek orvos biológiai speciális adatrögzítő rendszer, amely a gépszemélyzet egészségi állapotára utaló paramétereket rögzít a repülés végrehajtása során. Az adatok tárolásának különböző módszerei ismertek: papírszalagra írás, karcolás emulziós szalagra, mágnesszalagos rögzítés, fénysugaras és szilárdtest memóriás rögzítés, stb. 29
Ismertek olyan rendszerek is, amelyek az adatokat a földi feldolgozó állomás számára továbbítják rövidhullámú rádióadó segítségével. A fénysugaras rögzítésűeknél a rögzítés fényérzékeny filmre, a mágneses rögzítésűeknél a rögzítés mágnesszalagra - fémhuzalra történik. Fényképezéses rögzítésűeknél akár a repülőtechnika külső fényképezését, akár a fülkék, vezérlő szerelvényfalak, műszerfalak fényképezését lehet alkalmazni. Vizsgáljuk meg a különböző rendeltetésű és elnevezésű fedélzeti adatrögzítő berendezéseket, amelyeket a magyar légierő vadászrepülőgépein és helikopterein alkalmaztak, illetve alkalmaznak ma is. a) A legegyszerűbb és legkevesebb adatot nyújtó berendezés egyszerű barográf, amely csupán a repülés műszer szerinti magasságát regisztrálja [32]. (Mig-15, Mig-17) b) A baroszpidográf [32] a repülési magasság és sebesség regisztrálására szolgál. A műszer működése a levegőnyomás mérésén alapszik. A nyomásváltozást érzékelő elemként membránszelencét használnak. A magasságméréshez és regisztráláshoz a légköri nyomásnak a magasság függvényében történő változását használjuk fel.(MiG-19) c) K3-63 háromcsatornás baleseti adatrögzítő: Nagyon egyszerű és szolgáltatásaiban keveset nyújtó baleseti adatrögzítő. Egyes előnyei miatt -gyorsulások pontos rögzítése stb.- napjainkban is használták, korszerűbb típusokkal párhuzamosan. Repülés közben rögzítik a repülőgép barommetrikus magasságát, a műszer szerinti sebességét és túlterhelés függőleges összetevőjét [16, 17, 19]. d) MSzRP rendszerű adatrögzítők: Az MSzRP-12, MSzRP-96 12 csatornás analóg adatrögzítő [32, 102, 103]. Az MSzRP-64M-2 adatrögzítő rendszer 48 analóg paramétert, mintegy 32 különböző utasítást, azonosító jelet (repülőgépszám, járatszám és dátum, csillagászati idő), utasító és kalibráló jelet tud regisztrálni. Az információt a berendezés diszkrét formában rögzíti egy ferromágneses szalag 14 sávján. Az analóg paramétereket a berendezés 8 helyértékes paralel impulzusokkal, kettes számrendszerű kódolással rögzíti. Ebben a rendszerben a logikai „1” szintnek a tényleges impulzus, a „0”-nak pedig az impulzus hiánya felel meg. Az eseti utasításokat négyes csoportosításban, csoportonként 8-8 utasítást tartalmazva rögzíti a rendszer. Ennél a rendszernél az eseti utasítás megtörténtének a logikai „1”, az utasítás hiányának a „0” felel meg. A jeladók egyszeri lekérdezési periódusába (1 sec) tartozó információkat a rendszer 63 csatornán rögzíti, ugyanakkor egy lekérdezési mező 64 csatornából áll. Az időjeleket a berendezés egy sávon, az utasító jeleket pedig 3 külön sávon rögzíti. Az MSzRP rendszereknél a paraméterek regisztrálása az adókról érkező feszültségek soros kódolásával történik.
30
II. 1. ábra Mobil adatkiolvasó csatlakoztatása
e) SZARPR rendszerű adatrögzítők: rendeltetése, hogy a repülőgép (helikopter) különböző repülési paramétereit fényjelekkel filmszalagra rögzítse, normál és veszélyes repülési viszonyok között, valamint a rögzített információ tárolása, megőrzése mechanikai ütés esetén. Az adók az összes regisztrálható paramétert elektromos jelekké alakítják át és az egyeztető szerkezeten ezzel arányos egyenfeszültség szintek jelennek meg. Jelenleg ez a legelterjedtebb adattároló rendszer. A repülési paraméterek regisztrálása, az információk rögzítése filmszalagon történt. f) TESZTER típusú fedélzeti adatrögzítő berendezéssel 256 csatornán 116 bemenő jel digitális rögzítése végezhető el, és lényegesen pontosabb adatregisztrálást biztosít, mint a megelőző adatrögzítők. A rögzítést követően tapasztalható hibák a fedélzeti adók pontatlanságából erednek. [12, 47] A beérkező jeleket feszültség-kód, illetve frekvencia-kód átalakító segítségével egy 100 m hosszú fémszalagra rögzíti a rendszer, amely adatvédelmi és biztonsági okokból egy hő-, vegyszer-, és ütésálló páncélblokkban van elhelyezve. Az adatok átmásolása egy hordozható (MN-P típusú) magnetofonnal, egy csatlakozókábel segítségével, egy mágnesszalagot tartalmazó kazettára (BK-2 típusú) történt.
31
II. 2. ábra Mobil adatkiolvasó használata és az adatok kiolvasása
A földi kiértékelés során a kiválasztott csatornák beállítása kapcsolókkal történt tízes és kettes számrendszerben, így mintegy 1200 kapcsoló beállítása, illetve ellenőrzése után egy speciális elektro-kémiai papírra történt az adott paraméterek ki íratása. Az analóg paraméterek desifrálása az előre elkészített sablonokkal történt. A kiértékelések során nagy nehézséget jelentett a nagymennyiségű paraméter (16 egyszeri parancs és közel 20 analóg paraméter) vizuális megkülönböztetése további kiértékeléshez, az egyes paraméterek színes tollal történő kihúzása, a paraméterek szélsőértékeinek feltűntetése. A kiértékelt szalagok tárolása, okmányolása bonyolultnak és nehézkesnek bizonyult. A felül nagy hátrányt jelentett a ki nem íratott adatok „elvesztése”, ugyanis a mágnesszalagon a következő repüléskor az azt megelőző információk felülíródtak. A számítástechnika repülőtechnikán való széleskörű alkalmazásával egyre nagyobb tért hódítanak azok a megoldások, amelyekkel az információkat szilárd test memóriákba táplálják, így létrejöttek a számítógépes ellenőrzés, kiértékelés (gyors, nagy pontosságú) feltételei. A fenti adatrögzítők által szolgáltatott információmennyiséget ki lehetett értékelni kézi módszerekkel, a korszerű sokcsatornás berendezések adatait (az adatok összefüggéseit) már csak számítógépes adatfeldolgozás útján lehet analizálni.
32
MiG-29 típusú vadászrepülőgép
A fejlesztések eredményeként a fedélzeti adatrögzítő rendszereknél jelentős változások zajlottak le az elmúlt évtizedben. A mechanikus elektro-optikai adatrögzítők és manuális adatfeldolgozó megoldások mellett megjelentek a szilárdtest memóriás adatrögzítő és számítógépes adatfeldolgozó rendszerek és eljárások. A fedélzeti adatrögzítő és a földi adatfeldolgozó rendszer bármely konstrukciós kialakításra vonatkozóan a biztonságos repülést szolgálja. A különböző repülési paraméterek mérési adatainak digitalizálása, a számítógépes adatfeldolgozás fejlődése megteremtette annak a lehetőségét, hogy a Magyar Honvédség repülő csapatainál alkalmazott repülőgépek és helikopterek adatgyűjtő rendszereit korszerű, digitalizált jeleket tároló adatgyűjtő váltsa fel. A kapott információk feldolgozására különböző típusú szoftverek kerültek kifejlesztésre.
II. 2. HAZAI FEJLESZTÉSŰ KORSZERŰ ADATRÖGZITŐ ÉS ADATFELDOLGOZÓ RENDSZEREK
A repülési feladatok végrehajtásakor a hajózóknak egyszerre több tevékenységet (műszerek figyelése, hajtómű üzemmódok beálltása, légi tájékozódás, repülőgép vezetése stb.) kell végezniük. Ugyanakkor a repülőtechnika folyamatos fejlesztése, a pilótákkal szembeni követelmények állandó növelése egyre bonyolultabb fedélzeti rendszerek alkalmazását tet-
33
te szükségessé, melyek helyes légi üzemeltetése mind szélesebb és alaposabb szakismereteket követel a repülőgép-vezetőktől, illetve a repülőszerkezetek földi üzembentartóitól. Ezért természetes, hogy már a repülés kezdetétől keresték azokat a műszaki megoldásokat, melyekkel utólag reprodukálni lehet a repülési feladat végrehajtását, valamint megállapítható a repülőszerkezetek állapota. E látszólag kézenfekvő törekvéseknek a megvalósítása azonban csak a repülés fejlődésének későbbi időszakában vált realizálhatóvá. Az adatrögzítés feltételeinek megteremtésével párhuzamosan sikerült megszerezni azokat az elméleti szakismereteket, melyek szükségesek voltak az adatok értelmezéséhez. Ma már világosan körvonalazható, hogy a repülőeszközök korszerűsítésének és a repülésbiztonság növelésének egyik igen dinamikusan fejlődő területe a fedélzeti adatrögzítő rendszerek széles körű alkalmazása a hatékony elméleti módszerekkel: például matematikai modellek, a repülőgépek állapotmátrixának identifikációja a repülés közben rögzített adatok alapján, számítástechnikai módszerek, hajtómű diagnosztika stb. A hajózók felkésztésében fontos szerepet töltenek be a célirányos elméleti foglalkozások, a földi repülésgyakorló berendezések és a kiképzési repülések. A pilóták ezek segítségével növelik repülőgép-vezetői képességüket, szerzik meg a légi tájékozódásban való jártasságot és a tevékenység rendjét (sorrendjét) a feladat végrehajtása, vagy légi meghibásodás esetére. A repülőkiképzés eredményessége természetesen ennek megfelelően több tényezőtől, illetve feltételtől függ, melyek közül kiemelkedő fontosságú a repülésről készített repülési jellemzők utólagos feldolgozása. A repülőtechnika tervezésében és fejlesztésében részt vevő szakemberek erőfeszítéseket tesznek az egyre pontosabb mérőműszerek kifejlesztésére, amelyek kezdetben korlátozott számú, de később egyre több repülési jellemző és műszaki paraméter rögzítésére és tárolására voltak alkalmasak. A repülésbiztonság összetett követelményeinek teljesítése érdekében szükséges a gépszemélyzet-repülőgép-környezet rendszer összhangjának megteremtése. A különböző repülési paraméterek mérési adatainak digitalizálása, a számítógépes adatfeldolgozás fejlődése megteremtette annak a lehetőségét, hogy a Magyar Honvédség repülő csapatainál rendszeresített repülőgépek és helikopterek adatgyűjtő rendszereit korszerű, digitalizált jeleket tároló adatgyűjtő váltsa fel. A kapott információ feldolgozására különböző számítógépi programokat fejlesztettünk ki. Három fő irányban folyt a fejlesztés: • •
A MIG-21, MIG-23, MI-8, MI-24 típusú repülőeszközök SZARPP adatgyűjtő és adatfeldolgozó rendszerét a „SZIROM” rendszer váltotta fel. A SZU-22 típusú repülőgép LUCS-71 adatfeldolgozó rendszerét a „TISZA” adatfeldolgozó rendszerrel helyettesítették.
34
•
A végrehajtott repülési feladat ellenőrzésére, megjelentésére kifejlesztett „TEMES” rendszer. A fentieken kívül kifejlesztésre került már az L-39-es repülőgépekhez az AKREL-39 típusú adatrögzítő és kiértékelő rendszer, mely szintén a SZARPP rendszerre épül. A SZU-22 (MIG-29-es) repülőgéphez kifejlesztésre került egy fejlett, gyors kiértékelő és megjelenítő rendszer, a TAVASZ. A fedélzeti adatrögzítő és a földi adatfeldolgozó rendszer elvi vázlata bármely konstrukciós kialakításra vonatkozóan a II. 3. ábrán látható.
ANALÓG ÉRZÉKELŐK MÉRŐ ÁTALAKÍTÓK
a1
an
DIGITÁLIS ÉRZÉKELŐK MÉRŐ ÁTALAKÍTÓK
b1
bm
FEDÉLZETI ADATRÖGZÍTÉS
EGYEZTETŐ EGYSÉG
INFORMÁCIÓ TÁROLÓ
MEGJELENÍTŐ ÉRTÉKELŐ EGYSÉG
FÖLDI ADATFELDOLGOZÁS
ADATFELDOLGOZÓ SZÁMÍTÓGÉP
I L L E S Z T Ő
Á T A L A K Í T Ó
II. 3. ábra Az adatrögzítés és feldolgozás elve
Napjainkra már közel egy éve alkalmazzák a MAKI és UFA rendszereket a Mig-29 típusú repülőgépek üzemeltetésében és javítása során.
35
Az új rendszerek kifejlesztését és alkalmazásba vételét több szempont figyelembevétele tette szükségessé. Ezek közül kiemelve a legfontosabbakat, a következő megfontolásokra juthatunk. A repülőgépek élettartama, vagy más megfogalmazás szerint teljes műszaki üzemideje 2030 naptári év nagyságrendű. Ez alatt az idő alatt a repülőgép és fedélzeti rendszerek fejlesztési üteme jelentősen eltér egymástól, pl. a sárkány, hajtóművezérlés és más mechanikus elven működő főbb rendszereknél ez másként meg végbe, mint a villamos és elektronikus elven működőknél. A fedélzeti navigációs, műszer, lokátor, fegyver, adatrögzítő, stb. rendszereknél ennyi idő alatt több új generáció jelenik meg. Ez fokozott felelősséget és tudatos elemző munkát igényel a döntést hozó és a műszaki fejlesztés területén dolgozó szakemberektől. Az adatrögzítők által nyújtott információkat egyre szélesebb körben hasznosítják a repülőgépek üzemeltetői és a repülés biztonság szakemberei. Ebből az elemcsoportból csak a fedélzeti adatrögzítő rendszerek kiemelésével belátható, hogy jelentős változások zajlottak le az elmúlt évtizedekben. A jelenleg még rendszerben lévő repülőgépeknél korábban alkalmazott mechanikus, elektro-optikai adatrögzítők és manuális adatfeldolgozó megoldások mellett megjelentek a szilárdtest memóriás adatrögzítő és számítógépes adatfeldolgozó rendszerek és eljárások. A fejlesztési munka során figyelembe kellett venni, hogy a repülőgép fedélzetén üzemeltetett eszközöknek jelentős mechanikus, vibrációs, hőmérsékleti, gyorsulási és villamos zavarokkal terhelt környezetben kell működniük. Ezeknek a szakmai kihívásoknak csak megfelelő elméleti felkészültséggel és korszerű gyártástechnológiai eljárások alkalmazásával lehetett megfelelni. A fent említett követelményeknek valamint a Magyar Honvédség elvárásainak az AVIATRONIC Repüléstechnikai fejlesztő vállalat felelt meg. A HM szakemberei és a vállalat munkatársai a fedélzeti elemek kifejlesztésénél, mint lényeges peremfeltétel, figyelembe vették, hogy a repülőeszközök fedélzetén, különösen a vadászgépeken, rendkívül kevés hely található. Az új berendezések külsőméreteinek nem volt szabad a régi adatrögzítők méreteit meghaladniuk. A fejlesztési munka eredményeként az új adatrögzítők fedélzeti elemei a régi berendezés egységeinek helyére beszerelhetők, csereszabatosak, és növelt mennyiségű fedélzeti adat rögzítésére képesek. A fejlesztési munka eredményességét bizonyítja, hogy valamennyi fedélzeti adatrögzítő és földi kiértékelő rendszer bevezetésre, alkalmazásra került MH repülőcsapatainál. A továbbiakban nem kerül bemutatásra a SZIROM, TISZA, TEMES, TAVASZ, ROBAR, AKEREL rendszerek, csak a legújabb fejlesztés a MAKI (Mobil Adatkiolvasó) és az az UFA (Univerzális Földi Adatkiértékelő) amelyet jelenleg Kecskeméten a Szentgyörgyi Dezső Harcászati Repülőezrednél alkalmaznak.
36
A vadászrepülőgépeken és helikoptereken repülő személyzet repülőkiképzésének és a repülés biztonságának javítása érdekében új, korszerű adatrögzítő és földi kiértékelő rendszer kifejlesztés valósult meg. A fejlesztés sikerességéhez nagymértékben hozzájárult a repülőcsapatok műszaki állománya. A rendszerbe állítás valamennyi tevékenységét, a feltárt hiányosságok pótlását nélkülük nem lehetett volna végrehajtani. Itt megemlíteném, hogy személyesen részt vettem a SZIROM, TISZA, TEMES, TAVASZ, és a Mig-29. típusú repülőgéphez kifejlesztett valamennyi adatkiolvasó és kiértékelő rendszer fejlesztésében, csapatpróbájában. Az ismertetett hazai fejlesztésű adatrögzítő és adatfeldolgozó eljárások bevezetésével a repülés biztonságát növelő, korszerű és hatékony eljárások alkalmazásának feltételei jöttek létre. Az ország gazdasági helyzete nem tudja biztosítani a jelenlegi technikai park teljes korszerűsítését, így az üzemeltetőknek a meglévő lehetőségek minden oldalú kihasználása vált szükségessé. Ismerve a repülőgépek műszaki állapotát, megállapítható, hogy a maradék technikai üzemidő a tervezett határidőig elegendő. Az elöregedő technika, amely jelenleg biztosítja a vele szemben támasztott követelményeket, üzemeltetése egyre nehezebb, ezt bizonyítja az alkatrész utánpótlás hiánya, vagy akadozása. Ezzel szemben a repülőgépek fedélzeti berendezéseinek megbízhatósága iránt nagyok a követelmények. Például a bejövetelt és leszállást biztosító automatikus rendszereknél 108 leszállás végrehajtására esetén egy meghibásodás engedhető meg. A megbízhatóság jellemzésére egy sor mennyiségi kritériumot dolgoztak ki, melyeket a [24] irodalom részletesen bemutat. A nagyobb megbízhatóság elérése érdekében az egyes berendezéseket, csatornákat beépített ellenőrző rendszerekkel kell biztosítani, melyek lehetőséget adnak a meghibásodások időbeni jelzésére és megakadályozzák a repülőgép veszélyes üzemmódjainak létrejöttét. A fenti feltételek maradéktalan végrehajtása ezért is szükséges, mivel az automatikus vezérlő rendszerek magas szintű megbízhatósága, alapvető feltétele a harckészültség magas fokon tartásának, a hatékony felhasználásának és a repülések biztonságának. Ezért az új fedélzeti adatrögzítőről és kiértékelő rendszerről részletesen kívánok szólni.
37
II. 3. TESZTER TÍPUSÚ FEDÉLZETI ADATRÖGZÍTŐ RENDSZER SPECIFIKÁCIÓJA.
A repülőeszközökkel rendelkező csapatoknál időszakos vizsgák (12, 24 havi), bonyolultabb meghibásodások, valamint ipari javítások után a fedélzeti rendszerek előírás szerinti működését berepülések során ellenőrzik. A repülési feladatok során a repülőgép-vezető a repülőgép általános működését kíséri figyelemmel, a konkrét meghibásodásnál az ellenőrzés csak a meghibásodott rendszerre terjed ki, ez utóbbi több és pontosabb információt nyújt a műszaki állomány részére. A berepülések után a repülőgép műszaki állapotának és a beszabályozott áttételi viszonyszámok helyes értékeinek ellenőrzése a jelenségek különböző (objektív és szubjektív) források alapján végzett elemzése és módszertani instrukciók alapján történik. A fedélzeti adatrögzítő által szolgáltatott objektív adatok a fedélzeti rendszerek rendellenes működésének feltárásához nem minden esetben elegendők. A nemrégiben kifejlesztett számítógépes kiértékelő rendszer a fenti hiányosságot szinte kiküszöbölte, hisz ennek segítségével lehetőség nyílt a repülőgép műszaki állapotának gyorsabb és mélyebb elemzésére. Fentiek ellenére a rendelkezésre álló objektív információk inkább a repülőgép általános műszaki állapotának pontos meghatározására elegendőek. (Tekintettel arra, hogy a rendszer a hajtómű működését meghatározó paramétereket is rögzíti). A bonyolultabb fedélzeti rendszerek, valamint a gép repülési tulajdonságait befolyásoló adók műszaki állapotát a rendelkezésre álló információk alapján nem lehet pontosan meghatározni. Ezt a problémát nehezíti az is, hogy egy adott rendszer meghibásodása több rendszer rendellenes működését válthatja ki. A berepülés ideje alatt a leszállás után a repülőgép-vezető (szubjektív) információi és az objektív adatok alapján összeállítható az ok-okozati sor, amiből megállapítható a hibabehatárolási algoritmus. Amennyiben valamely információ (objektív vagy szubjektív) nem áll kellő mennyiségben és minőségben a műszaki állomány rendelkezésére, a hiba behatárolása, kijavítása a repülési szituáció elemzése elhúzódhat. A fent nevezett hiányosságok következtében az ellenőrző repülések száma megnövekszik. Figyelembe véve egy-egy felszállás jelentős költségeit, már korábban megkezdődött e problémakör tüzetes vizsgálata. Az elemzések bebizonyították, hogy a jelenleg alkalmazott fedélzeti adatrögzítő rendszerek alkalmasak a repülőgép általános műszaki állapotának meghatározására. Ezen rendszerek az általános (nem meghatározott rendszerre vonatkozó) adatrögzítőkhöz tartoznak. (Ez az adott repülőgépek műszerezettségének, technikai szintjének következménye.)
38
A gyorskiértékelés végrehajtásához szükséges (repülőgép mellett) paraméterek kiválasztását a SZU-22 repülőgépek üzemeltetése során szerzett tapasztalatok és a típus sajátosságai figyelembe vételével végeztem el, amelyet az 1. számú melléklett tartalmaz. A gép melletti gyorskiértékelést követően a rögzített információk megfelelő földi analízisét követően, egyetlen ellenőrző repülést követően (fedélzeten rögzített adatok alapján) elvégezhető a hiba behatárolása, majd a javítóbázison történő elhárítása és a szükséges szabályzások elvégzése. Ezen kívül az adatrögzítő rendszer segítségével közvetve és közvetlenül több fedélzeti rendszer esetleges működési rendellenessége is meghatározható. A repülőcsapatoknál az időszakos munkák és javítások után végzik a robotpilóta ellenőrzését és áttételi viszonyszámainak beszabályozását. Az ellenőrzés menete lassú és nehézkes, hisz 35-40 paramétert kell megvizsgálni, és szükség esetén beszabályozni. A fenti munkát nehezíti, hogy a tűrésmezők nagyon szélesek, és a szabályozandó paraméterek egymással kölcsönhatásban vannak. Lehetséges, hogy a nehézségek árán beszabályozott rendszer (minden szabályzott paraméter a tűrésmezőn belül helyezkedik el) a levegőben rendellenesen működik. Ilyen esetben sajnos valamennyi ellenőrzést elejétől kell kezdeni, hisz a konkrét viszonyszám megállapításában csak szubjektív információ áll rendelkezésre. Az említett nehézségek halmozottan jelentkeznek ott, ahol a repülőgépet teljesen szétszerelik, a rendszerek elemeit egyenként ellenőrzik, majd visszaszerelik, és azután hajtják végre a rendszer működési próbáját. Az igényeknek megfelelően kialakításra került egy új, korszerű, a maga nemében egyedi fedélzeti adatrögzítő és kiértékelő rendszert, amely a repülőgép meghibásodásainak elemzését, valamint a repülőszemélyzet kiképzésének és a repülés biztonságának javítását szolgálja. Az első kifejlesztett kiolvasó és kiértékelő rendszer Taszáron a Szu-22 típusú repülőgépek üzemeltetése során került alkalmazásra. Az 1994-től rendszerbe állított MiG-29 repülőgép fedélzeti adatrögzítő rendszere a TESZTER UL azonos volt a Szu-22 repülőgépével, így a fejlesztés első fázisa egyszerűbb volt. II. 3. 1. A TESZTER rendszer felépítése, működése A harci repülőgépeken alkalmazott adatrögzítő berendezések sorában generációs előrelépést jelentett a mágneses adatrögzítők családja. A teljesen új rögzítési elv és módszer lényegesen pontosabb és több paraméter rögzítését tette lehetővé, illetve teljesen új érzékelési és adatarchiválási lehetőséget nyújtott. Ez az eddigi gyakorlati tapasztalatok szerint sok előnyt jelent a korábbi adat-rögzítési és adat-feldolgozási megoldásokhoz képest. A magyar légierőnél először 1984-ben, a Szu-22M3 típusú, majd 1993-ban a MiG-29 típusú 39
repülőgépeknél találkoztunk ilyen elvi működésű fedélzeti adatrögzítővel, amelynek típusa 2 sorozatú TESZTER-U3, és TESZTER-U3-L. Az utóbbi rendszer rendeltetése a repülőgép-vezetési, navigációs paramétereinek és a fontosabb fedélzeti rendszerek üzemi paramétereinek, jeleinek mágnesszalagra történő leírása - a repülési idő függvényében. Ez az adatrögzítő képes 116 bemenő jelről 256 csatornán rögzíteni a bináris kódban „analóg jeleket” és „kétállapotú jeleket”. A fedélzeti rendszer lehetővé teszi az ellenőrzött rendszerekbe beépített adók feszültségeinek egymást követő mérését és kódolását. Az egyenfeszültség mérése kettes számrendszerű helyértékenkénti vizsgálattal, a frekvencia mérése, pedig az időmérés impulzuskódolási módszerével történik. Mivel a rögzítési lehetőségek nincsenek maximálisan kihasználva, ebből két dolog következik: egyrészt lehetőség van további analóg jelek és kétállapotú jelek rögzítésére, másrészt egy-egy paraméter rögzítése több csatornán történhet, amely tovább növeli a rögzítés pontosságát, és lehetővé teszi a gyorsan változó paraméterek rögzítését gyakoribb mintavételezéssel. A repülési paraméterek rögzítése a fedélzeten egy 100 m hosszú végtelenített fémszalagra történik. A rendszer az utolsó 3 óra repülési időt képes rögzíteni úgy, hogy a fejek fordítása és átkapcsolása a szalagvég elérésekor önműködően megy végbe. Az adathordozó fémszalagot -adatvédelmi és biztonsági okokból - egy hő-, vegyszer- és ütésálló páncélozott blokkban helyezték el. Az adatok levétele a repülőgép fedélzetérő egy hordozható, MN-P típusú magnetofon segítségével történt BK-2 típusú mágnesszalag-szalag kazettára. De ez rengeteg problémát okozott, lassú volt a kiolvasás, kiolvasás után elvesztek az adatok, így későbbi részletes analízisre nem volt lehetőség. Ezt a problémát már a Szu-22 típusú repülőgépnél kiküszöbölték egy TAVASZ-22 elnevezésű berendezéssel, melyet kisebb átalakítások után a MiG-29-hez használtak 1993-ig. A TESZTER adatok földi kiértékelését LUCS-71 rendszerrel hajtották végre. Ez a kiértékelés manuálisan történt, sablonok segítségével. Ez a módszer nagyszámú hibaforrást tartalmazott a kiérté-kelt paraméterek viszonylatában és az adatok archiválása nem volt megoldható. Így már a Szu-22 típusú repülőgép LUCS-71 adatfeldolgozó rendszerét a TISZA adatfeldolgozó rendszerrel helyettesítették. A végrehajtott repülési feladatok ellenőrzésére, megjelenítésére pedig kifejlesztették a TEMES rendszert. A TESZTER-rel rögzített repülési jellemzők Integrált Számítógépes Analízise (TISZA) kifejlesztésének célja egy olyan értékelő rendszer létrehozása volt, mely lehetővé tette a TESZTER típusú fedélzeti adatrögzítővel rögzített összes analóg és kétállapotú jel számítógépes feldolgozását. A fenti rendszerek mellett létrehoztak még egy speciális rendszert, amely a TAVASZ29 elnevezést kapta, ez jelenleg a MiG-29 típusú repülőgépek két felszállás közötti gyors értékelését, és a teljes repülési idő alatt rögzített információ kiolvasását és kiértékelését végzi.
40
A fenti rendszer nagyon sok előnnyel rendelkezik a LUCS berendezéshez képest, pl. adatfeldolgozás után a repülési adatok nem vesznek el, archiválhatók, és a későbbi vizsgálatok során teljes terjedelmükben rendelkezésre állnak. A fejlesztés első fázisában a Szu-22 típusú repülőgépnél alkalmazott TAVASZ-22 kiértékelő rendszer és TEKI-22 berendezés tovább fejlesztését kellett megoldani, hogy alkalmasak legyenek a MiG-29 típusú repülőgépek üzemeltetése során. A TAVASZ-22 rendszer kiértékelő programja DOS környezetben futott. A DOS programok korlátai miatt a program bővítése nehézkes és csak kis határok között volt lehetséges. Az alkalmazott egykártyás számítógép és program felépítése nem támogatta a VGA alkalmazást, valamint a nyomtatás is igen nehézkes volt. A szoftver nehezen kezelhető és fejleszthető rendszerre épült - napjainkra már túlhaladott. Az új rendszer kifejlesztésének szükségességét bizonyítja, hogy a régi TAVASZ még az 1992-es év számítástechnikai és üzemeltetési lehetőségeinek figyelembevételével készült egy más típusú repülő eszközhöz. A létrehozott rendszert TAVASZ -29-nek, a kiolvasó és a gyorskiértékelő berendezést pedig TEKI-29-nek nevezték el. Ezek a rendszerek üzemeltek 2000-ig Kecskeméten. Mindkét egység teljesen új fejlesztés eredményeként jött létre. A TEKI-29 fejlesztése során fő hangsúlyt az üzemeltetési elvárások kapnak. Így a kiolvasás egyszerűbbé de egyben biztonságosabbá válik. Több információt kap a kezelő a kiolvasás helyzetéről, lehetőség lesz az adatok újbóli, vagy adott időponttól történő kiolvasására. A kiolvasó egység memória bővítése biztosítja az igény szerinti repülési feladat rögzítését. A kijelzőn végrehajtásra kerülő változtatások elősegítették a gyorskiértékelés eredményeinek pontos figyelemmel kisérését. A TAVASZ-29 kiértékelő és archiváló program Windows környezetben fut. A Windows alapú szoftver ikon és menü-rendszer vezérelt, mely biztosítja a könnyű kezelhetőséget, megjelenítésben a több ablak egyszeri használatát, amely biztosítva az igényeknek megfelelő repülési paraméterek megjelenítését, feldolgozását és naplózását. A mobil egység a taszári és kecskeméti üzemeltetése során megfelelőnek bizonyult mind a külső geometriai és tömeg adatai mind a működési elvárások viszonylatában. II. 3.2 RAR rendszer eszközeinek megnevezése, rendeltetése, fejlesztés célja Az eszköz megnevezése: Repülési Adatfeldolgozó Rendszer (RAR-29) Az eszköz rendeltetése: MiG-29 harcászati repülőgép harci és UB változatainak fedélzeti adatrögzítő berendezései által rögzített adatok kigyűjtése, archiválása, számító-gépes kiértékelése, valamint az utólagos kiértékelések és elemzések elvégzése. A fejlesztés célja: A MiG-29 típusú repülőgéphez rendszeresített LUCS-71 földi adatrögzítő berendezés kiváltása korszerű számítástechnikai rendszerrel.
41
Az eszköz tervezett alkalmazási területei: Az eszköz teljes kiépítettségű változata az 59. Szentgyörgyi Dezső harcászati repülőezrednél (Kecskemét) került alkalmazásra. Az Univerzális Földi Adatelemző egyedi modifikációjából (UFA-E) egy-egy példány a MH. Légierő Vezérkarnál, a MH Repülőműszaki Szolgálatfőnökségnél és a HM. Katonai Légügyi Hivatalnál kerül alkalmazásra. A fejlesztés tárgyát nem képező eredeti orosz eszközök: • •
TESZTER U3-L: A MiG-29-es elfogó vadászrepülőgép fedélzeti adatrögzítője. ABZOR-MNSZ: eredeti orosz gyártmányú magnetofon, amely a TESZTER adatainak kiolvasását végezte.
RAR-29: A fejlesztés tárgyát képező eszköz, amelynek részei az alábbiak: • MAKI: Mobil Adatkiolvasó és Kiértékelő berendezés, amely biztosítja a TESZTER adatainak kiolvasását és rögzítését. Kialakítását úgy kell megvalósitani, hogy tegye lehetővé az ABZOR-MNSZ berendezés adatainak kiolvasását is. A MAKI a fedélzeti adatrögzítő adatainak kiolvasásán kívül biztosítja a kiolvasás után az előzetes adatkiértékelést, valamint a kiértékelés eredményeinek kijelzését. • UFA: Univerzális Földi Adatelemző rendszer, amely lokális hálózatba kapcsolt munkaállomásokból, az archiválást biztosító CD íróból, valamint a dokumentálást megvalósító színes nyomtatóból áll. A MAKI által a TESZTER-ről kiolvasott adatok az UFA-ra kerülnek áttöltésre Etherneten keresztül. Az UFA biztosítja a TESZTER-ről kinyert adatok meghatározott szempontok szerinti kiértékelését és elemzését, valamint az adatok dokumentálását és archiválását. • UFA-M: Univerzális Földi Adatelemző mobil változata, amely a MAKI-val együtt lehetővé teszi a fedélzeti adatok kiértékelését és elemzését nem saját repülőtéren. • UFA-E: Univerzális Földi Adatelemző egyedi modulja teljes értékűen megegyezik az UFA egy munkaállomásával. Funkciója az egyedi felhasználók részére biztosítani a fedélzeti adatok utólagos kiértékelésének és elemzésének lehetőségét.
II. 3.3. Harcászati műszaki követelmények a RAR-29 rendszerre vonatkozóan A MAKI teszt funkciója az alábbiakat valósítja meg: 1. Vizsgálja és kijelzi az adatrögzítésre álló memória területet, rögzítési időre átszámítva, percben. Amennyiben a rendelkezésre álló memória terület nem teszi lehetővé legalább 90 percnek megfelelő adat letöltését, adjon figyelmeztető jelzést a kezelő számára. A rendelkezésre álló memória területtől függetlenül lehetőség van az adatok letöltésére, amenynyiben a kezelő azt kezdeményezi, de a letöltés megkezdéséhez kétszeri megerősítést kér a kezelőtől. 42
2. Vizsgálja a beolvasott és mentett adatokat szintaktikai és szemantikai szempontok alapján, eltérés esetén hibajelzést ad. 3. Az adatok letöltése után kijelzi annak eredményét (hibás vagy hibátlan). 4. A készülék az adat beolvasása során jelzi az aktuális szalagirányt és olvasófej státuszt. 5. Biztosítja a szalagirány és olvasófej váltását, a megváltozott állapotokat a kijelzésben aktualizálja. 6. Az eszköz rendelkezik a beolvasást végző interfészek tesztelési lehetőségével. Adatfeldolgozás lehetőségei 1. A MAKI alkalmas a beolvasott adatok gyorskiértékelésére. A kiértékelés szempontjai módosíthatóak, és lehetőség van előre elkészített kiértékelési szempontok betöltésére. 2. Az eszköz úgy került kialakításra, hogy a meghatározott kiértékelési szempontok száma kb. 20%-kal bővíthető legyen, de a kiértékelési szempontok jellege nem. 3. 90 perces repülési időt figyelembe véve, az egyszeri adatletöltés és kiértékelés ideje ne haladja meg a 15 percet. 4. Az előzetes kiértékelés eredményei alapján minősíti a repülőgépet ÜZEMKÉPESSÉG-re. A kiértékelés eredményét a kijelző panelen jeleníti meg. 5. Biztosítja a gyorskiértékelés során tapasztalt eltérések lekérdezhetőségét és azonosíthatóságát hibakódok formájában. 6. A berendezés alkalmas több adatblokk (pl. több repülési feladat, hajtóművezések stb.) egymás utáni levételére. 7. Kijelzi a sikertelen adatbeolvasást. 8. Biztosítja az adatkeresést; (a repülési feladatok elejét illetve végét) 9. Biztosítja legalább 5 repülési feladathoz tartozó (1 repülési feladat 50 perc) repülési adat rögzítését, illetve időszakos tárolását. 10. Biztosítja szolgálati adatok (repülőgép oldalszáma, pilóta kódja, feladatszám) átjátszását a PC-be. 11. Az adatok törlődnek a MAKI memóriájából a PC-be történő beolvasásuk és biztonsági összehasonlításuk után. 12. Biztosítva van az eszköz zavarvédelme a külső elektromágneses erőterek zavaró hatásaitól az adatok repülőgép fedélzetéről történő levétele, illetve tárolása során az adatvesztések elkerülése érdekében; 13. A repülőgép fedélzeti akkumulátor kapcsolójának adatblokk betöltése közbeni véletlenszerű lekapcsolásakor fellépő addig levett teljes információvesztés küszöbölésre került, (T=8 másodpercig működik a TÁP) a kapcsoló visszakapcsolásakor a betöltést a megszakítástól lehet folytatni, nem kell elölről kezdeni az áttöltést.
43
Adatbeviteli konzol, display funkció 1. A berendezéshez rendelkezésre áll adatbeviteli konzol, amely lehetővé teszi a szükséges adatok bevitelét, valamint az előírt vezérlési és kezelési funkciók elvégzését. 2. Az adatok és státuszinformációk, megjelenítését úgy került megvalósításra, hogy azok minden napszakban jól láthatóak.
II. 4. ábra. MAKI kiolvasó és gyorskiértékelő berendezés kezelőpultja.
44
III. Fejezet
REPÜLŐGÉPEK MOZGÁSÁNAK ELMÉLETI ALAPJA
III. 1. A REPÜLŐGÉP TÉRBELI MOZGÁSÁNAK EGYENLETEI
A repülőgép mozgását két mozgás formájában képzelhetjük el: a tömegközéppont adott pályán történő és a repülőgép, mint szilárd test e középpont körüli mozgása. A mozgások hat szabadságfokkal rendelkeznek [55, 63, 70, 72, ] A tömegközéppont helyzetét egy adott koordinátarendszerhez viszonyítva, lineáris koordináták határozzák meg: a H repülési magasság, X megtett út, Z oldaleltérés. A lineáris koordináták mellett még szögkoordináták is jellemzik a repülőgép helyzetét. Ezen kívül még figyelembe kell venni a repülés azon paramétereit is, amelyek a repülőgép mozgását a levegőhöz viszonyítva jellemzik: V sebesség, α állásszög, β csúszásszög. A kormányzott repülés végrehajtása céljából változtatni kell a repülőgépre ható F erőket és M nyomatékokat. A feladat végrehajtása céljából a mozgás pillanatnyi paramétereit állandóan összehasonlítják a szükséges paraméterekkel, majd az összehasonlítás eredményeként vezérlő jeleket alakítanak ki. A repülőgép bonyolult mozgását egy sor egyszerű mozgásra bontják és így tanulmányozzák valamennyit. A légi járművek repülésdinamikájának vizsgálatát derékszögű és polárkoordináta-rendszerek segítségével végzik [94, 95, 96, 98]. A repülőgép egyenleteinek meghatározására a következő koordinátarendszereket használják fel: A) Földi koordinátarendszer. B) Földi koordinátarendszer a repülőgép tömegközéppontú origóval. C) Repülőgéppel összekapcsolt koordinátarendszer. D) Sebességi koordinátarendszer. A repülőgép térbeli mozgását tanulmányozva a földi koordinátarendszerhez viszonyítva az idő függvényében, a kinematikai törvényszerűségeket is figyelembe véve két derékszögű koordinátarendszert használnak: földi és repülőgéppel összekapcsolt koordinátákat. A repülőgép tömegközéppontját az O X 0Y 0 Z 0 koordinátarendszerben három lineáris koordináta: L megtett út, Z oldaleltérés, h repülési magasság, és a repülőgéppel összekapcsolt O X 1 Y 1 Z 1 koordinátáknak, a földi koordináta rendszerhez viszonyított szögkoordináták: ψ irány, ϑ bólintási és γ bedöntési szöge határozzák meg. A repülés folyamán fontos paraméter az α állásszög és a β csúszásszög.
45
Kinematikai összefüggés, amely összekapcsolja a ϑ bólintási, α állás és θ pályaszögeket (az egyenletek számozása III. 1.1 helyett a továbbiakban csak 1.1 stb):
ϑ =Θ +α
(1.1)
A repülőgép földi koordinátarendszerhez viszonyított mozgásának teljes elemzéséhez a kinematikai egyenletek nem elegendőek, szükséges még ismerni a repülőgépre ható erők és nyomatékok megoszlását. Ezek a repülőgép stabilitását és kormányozhatóságát határozzák meg. [42, 64, 66, 112, 113, 115]
III. 1. ábra Koordinátarendszerek
A dinamika a rendszerek mozgása közötti kapcsolatot a rájuk ható erők, és nyomatékok figyelembevételével vizsgálja, a repülőgép térbeli mozgását leíró matematikai modell létrehozását teszi lehetővé. A merev repülőgép térbeli mozgásegyenleteit megkaphatjuk az impulzus megmaradás (1. 2) és a perdület-tétel (1.3) törvényeiből. m
dV = ∑F dt
46
(1.2)
dπ = ∑M dt ahol m
(1.3)
a repülőgép tömege
V
tömegközéppont mozgási sebessége
∑F
a repülőgépre ható erők eredője
π = Iω
a repülőgép perdületének nyomatéka
I
a tehetetlenségi tenzor
∑M
a külső erők eredő nyomatéka
A repülőgép térbeli mozgását hat dinamikai egyenlet írja le. A repülőgép mozgásegyenleteit felírjuk a test koordinátarendszerben (OXYZ). Ezeket komponens egyenleteknek nevezzük:
( m (V m (V
) −ω V )=F −ω V ) = F
m Vx + ω yVz − ω zVy = Fx y
+ ω zVx
z
+ ω xVy
x
z
y
y
x
z
(1.4)
ahol Fx Fy F z a külső erők vektorának vetülete a test koordinátarendszer tengelyeire. A forgó mozgás egyenletei (OXYZ) rögzített koordinátarendszer tengelyei körül:
I x ωx + ( I z − I y ) ω y ωz = M x I y ω y + ( I x − I z ) ωx ωz = M y
(1.5)
I z ωz + ( I y − I x ) ωx ω y = M z ahol M x M y M z a külső erők nyomatékának komponens összetevői. Ezen egyenletrendszereket két különböző mozgásra lehet szétbontani: 1) Hosszirányú mozgásra:
X 1 és Y1 mentén mozog, és az O Z 1 tengely körüli forgásra. 2) Oldalirányú mozgásra:
Z 1 mentén mozog, és az X 1 és Y 1 körüli forgásra.
47
III. 2. A REPÜLŐGÉP HOSSZIRÁNYÚ MOZGÁSEGYENLETEI
Az oldalirányú mozgás hatása a hosszirányú mozgásra elhanyagolható
(V ,ω ,ω )≡0 z
x
y
Ha áttérünk a sebességi koordinátarendszerre, akkor V x = V , V y = 0 és
dωz =Θ dt
(1.6)
akkor kapjuk
dV = ∑ Fx dt m V ω z = ∑ Fy
(1.7)
Iz
(1.9)
m
dωz = ∑Mz dt
(1.8)
A mozgásegyenletek
m V = P cos α − X a − m gsin Θ m V Θ = Ya + P sin α − m g cos Θ I z ωz = M z , ϑ = ωz Vxg = V cos Θ
(1.10)
Vyg = V sin Θ
α =ϑ − Θ Az egyenletrendszer továbbra is nemlineáris marad, mivel trigonometrikus összefüggéseket tartalmaz, az aerodinamikai erők és nyomatékok együtthatói szintén nemlineáris függvények. III.2.1. A hosszirányú mozgásegyenletek linearizálása Tételezzük fel: 1. Zavarásmentes állapotban V = 0 , Vb = 0 . 2. A repülőgép tömegét és tehetetlenségi nyomatékait állandónak vesszük. Legyen a kiindulási stacionárius állapot állandó magasságokon végrehajtott egyenes vonalú egyenletes repülés. Ebben a kiindulási állapotban a változókat jelöljük „0” indexszel. A mozgásegyenletek linearizálása V 0 ; P0 ; α 0 , … állandó értékekkel jellemezhető, és a zavartalan mozgáshoz viszonyítva a mozgás kismértékű változásait vesszük figyelembe ∆V ; ∆P ; ∆α , … A kis zavarások módszerével a változókat a következő alakban írhatjuk fel: 48
V = V0 + ∆V , P = P0 + ∆P, α = α 0 + ∆α , … Mivel a kiindulási állapot paramétereinek deriváltjai nullával egyenlők, ezért egyértelműek a következő kifejezések: V = ∆V ,ϑ =∆ϑ és így tovább. Az erők és nyomatékok linearizálásánál figyelembe kell venni, hogy azok linearizálása a nyugalmi pontban történik. Ez az adott pillanatban megfelel az egyenes vonalú egyenletes mozgásnak, csúszás nélkül, így ezek a mennyiségek szintén egyenlők nullával. Az aerodinamikai erők és nyomatékok, mint ismeretes, a következő állandók segítségével határozhatók meg:
Ya = c ya ahol X a Ya Mz cx a c ya mz S bA
ρV2 2
S ; X a = cxa
ρV2 2
S ; M z = mz
ρV2 2
S bA
(1.11)
légellenállási erő aerodinamikai felhajtóerő a bólintási nyomaték légellenállási tényező aerodinamikai felhajtóerő tényezője bólintási nyomaték együtthatója a szárny felülete közepes aerodinamikai húr (KAH)
Az aerodinamikai erők és nyomatékok együtthatóira a következő összefüggést lehet felírni: c y ≅ c y a (V , h , α ) , a
c x a ≅ c xa (V , h , α ) ,
(1.12)
m z = m z (V , h , α , α , ω z , δ B ) .
A hajtómű tolóerejére a következő összefüggést lehet felírni:
P = P (V , h, δ p )
(1.13)
Az (1.10) egyenletrendszer első egyenletének linearizálása.
m
dV = P cos α − X a −m g sin Θ dt
d ( V0 + ∆V ) dt
=
dV0 d ∆V d ∆V + = , dt dt dt
ahol
dV0 = 0. dt 49
(1.14) (1.15)
Behelyettesítve az (1.14) egyenletbe az (1.15) kifejezést kapjuk
m
d ∆V = P0 + ∆P cos ( α 0 + ∆α dt
(
)
(
cos α 0 + ∆α
m
)−(
)=
X a0 + ∆X
) − m g sin ( Θ
0
+ ∆Θ
)
(1.16)
cos α 0 cos ∆α − sin α 0 sin ∆α
(1.17)
sin ( Θ0 + ∆Θ ) = sin Θ0 cos ∆Θ + cos Θ 0 sin ∆Θ
(1.18)
d ∆V = P0 cos α 0 cos ∆α − P0 sin α 0 sin ∆α + ∆P cos α 0 cos ∆α dt − ∆P sin α 0 sin ∆α − X a0 − ∆X − m g sin Θ0 cos ∆Θ
(1.19)
− m g cos Θ0 sin ∆Θ Legyen sin∆α ≈ ∆α ; cos∆α ≈ 1
(1.20)
Az (1.19)–(1.20) egyenletekből kapjuk
m
d ∆V = − P0 sin α 0 ∆α + ∆P cos α 0 − ∆X − m g cos θ 0 ∆θ dt
(1.21)
továbbá X =X
( V , h, α )
(1.22)
Feltételezzük, hogy a linearizálni kívánt függvény nemlineáris összefüggései a kiindulási stacionárius állapotban és annak környezetében akárhányszor differenciálható így azok Taylor-sorba fejthetők. A munkapont körüli változásokra szorítkozva a magasabb rendű tagokat elhanyagoljuk. Sorba fejtjük az (1.13) és (1.22) nemlineáris függvényeket ⎛ ∂ ∆P ⎞ ⎛ ∂ ∆P ⎞ ⎛ ∂ ∆P ⎞ P = P0 + ⎜ ∆V + ⎜ ∆H + ⎜ ⎟ ⎟ ⎜ ∂ δ p ⎟⎟ ⎝ ∂ V ⎠V = V0 ⎝ ∂ h ⎠ h = h0 ⎝ ⎠δ p
Vezessük be a következő általános kifejezést
∆δ p
(1.23)
= δ p0
∂F = F x , akkor kapjuk, ∂X δ
P = P0 + PV ∆V + P h ∆h + P p ∆δ p
(1.24)
vagyis a következő egyenletet kapjuk
m
d ∆V δ = − P0 sin α 0 ∆α + PV ∆V + P h ∆h + P p ∆δ p cos α 0 dt − ( X V ∆V + X h ∆h + X α ∆α ) − m g cos Θ0 ∆Θ
(
)
50
(1.25)
A második egyenlet linearizálálásakor feltételezzük, hogy P = P ( V , h
)
vagyis elhanya-
δp
goljuk a nehézségi erőt a vezérlőkarok helyzetétől ( P δ p sin α ≈ 0) . A hosszirányú mozgás lineáris modellje a következő: δ
V + aVx V + axΘ Θ + aαx α + axh h = ax p δ p Θ + aVy V + a Θy Θ + aαy α + a yh h = 0
ω z + amV V + amΘ Θ + amω ω z + amα α + amh h = amδ δ B z
z
z
(1.26)
B
z
z
z
z
α − aVy V − a Θy Θ − ω z − aαy α − a yh h = 0 h = aVh V + ahΘ Θ = 0 Az (1.26) egyenletrendszert néha szokás kiegészíteni ϑ = ω z ; ϑ = θ + α ami lehetővé teszi a pályaszög kizárását. Így a következő egyenletrendszert kapjuk:
(
) )α + a h = a )α − a h = 0
δ
V + aVx V + aθx ϑ + aαx − axΘ α + axh h = ax p δ p
ω z + amV V + amΘ ϑ + amω ω z + ( amα − amΘ z
z
z
z
z
z
α
Θ y
α − a V − a ϑ − ωz − ( a y − a Θ y
V y
h mz
δB
mz
δB
(1.27)
h y
h + ahV V + ahΘϑ − ahΘα = 0 Az (1.26) egyenletrendszer derivatív együtthatói, amelyek a hosszirányú mozgást írják le, a következők: aVx =
1 ⎛ V V ⎞ cos α V g P ; aθx = cos θ ; ⎜ cxa + cxa ⎟ − τa ⎝ 2 m V ⎠ cαxa
δ
P sin α Pp δ ax = ; ax p = cos α ; + 2τ a mV mV α
V ⎡τ a PV cos α ⎛ 1 ⎞ Vcxa ⎤ − cxa ⎜1 + ⎢ ⎥; ⎟− m 2 ⎥⎦ R0T h ⎠ ⎝ ⎣⎢ 1 ⎛ V V ⎞ PV g V sin α ; a Θy = − sin Θ ; a y = − ⎜ c ya + c y a ⎟ − 2 V τa ⎝ ⎠ m
VT h a = 2Th h x
VT h a = 2Th h y
aαy = −
V ⎡τ a PV sin α ⎛ 1 ⎞ Vc ya ⎤ + c ya ⎜ 1 + ⎢ ⎥; ⎟+ 2 ⎥⎦ m R0T h ⎠ ⎢⎣ ⎝
cαya 2τ a
−
P cos α ; mV
b b ⎛ ⎞ aVmz = − χ ⎜V mVz +2m z + A mαz aαy ⎟; amΘz =− χ A mαz a Θy ; V V ⎝ ⎠
51
(1.28)
amh z
(
)
b ⎛ ⎞ amα z = − χ ⎜ mαz + A mαz aαy ⎟ ; V ⎝ ⎠ ⎡ ⎛ 1 ⎞ ⎤ bA α h ⎪⎫ ⎪⎧VT h mz a y ⎬ ; =χ⎨ τ a ⎢ mVz V + 2mz ⎜1 + ⎟⎥ − R0T h ⎠ ⎦⎥ V ⎝ ⎪⎩ 2Th ⎣⎢ ⎭⎪
amωzz = − χ
bA ωz mz + mαz ; V
amδ Bz = χ mδz B ; ahV = −
sin Θ
τa
cos Θ ;
; ahΘ = −
ρ V2
χ=
τa
2
S
bA ; Iz
τa =
m . ρVS
Az (1.27) differenciális egyenletrendszer a következő mátrix alakban írható fel
x = A x + Bu
(1.29)
ahol δ
−aVx −aVy
−axΘ − a Θy
0 0
− aαx − aαy
− axh − a yh
x = ω z ; A = −aVmz
−amΘz
− amωzz
−amα z
−amh z ; u = amδ Bz δ B .
a Θy
1
aαy
a yh
0
0
0
0
0
V Θ
α
aVy
h
−a
Θ h
−a
V h
ax p δ p 0
Az (1.29) egyenlet és az (1.27) összefüggés teljes egészében leírja a repülőgép hosszirányú mozgását. A gyakorlatban az axh ; a yh ; amh z el lehet hanyagolni, ami leegyszerűsíti a matematikai modellt, mivel a kinematikai egyenlet h + ahV V + ahΘ Θ = 0
(1.30)
nincs hatással az egyenletrendszer többi egyenletére. Alkalmazva a Laplace transzformációt ehhez az egyenletrendszerhez nulla kezdeti feltételek mellett, a hosszirányú mozgás matematikai modelljét a következő alakban kapjuk.
(s + a ) V (s) + a Θ (s) + a α (s) = a a V (s) + (s + a ) Θ(s) + a α (s) = 0 a V (s) + a Θ(s) + (s + a ) ω (s) + a α (s) = a − a V (s) − a Θ (s) − ω (s) + (s − a ) α (s) = 0 Θ x
V x
V y
mz
Θ y
x
α
z
mz
m δB (s)
δB
α
z
y
Az (1.30) egyenletnek a következő karakterisztikus egyenlet felel meg.
52
δp
y
ωz
Θ mz
V mz
δp
x
α
Θ y
V y
α
z
(1.31)
(s + a )
axΘ
aVy
(s + a )
aVmz
amΘz
(s + a )
amα z
− aVy
− a Θy
− 1
(s − a )
V x
D (s) =
Θ y
0
aαx
0
aαy ωz
mz
=
(1.32)
α y
= s + q3 s + q2 s + q1 s + q0 = 0 4
3
2
ahol
(
) ( ) ( ) ⎡a ( a − a ) − a ( a − a )⎤ + ( a a − a a ) + ( a a ⎣ ⎦ (a − a ) − a (a − a ) + a + a (a + a − a )
q0 = amα z aVx a Θy − axΘ aVy + amΘz aαx aVy − aVx aαy + aVmz axΘ aαy − aαx a Θy q1 = amωzz q2 = aVy
V y
α x
α x
Θ x
Θ x
V x
V x
α y
α y
Θ y
Θ y
V x
α
ωz
mz
mz
α
α
mz
x
V x
Θ y
Θ α y mz
V mzz
− aαy amΘz
)
α y
q3 = amωzz + aVx + a Θy − aαy
(1.33)
A karakterisztikus egyenletnek öt gyöke van. Az egyik egyenlő nullával. Ez azt jelenti, hogy a repülőgép semlegesen viselkedik a magasságváltozást illetően (aerodinamikai erők és nyomatékok nem függenek a magasságtól). A többi négy gyök komplex konjugált és jelentős mértékben különbözik egymástól. Ezért a hosszirányú mozgás tranziens folyamatát két mozgásformában írhatjuk le: hosszú periódusú (sebesség szerint) és rövid periódusú (állásszög szerint). III.2.2. A hosszirányú mozgás átviteli függvényei Az automatikus irányítási rendszerek analízise és szintézise során széles körben használatosak az átviteli függvények. Átviteli függvénynek nevezik azt a viszonyt amely a kimeneti értékeket írja le a bemeneti értékek nulla kezdeti feltételei mellett. Azonban a repülőgép átviteli függvényeiben a bemeneti értékek (a bólintási irány elfordulását) ellentétes előjellel veszik [80, 82, 94]. Ezt azzal lehet megmagyarázni, hogy az aerodinamikában ezt az irányt veszik a pozitívnak. Például WϑB ( s ) =
ϑ (s) . − δB (s)
Az átviteli függvények lehetőséget adnak a tranziens (átmeneti) folyamatok és frekvenciajellemzők tanulmányozására. A repülőgép mozgására vonatkozóan pedig a rövid és hoszszú periódusú, valamint a bedöntés és elfordulás szerinti mozgásainak vizsgálatára.[119] A repülőszerkezetekre ható külső zavarás legyen függőleges irányú széllökés.
53
Kezdetben a repülőszerkezet tehetetlensége miatt a repülés sebességének abszolút értéke V , valamint a pályaszög Θ gyakorlatilag nem változik. Ekkor az állásszög α és a bólintási szög ϑ intenzív változását figyelhetjük meg. Mivel az állásszög és a bólintási szög nagy frekvenciával változik, tehát a vizsgált paraméterek (α ; ϑ ) periódusideje kicsi, ezért ezt a mozgást szokás rövid periodikus mozgásnak nevezni (RPM). A rövid periodikus mozgás befejeztével jelentőssé válik a repülés sebesség vektorának (abszolút értékének V és irányának Θ) megváltozása. Mivel ekkor az állásszög állandónak tekinthető, ezért a pályaszög változása követi a bólintási szög változását: ϑ = Θ + α . Ez a mozgás kisfrekvenciájú, nagy periódusidővel rendelkezik, ezért szokás hosszú periodikus mozgásnak nevezni. Az eddig elhangzottak alapján a rövid periodikus mozgásra igaz: ∆V ≈ 0; ∆Θ ≈ 0 . Az (1.31) egyenletrendszer összefüggéseiben az aVy , amV z , a Θy , amΘz állandókat el lehet hanyagolni. Ez lehetővé teszi, hogy a rövidperiódusú hosszirányú mozgásra egy egyszerű modellt kapjunk.
( s + a )ω ( s ) + a α ( s ) = a − ω (s) + (s − a ) α (s) = 0 ωz
mz
z
α
δB
mz
mz
δB (s)
α
z
(1.34)
y
ahol amωzz , amα z , aαy állandók, a repülőgép hosszirányú csatornájának erős összefüggései. A repülőgép ω z szerinti átviteli függvénye WωBz ( s ) =
ωz ( s ) − δB (s)
Az (1.34) egyenletrendszerből a CRAMER szabály segítségével határozzuk meg az átviteli függvényt:
ωz =
D1 =
Dωz =
s + amωzz −1
amα z s − ay
amδ Bz δ B ( s ) 0
α
(
= s + amωzz
amα z α
s − ay
Dωz D1
) (s − a ) + a α
α
y
mz
= ( s − aαy ) amδ Bz δ B ( s )
ahol a1 = amωzz − aαy ; a2 = amα z − aαy amωzz . Tehát 54
= a0 s 2 + a1 s + a2 = 0
(1.35)
(1.36)
Dωz
ωz =
D1
( s − aαy )amδ Bz δ B ( s )
=
(1.37)
a0 s 2 + a1 s + a2
Az (1.36) egyenletnek, amely a rövidperiódusú hosszirányú mozgást leírja, a következők a megoldásai:
ωz ( s ) = α (s) =
(
amδ Bz s − aαy
)
a0 s + a1 s + a2 2
amδ Bz a0 s 2 + a1 s + a2
δB (s)
(1.38)
δB (s)
(1.39)
Vezessük be a következő jelöléseket
amδ Bz KB 1 B ; TΘ = − α ; Kα = − 2 ; KωBz = α . ωα = a2 ; ξ a = TΘ ωα ay 2 a2 a1
2
(1.40)
Figyelembe véve az (1.27), (1.38), (1.39), (1.40), összefüggéseket megkapjuk az átviteli függvényeket bólintási, irány és bedöntési szögek alapján.
α (s) KαB ωα2 = Wα ( s ) = − δ B ( s ) s 2 + 2ξα ωα s +ωα2
(1.41)
ωz ( s ) KϑB ωα2 (TΘ s + 1) Wω ( s ) = = − δ B ( s ) s 2 + 2ξα ωα s + ωα2
(1.42)
B
B z
ϑ (s) KϑB ωα2 (TΘ s + 1) 1 Wϑ ( s ) = Wωz ( s ) = = 2 s − δB (s) s + 2ξα ωα s + ωα2 s B
B
(
Θ(s)
WΘB ( s ) = WϑB ( s ) − WαB ( s ) =
− δB (s)
(1.43)
)
=
KϑB ωα2
( s + 2ξ ω 2
α
2 α s + ωα
)s
(1.44)
ahol Kϑ = B
amδ Bz
α
ay = −
ωα2
amδ Bz
ωα2 TΘ
Határozzuk meg a repülőgép átviteli függvényét az n y normál túlterhelés szerint, amely igen fontos szerepet játszik a repülési folyamatok irányításában. B ny
W ahol K nBy = KαB
(s) =
ny ( s )
− δB (s)
=
K nBy ωα2 s 2 + 2ξα ωα s + ωα2
V a túlterhelés arányossági tényezője. gTΘ 55
(1.45)
III.3. A BÓLINTÁSI ROBOTPILÓTA HATÁSVÁZLATA ÉS A REPÜLŐGÉPRE HATÓ ZAVARÁSOK
A repülőgép robotpilótájának általános csatornája a zárt automatikus rendszer tartalmaz funkcionálisan szükséges elemeket: mérőelemeket (információadók, bemeneti egység hatása a vezérlésre), közbenső elemeket (erősítők, különbségképzők). Ezen kívül a robotpilóta állományába különféle korrekciós elemek is tartozhatnak (visszacsatolások), ellenőrző szervek, stb. A visszacsatolások típusától függően megkülönböztetünk merev, sebességi és ernyedő visszacsatolású robotpilótákat. A robotpilótákat nem csak visszacsatolások szerint lehet osztályozni, hanem az irányítási törvény alapján is. A csatornák, amelyek alkalmaznak szöget és szögsebességet, azokat a csatornába való derivált bevezetésének nevezik az irányítási törvényben. Ha szöget, szögsebességet, szöggyorsulást alkalmaznak, akkor azokat a csatornába való első és második derivált bevezetésének nevezik az irányítási törvényben. Ha az irányítási törvényben van integrál, akkor azt arányos integráló (PI) szabályozónak nevezik. Mindezek után nézzük meg a bólintási szög automatikus irányítását. A bólintási szög irányítása során két mozgás van jelen: a repülőgép hosszirányú tengelyének elfordulása a merőleges tengely körül és a tömegközéppont sebességvektorának elfordulása a függőleges síkban. A repülőgép elfordulása a merőleges tengely körül a hosszirányú nyomatékok hatására jön létre, amelyet a magassági kormánnyal lehet létrehozni, valamint a sebességvektor elfordulása - a normál erők hatására. A repülőgép hosszirányú elfordulása esetén ϑ szögre és a sebesség vektornak Θ szögre, akkor megváltozik az α állásszög, amely a nyomaték statikus stabilitásának megváltoztatásához vezet és a felhajtóerő megváltoztatásához. Tehát a bólintási szög folyamatának irányítása a következőkhöz vezet. A magassági kormány kimozdításakor δ B = Kϑ (ϑ − ϑa ) szögre (merev visszacsatolást feltételezve) hosszirányú nyomaték jön létre, amely arányos a ϑ − ϑa illesztetlenséggel, amelynek hatására a repülőgép hosszirányú tengelye a ϑ − ϑa érték csökkenése felé fog elfordulni. A repülőgép hosszirányú tengelyének elfordulásakor a sebességvektor eleinte nem változtatja az irányát, ezért az állásszög növekményt kap. Ennek következtében fellép a levegő csillapító nyomatéka, amely megegyezik a kormánynyomaték előjelével, megpróbálja a repülőgép hosszirányú tengelyét visszafordítani a ϑ = ϑa helyzetbe. A repülőgép mozgása a kormánynyomaték és a levegő csillapító nyomatékának hatására, csillapítási nyomaték lép fel, amely arányos a ϑ szögsebességgel és a mozgó nyomatékok irányába van irányítva. 56
Az irányítási folyamat javításához a csillapító nyomatékot kell növelni az irányítási törvénybe a megfelelő jel bevezetésével, amely arányos a szögsebességgel. A csillapító automaták a rövidperiódusú mozgások és az intenzív aperiodikus mozgás csillapítására szolgálnak. A rövidperiódusú hosszirányú mozgást a bólintási sebesség szerint az (1.42) átviteli függvény írja le, amelyet a következő formában mutatok be (az egyenletek számozása III.3.1 helyett a továbbiakban 3.1, 3.2 stb.)
Wϑ ( s ) = B
KϑB (TΘ s + 1) ωα2 s 2 + 2ξα ωα s + ωα2
(3.1)
ahol KϑB = KωBz = KαB TΘ−1 , T Θ a repülőszerkezet paramétereitől függő időállandó. A csillapítási tényező ξ α függ a repülési állapottól, de gyakorlatilag mindig kisebb mint a kézi irányításkor használt érték körülbelül 0,7. A csillapítási tényezőt megnövelni a csillapítóval lehet. A rövidperiódusú csillapítatlan mozgás frekvenciája ω α arányos a repülési sebességgel V és csökken a repülési magassággal. ω α értéke arányos körülbelül ρ . A csillapítási tényező ξ α a sebességtől nem függ, de változik a repülési magassággal. A rövidperiódusú mozgások csillapítása szintén arányos a ρ -val. A T Θ értéke is változik a repülési állapotok függvényében, amely a repülőgép hosszirányú mozgásának manőverező képességét jellemzi. Ez az érték csökken a repülési sebesség növekedésével (a közép és alacsony magasságokban fordítottan arányos a sebességgel) és növekszik a magasság növekedésével (körülbelül ρ -val fordítottan arányos). A III.2. ábra a bólintási csillapító automata hatásvázlatát szemlélteti:
III.2 ábra A zárt rendszer átviteli függvénye a következő:
57
KϑB (TΘ s + 1) ωα2 Wϑ ( s ) = B
1+
s 2 + 2ξα ωα s + ωα2 KϑB (TΘ s + 1) ωα2 s + 2ξα ωα s + ωα 2
2
= Kϑ
B ϑA
W
KϑB ωα2 (TΘ s + 1)
(
)
(
s 2 + 2ξα ωα + Kϑ KϑB TΘωα2 s + ωα2 1 + Kϑ KϑB
(s) =
KϑB ωα2 (TΘ s + 1)
)
(3.2)
s 2 + 2ξα' ωα' s + ωα' 2
ahol
ωα' = ωα (1 + Kϑ KϑB )
0.5
ξα' = (ξα + 0.5Kϑ KϑB ωα TΘ ) (1 + Kϑ KϑB )
(3.3) −0.5
(3.4)
Nézzük meg a (3.2) átmeneti függvényt egységugrás alakú alapjelre, amelyet a III.3. ábra szemléltet.
III.3. ábra
Pl.: h = 12 km, M = 0.9 KϑB = 1.5 grad s ; ξα = 0.2 ; ωα = 2.5 1 s ; TΘ = 2s csillapítás nélkül, Kϑ = 0.2 ; ξα' = 0.8 ; ωα' = 2.85 ; TΘ = 2s ; csillapítással.
58
A bólintási robotpilóta merev visszacsatolással (BRMV), elsőfokú derivált bevezetésével az irányítási törvénybe a következő képen írható fel:
δ B ( s ) = − Kϑ (ϑa − ϑ ) + Kϑ sϑ ahol ϑ
ϑa Kϑ sϑ Kϑ
(3.5)
bólintási szög pillanatnyi értéke bólintási szög adott értéke bólintási szög szerinti áttételi szám kereszttengely körüli szögsebesség operátoros alakban szögsebesség szerinti áttételi szám
ϑ − ϑ a hibajel K ϑ sϑ csillapító jel A (3.5) egyenletet megvalósító bólintási robotpilóta hatásvázlata a következő
III.4. ábra
A rendszer zárt belső hurokjának átviteli függvénye, figyelembe véve, hogy az ekvivalens csillapítási tényező ξα© = 1 akkor a következő alakra hozható. WϑA ( s ) = B
KϑB ωα2 (TΘ s + 1)
(
s + ωα'
)
2
(3.6)
A felnyitott rendszerre a következő átviteli függvény írható fel.
Wϑ ( s ) =
Kϑ KϑB ωα2 (TΘ s + 1)
(
s s + ωα'
)
2
(3.7)
Ismeretes, hogy a felnyitott kör logaritmikus amplitúdó fázis karakterisztika (LAFK) átmeneti függvénye a metszési körfrekvencia értékén –20dB/dek dőléssel kell rendelkeznie. A koordinátapontok kapcsolata ezen a szakaszon az alacsony és magas frekvenciájú részeken a LAFK ki kell, hogy elégítse a következő feltételt:
1.25ωc a ≤ ωc ≤ 0.25ωc m
(3.8)
ahol ω c a metszési körfrekvencia, ω c a az alacsony frekvencia, ω c m a magas frekvencia. 59
Az átmeneti folyamat ideje a rendszerben a felnyitott kör vágási körfrekvenciájával határozható meg a rendszer paramétereitől és a struktúrájától függően a következő határok között van:
π 3π ≤ tp ≤ ωc ωc
(3.9)
A nyílt vezérlő rendszer átviteli függvénye (3.7) alapján határozzuk meg a Bodediagramot és végezzük el a rendszer dinamikai tulajdonságainak vizsgálatát. A III.5. ábra (lásd CD-mellékletek III.5. ábra) analízise során a következőket vonhatjuk le, hogy a –20 dB/dek szakasz a TΘ időtől balra helyezkedik el. A TΘ a repülési állapottól függően változik és a következő értékeket veheti fel néhány tized másodperctől 10 másodpercig a repülőgép típusától függően. A vágási körfrekvenciát a következő egyenlet alapján érdemes kiválasztani:
ωc = 0.9TΘ−1
(3.10)
T Θ időállandó fordítottan arányos a ρV kifejezéssel, következésképpen a rendszer vágási körfrekvenciája a repülési állapottól fog függeni. A (3.1) átviteli függvény alapján, figyelembe véve az integráló típusú szabályozót, amely nem rendelkezik merev visszacsatolással a vágási körfrekvenciára a következőt kapjuk.
ωc =
Kϑ KϑB ωα2
(3.11)
ωα' 2
egyenlővé téve a (3.10) és a (3.11) egyenletek jobb oldalait a bólintásra a következő átviteli számot kapjuk
Kϑ =
0.9ωα' 2 KϑB ωα2 TΘ
(3.12)
Figyelembe véve a vágási körfrekvencia értékét, a (3.10) egyenlet alapján, és a logaritmikus frekvencia karakterisztika gyenge hatását az átmeneti folyamatokra, ha a frekvencia 1 ω > 4ωc , akkor a zárt hurok saját frekvencia értéke a következő ω α' = 10 , ξ α' = 1. s Az irányítási hurok paramétereinek értéke esetén ( ξ α = 1 , ω α' = 10 '
1 , ω cp = 0. 9 TΘ− 1 ), a s
következő egyenleteket kapjuk
Kϑ =
10a − ξα ωα 0.5KϑB ωα2 TΘ
(3.13)
90a 2 KϑB ωα2 TΘ
(3.14)
Kϑ =
60
ahol a = 1 1/s a mértékegységet meghatározó együttható. Ha némely állapotban ωα > 10 1 s akkor a (3.13) egyenlet eredményei negatívok lesznek és a Kϑ , Kϑ a következő formulát alkalmazzuk.
Kϑ =
1 − ξα 0.5KϑB ωα TΘ
(3.15)
0.9 KϑB TΘ
(3.16)
Kϑ =
Az átmeneti folyamat ideje a következő lesz. t p ≈ ( 3 ÷ 4 ) TΘ
(3.17)
A zárt rendszer átviteli függvénye a bólintási szögre. Φϑϑa ( s ) =
Wϑ ( s )
1 + Wϑ ( s )
=
Kϑ KϑB ωα2 (TΘ s + 1) s 3 + a2 s 2 + a1 s + a0
(3.18)
ahol a0 = Kϑ KϑB ωα2 a1 = ωα' 2 + Kϑ KϑB ωα2 TΘ a2 = 2ωα'
Nézzük meg a (3.18) átmeneti függvényt egységugrás alakú alapjelre amelyet a III.6. ábra szemléltet. Ha zavaróhatás hat a bemenetre (III.7. ábra. Bólintási irányító szerv), mint ennek a szervnek az ekvivalens eltérése, a bólintási szög stabilizációs hibáját eredményezi, amely egyenlő
∆ϑ f ( s ) = ΦϑB ( s ) δ B f ( s ) =
KϑB ωα2 (TΘ s + 1) s 3 + a2 s 2 + a1 s + a0
δB f (s)
(3.19)
állandósult állapotban van helye a statikus hibának.
∆ϑ f 0 = ΦϑB ( 0 ) δ B f 0 =
1 δB f 0 Kϑ
(3.20)
A hiba jelenléte, állandósult zavaróhatást feltételezve, a BRMV az irányítási törvénnyel a statikus robotpilótákhoz lehet csatolni. A (3.20) egyenletből következik, hogy minél nagyobb a bólintási szög áttételi viszonyszáma, annál kisebb a statikus hiba, amelyet a nyomatéki zavarások idéztek elő.
61
Kimenő Fesz.
t
III.6 ábra
zavarás
III.7 ábra
Így tehát statikai BRMV az irányítási törvénnyel, nem biztosítja az átmeneti folyamatok jó minőségét (az átmeneti folyamatok ideje nagy, és megnövekedtet rezgőmozgás). A zárt bólintási hurok statikus hibával rendelkezik, állandó zavaróhatást feltételezve, amelyet a magassági kormány képzett.
62
Ha a (3.18) egyenlet nevezőjét egyenlővé tesszük nullával, akkor karakterisztikus egyenletet kapunk
s 3 + a2 s 2 + a1 s + a0 = 0
(3.21)
Pozitív állandók esetén a stabilitás feltétele a következő
a2 a1 > a0
(3.22)
Itt az ai állandók ugyanazokat az értékeket veszik fel, mint a (3.18) átviteli függvényben. A (3.22) összefüggés mutatja, hogy ha változtatjuk a robotpilóta áttételi viszonyszámát, akkor el lehet érni a rendszer stabilitását. A K ϑ érték növelése, az a0 állandóra hat, úgy ahogy az a1 állandó értéke az első összegző tagból tevődik össze, ebből következik, hogy a stabilitási tartalék növekedésével K ϑ csökken. A K ϑ változása a2 állandóra úgy hat, hogy a stabilitási tartalék növekedésével növekszik a (3.7) egyenlet frekvenciafüggése alapján. A vágási körfrekvencia a (3.10) (ωc = 0.9TΘ−1 << ωα' ) képletből határozható meg. A fáziskésés a nevező bevitele által, csak az ω 'α frekvencián egyenlő π-vel. Állíthatjuk, hogy a zárt rendszer stabilis és a stabilitási fázistartalék π/4-nél nem kevesebb. A rendszerre ható zavarások A bólintási hurok stabilizációjának pontossága a bólintási szög hibájával állapítható meg. A zavaróhatások amelyek a hurokra hatnak a következők: Külsők: 1. M z - zavaró nyomaték 2. α b - függőleges széllökés Belsők: 3. az érzékelők hibái 1. M z hatás Nyomatéki zavarások felléphetnek például függesztmények ledobásakor, és ugyanakkor, felgyorsításkor és fékezéskor is. Gyorsításkor és fékezéskor változik az állásszög, és ez a felhajtóerő növekményének változásához vezet a repülőgép középpontjában vagyis az M z nyomaték megjelenéséhez. 3. Az érzékelők hibái Például a ∆ω z elhárítására a szabályozási láncba egy Ts (Ts + 1) szűrőt kapcsolnak. 63
III.4. BÓLINTÁSI ROBOTPILÓTA TRANZIENS ANALÍZISE, A SZABÁLYOZÁS MINŐSÉGI JELLEMZŐI, FREKVENCIA ANALÍZIS
Továbbiakban csak a bólintási csatorna vizsgálatára szorítkozom. Már korábban említettük, hogy a merev visszacsatolású bólintási robotpilóta (3.1) irányítási törvénye hiányossággal rendelkezik. Egyiket, másikat el lehet hárítani, ha az irányítási törvényben a hibajel integrálját alkalmazzuk. A BRMV irányítási törvénye a hibajel integráljával és a hosszirányú automata használatával a belső hurokra a következő módon kell felírni:
δ B ( s ) = − Kϑ (ϑa − ϑ ) −
Kϑ s
(ϑa
− ϑ ) + Kϑ sϑ
(3.23)
A rendszer hatásvázlata, amely a (3.24) irányítási törvényt realizálja a III.8. ábrán látható.
III.8. ábra
A PI-szabályozó átviteli függvényét az integrál bevezetésével a következő alakra hozhatjuk.
W1 ( s ) = Kϑ +
K T s +1 1 = Kϑ + ϑ = Kϑ ϑ sTi s s
(3.24)
ahol Tϑ = Kϑ Kϑ−1 . A rendszer felnyitott körének átviteli függvénye az irányítási törvénnyel (3.24) és a (3.6), (3.25) átviteli függvények behelyettesítésével a következő alakra hozható
Wϑ ( s ) = Kϑ
KϑB ωα2 (TΘ s + 1) (Tϑ s + 1) s 2 ( s + ωα' )
2
(3.25)
A nyílt vezérlő rendszer átviteli függvénye (3.25) alapján határozzuk meg a Bodediagramot és végezzük el a rendszer dinamikai tulajdonságainak vizsgálatát, (lásd CDmellékletek, III.9 ábra).
64
K ϑ , K ϑ~ erősítéseket az 1.25ωc a ≤ ωc kifejezésből érdemes kiválasztani, amelyet a következő alakban adhatunk meg
ωc = 0.9TΘ−1 = 1.25ω = 1.25Kϑ Kϑ−1
(3.26)
A (3.26) egyenlet felhasználásával az átmeneti folyamatok bizonyos lengéssel csengenek le. Felhasználva a (3.24),(3.25) összefüggést, felírjuk a felnyitott kör átviteli függvényét, más alakban: Wϑ ( s ) = Kϑ
KϑB ωα2 (TΘ s + 1) (Tϑ s + 1)
(
s 2 s + ωα'
(
s ωα 1 + Kϑ Kϑ 2
( )
−1
2
B
(
)
⎛ s ⎞ ⎜ ' + 1⎟ ⎝ ωα ⎠
, KϑB A = KϑB 1 + Kϑ KϑB
=
⎛ s2 ⎞ s s ωα ⎜ ' 2 + 2 ' + 1⎟ ωα ⎝ ωα ⎠ 2
Kϑ KϑB ωα2 (TΘ s + 1) (Tϑ s + 1)
=
ahol Tα' = ωα'
)
2
Kϑ KϑB ωα2 (TΘ s + 1) (Tϑ s + 1)
)
−1
2
=
=
' 2
Kϑ KϑB A (TΘ s + 1) (Tϑ s + 1)
(
)
s 2 Tα' s + 1
(3.27)
2
.
A (3.27) átviteli függvény Bode-diagramja a (3.26) feltétel teljesülésekor a következő formában vizsgálható (lásd CD-mellékletek III. 10. ábra). Figyelembe véve a logaritmikus egységet a frekvencia tengelyen, fel lehet írni fennálló összefüggést
2 lg ωk = lg ωϑ + lg ωc
(3.28)
A (3.28) összefüggésből, figyelembe véve, hogy ωϑ = Kϑ Kϑ−1 , megkapjuk a következő egyenletet.
ωk2 = ωc Kϑ Kϑ−1
(3.29)
A vágási körfrekvencia továbbra is a T Θ időállandóval van határolva. Következésképpen, ωα© = 10 1s lehet választani. Ha ξα ' = 1 , ωα' = 10 1s , ωc = 0.9TΘ−1 , akkor a K ϑ áttételi szám (3.13) alapján határozható meg. A Kϑ , Kϑ értékeit (3.27), (3.29) egyenletek segítségével lehet meghatározni.
Kϑ =
90a 2 KϑB ωα2 TΘ
(3.30)
Kϑ =
64.8a 2 KϑB ωα2 TΘ2
(3.31)
ahol a = 1 [1/s] a mértékegységet meghatározó együttható.
65
Ha az ωα′ > 10 1s a (3.30), (3.31) egyenletek a következő alakra hozhatók Kϑ =
0.9 ; KϑB TΘ
Kϑ =
0.648 KϑB TΘ2
(3.32)
A LAFK alapján könnyen meggyőződhetünk, hogy a méretezett rendszer stabilis és igen nagy a fázis tartaléka a fázison (∆ϕ ≈ 120°). A vágási körfrekvencia még a nagy ellenére ellenére is a –20dB/dek szakaszon marad. Ha a BRMV lehetséges az áttételi számok realizációja, nagyobbak, mint a (3.13), (3.30), (3.32), akkor a rendszert lehet méretezni nagyon gyors működéssel. Legyen a belső hurok (a hosszirányú automata zárt hurokja), amely biztosítja minden állapotban ω 'αT Θ > 4 ÷ 5. Ez az egyenlőtlenség nyilvánvalóan teljesülni fog, ha az ωα′ > 10 1s . A vágási körfrekvenciát jobb lenne jobbra elhelyezni a ωΘ max = TΘ−1min . Egyértelmű, hogy kötelező a kifejezésnek a megvalósítása.
1.25ωΘ max ≤ ωc ≤ 0.25ωα' = 2.5
1 s
(3.33)
Az áttételi viszonyszámok kiválasztása K ϑ , K ϑ~ ebben az esetben a legideálisabb, lehetővé téve a megfelelő vágási körfrekvencia biztosítását a következő kifejezés megvalósítását.
ωϑ = Kϑ Kϑ−1 = 1.1ωc ≈ 2.75
1 s
(3.34)
A (3.33) által kiválasztott vágási körfrekvencia jóval nagyobb, mint ami a (3.26) egyenletben előírt érték, vagyis ebben az esetben érdemes azt az eredményt mérni, hogy az átmeneti folyamat ideje jóval kisebb legyen, mint a (3.33) egyenletben. Azon kívül a vágási körfrekvencia, következésképpen az átmeneti folyamat ideje nem függ a repülési állapottól.[81, 82, 96] A (3.27) átviteli függvény a (3.33) összefüggés megvalósításakor megegyezik a III.11. ábra Bode-diagramjával (lásd CD-mellékletek, III. 11. ábra). A logaritmikus léptéket figyelembe véve a frekvencia tengelyen felírható a következő öszszefüggés.
2 lg ωk = lg TΘ−1 + lg ωc
(3.35)
A (3.35) egyenletet átalakítjuk a következő alakra
ωk2 = ωc TΘ−1 ,
66
(3.36)
ahol ω k az a pont ahol az alacsonyfrekvenciájú LAFK a –40dB/dek-al metszi a frekven1 1 ' cia tengelyt. Ha ξ α = 1 , ω α' = 10 , ω c = 2 . 5 paraméterek segítségével meghatározhats s juk az áttételi számokat:
Kϑ =
10a − ξα ωα 0.5KϑB ωα2 TΘ
(3.37)
250a 3 Kϑ = B 2 Kϑ ωα TΘ
(3.38)
90.6a 2 KϑB ωα2 TΘ
(3.39)
Kϑ =
Az átmeneti folyamat ideje a (3.9) egyenlet segítségével az 1.25s ≤ t p ≤ 5s , tartományban található. A zárt rendszer hurokjának stabilitása, amelynek hatásvázlata a III.1. ábrán van ábrázolva, a felnyitott kör frekvencia karakterisztikája alapján lehet értékelni III.12. ábra. A vágási körfrekvencián a fázis tartaléka ∆ϕ > 80°. Figyelembe véve ezt az esetet és azt, hogy a rendszerben minden állapotban teljesül a (3.8) feltétel, várhatóan magas szintűek az átmeneti folyamatok, ha elég gyorsak a bólintási szög szabályozási rendszere. Néhány nehézség felléphet a (3.37)–(3.39) egyenletekben, ha túl nagyok az áttételi számok. Átalakítjuk a (3.27) átviteli függvényt a már megszokott formára.
Wϑ ( s ) = Kϑ
KϑB ωα2 (TΘ s + 1) (Tϑ s + 1) s
2
(s + ω ) '
2
=
ωϑ Kϑ KϑB ωα2 (TΘ s + 1) ( Kϑ Kϑ−1 s + 1) s
α
2
(s + ω ) '
2
α
⎛ 1 ⎞ Kϑ KϑB ωα2 (TΘ s + 1) ⎜ s + 1⎟ ωϑ ⎜ω ⎟ Kϑ KϑB ωα2 (TΘ s + 1) ( s + ωϑ ) ϑ ⎝ ⎠ = = 2 2 s 2 s + ωα' s 2 s + ωα'
(
)
=
(
(3.40)
)
ahol ωα' = ωα (1 + Kϑ KϑB ) , ωϑ = Kϑ Kϑ−1 . 0.5
A zárt rendszerre a következő átviteli függvényt kapjuk:
Φ
ϑa ϑ
(s) =
Wϑ ( s )
1 + Wϑ ( s )
=
Kϑ KϑB ωα2 (TΘ s + 1) ( s + ωϑ ) s 4 + a3 s 3 + a2 s 2 + a1 s + a0
ahol
a0 = Kϑ KϑB ωα2
a1 = KϑB ωα2 (TΘ Kϑ + Kϑ )
67
(3.41)
a2 = ωα' 2 + Kϑ KϑB ωα2 TΘ a3 = 2ωα' Az átviteli függvény irányítási törvénye a zavaróhatásokra, amelyet a következő hatásvázlat mutat be III.12. ábra.
III.12. ábra
Így tehát
Φϑ = B
WϑBA ( s )
⎡⎣1 + Wϑ ( s ) ⎤⎦ s
(3.42)
ahol WϑBA (s ) - a belső hurok átviteli függvénye amely a (3.6) összefüggéssel van megadva. A (3.42) egyenletbe berakjuk a (3.6),(3.40) egyenleteket és néhány átalakítás után kapjuk
Φϑ ( s ) = B
KϑB ωα2 (TΘ s + 1) s s 4 + a3 s 3 + a2 s 2 + a1 s + a0
(3.43)
az ai állandók ugyanazok mint a (3.41) egyenletben. A (3.43) átviteli függvényből azt a következtetést lehet levonni, hogy a rendszerre ható zavaróhatás esetén, amely a repülőgép bemenetére hat, nincs hatással a bólintás stabilizációjára. Ha a nyomatéki zavarás tranziens jelleggel rendelkezik, akkor a hiba a megadott bólintási szög stabilizációja ∆ϑ f (s )= Φ ϑB (s )δ Bf (s ) . III.12. ábrán lévő felnyitott kör LAFK-ról, a következő következtetést lehet levonni, hogy az átmeneti folyamatok minősége a rendszerben kielégítő, úgy ahogy a metszési körfrekvencia a –20dB/dek szakaszon található. A robotpilóta áttételi számának hatása a stabilitásra: Felírjuk a zárt rendszer karakterisztikus egyenletét
s 4 + a3 s 3 + a2 s 2 + a1 s + a0 = 0 68
(3.44)
A stabilitás feltétele a negyedfokú rendszerek részére – a karakterisztikus egyenlet pozitív állandói esetén – felírhatjuk egyetlen egyenlőtlenséggel a1 ( a2 a3 − a1 ) − a0 a32 > 0
(3.45)
A Kϑ , Kϑ erősítések növelése, amelyek a rendszer külső hurokjához tartoznak, csökkentik a rendszer stabilitási tartalékát, úgy ahogy bizonyos esetben ezek az állandók értékei a zárójelben lévő különbség a (3.45) egyenletben negatívvá válhat (nő az a1 állandó).A Kϑ változása csak az a3 állandóra hat és az ő kapcsolata a stabilitási tartalékkal az ai állandók összefüggéseitől függ. Bólintási robotpilóta sebességi visszacsatolással (BRSV) Az irányítási törvényt a következő formában lehet felírni
sδ B ( s ) = − Kϑ (ϑa − ϑ ) + Kϑ sϑ + Kϑ s 2ϑ + K ny n y
(3.46)
A (3.46) irányítási törvénybe be van vezetve az első és második derivált a bólintási szögtől. A túlterhelés deriváltjának bevezetése megőrzi a hosszirányú automata statikus hurokját, amely megengedi a gyorsabb rendszernek a méretezését. A BRSV hatásvázlata a (3.46) irányítási törvénnyel a III.13. ábrán látható.
III.13. ábra
Szétbontva a (3.46) egyenlet jobb és bal oldalát s-re az irányítási törvényt átalakítjuk az ekvivalens merev visszacsatolásúra, következő formát kapjuk.
δ B ( s ) = Kϑ ϑ −
Kϑ (ϑa − ϑ ) + Kϑ sϑ + K ny ny s
(3.47)
Egyértelmű, hogy az irányítási törvény BRSV a derivált bevezetésével a bólintási szögtől és normális túlterheléstől és úgy szintén a második deriválttól ekvivalens a (3.23) irányítási törvénnyel. 69
A III.14. ábrán a (3.47) irányítási törvény van ábrázolva.
III.14. ábra
Emlékeznünk arra, hogy a hosszirányú automata áttételi számai itt most a K ny , Kϑ habár a belső zárt hurok átviteli függvénye nem különbözik a (3.6) összefüggéstől. Ha a vágási körfrekvenciát a (3.26) egyenletből kiválasztjuk, vagyis a frekvenciától balra helyezkedik el, a TΘ időállandóval meghatározva, a (3.13), (3.30)–(3.31) összefüggésekből kaphatjuk meg. K ny =
g KϑBV
⎛ 100a 2 10a 2 − ξα ωα ⎞ − − 1⎟ ⎜ 2 2 0.5ωα TΘ ⎝ ωα ⎠
(3.48)
Kϑ =
10aωα−1 − ξα 0.5KϑB ωα TΘ
(3.49)
Kϑ =
90a 2 KϑB ωα2 TΘ
(3.50)
64.8a 2 Kϑ = B 2 2 Kϑ ωα TΘ
(3.51)
A felnyitott kör LAFK vágási körfrekvenciája ω c = 0. 9T Θ−1 . A zárt rendszer átmeneti folyamatának ideje (a bemenetre egy állandó jel érkezik és nem az integrál Kϑ ∫ ϑa dt ) le van határolva a (3.9) összefüggéssel, vagyis a következő határok között van.
3.5TΘ < t p < 14TΘ
(3.52)
Úgy ahogy néhány repülőgépnél nagy magasságokon kis sebességgel a TΘ időállandó egy bizonyos értéket elér TΘ max =4 sec és több, akkor a rendszerben a szabályozási idő megengedhetetlenül nagy lehet. 70
Ha a vágási körfrekvenciát a (3.33) összefüggés alapján választjuk ki, vagyis jobbra a ωΘ = TΘ−1 koordinátapontnál, a számítási képletek a (3.37)–(3.39) összefüggéseknek felelnek meg. Összehasonlítva a (3.23) és (3.47) irányítási törvényeket megkapjuk a BRSV-ra a következő áttételi számokat. K ny =
⎞ g ⎛ 100a 2 10a − ξα ωα − − 1⎟ ⎜ 2 2 B Kϑ V ⎝ ωα 0.5ωα TΘ ⎠
(3.53)
10aωα−1 − ξα Kϑ = 0.5KϑB ωα TΘ
(3.54)
90.6a 2 Kϑ = B 2 Kϑ ωα TΘ
(3.55)
250a 3 KϑB ωα2 TΘ
(3.56)
Kϑ =
1 A vágási körfrekvencia a (3.33) összefüggés alapján határozható meg vagyis ω c = 2 . 5 . s Az átmeneti folyamatok az 1.25s ≤ t p ≤ 5s intervallumban találhatók, ami sokkal ki-
sebb, mint amit a (3.52) összefüggés alapján vártunk. Gyakorlati megvalósítás során problémák léphetnek fel a (3.53)-(3.56) összefüggések biztosításakor, nagy áttételi számok esetén bizonyos állapotokban. A felnyitott kör átviteli függvénye a III.15. ábra alapján
Kϑ KϑB ωα2 (TΘ s + 1) ( s + ωϑ )
Wϑ ( s ) =
(
s 2 s + ωα'
(
ahol ωα' = ωα 1 + K ny KϑBVg −1 + Kϑ KϑB
)
0.5
)
2
(3.57)
, Kϑ = ωϑ Kϑ .
A zárt rendszerre igaz az összefüggés, hogy ϑa ϑ
Φ
(s) =
Kϑ WϑBA ( s )
⎡⎣1 + Wϑ ( s ) ⎤⎦ s 2
(3.58)
Itt B ϑA
W
(s) =
KϑB ωα2 (TΘ s + 1)
(s + ω ) '
α
mert ξα' =1 . 71
2
(3.59)
A (3.58) egyenletbe behelyettesítve a megfelelő átviteli függvényeket kapjuk ϑa ϑ
Φ
Kϑ KϑB ωα2 (TΘ s + 1)
(s) =
s 4 + a3 s 3 + a2 s 2 + a1 s + a0
(3.60)
ahol
a0 = Kϑ KϑB ωα2
a1 = KϑB ωα2 (TΘ Kϑ + Kϑ )
a2 = ωα' 2 + Kϑ KϑB ωα2 TΘ a3 = 2ωα' A BRSV átviteli függvénye a zavaróhatásokra, amely a III.15 ábrán látható egyenlő
Φϑ ( s ) = B
WϑBA ( s )
⎡⎣1 + Wϑ ( s ) ⎤⎦ s
(3.61)
Ha a (3.57),(3.59) átviteli függvényeket behelyettesítjük a (3.61) egyenletbe, kapjuk:
Φϑ ( s ) = B
KϑB ωα2 (TΘ s + 1) s s 4 + a3 s 3 + a2 s 2 + a1 s + a0
(3.62)
A (3.62) átviteli függvény ugyanolyan struktúrával rendelkezik, mint a (3.43) egyenlet, az integrál bevezetésével az irányítási törvénybe a BRMV-nál. A rendszer stabilitásának megítélése a frekvencia karakterisztika alapján lehetséges a (3.57) átviteli függvény alapján. Mint azt már a BRMV stabilitásánál említettük itt is elmondhatjuk, hogy a rendszer elegendő stabilitási tartalékkal rendelkezik. A robotpilóta áttételi számainak hatása a stabilitásra, ha analizáljuk a (3.45) egyenlőtlenséget, amelyekbe a szükséges a0 , a1, a2 , a3 állandókat a (3.60) összefüggésből helyettesíthetjük be. Hasonlóak a következtetések, mint a BRMV-nál. Tehát, ha növeljük a Kϑ , Kϑ áttételi számokat a rendszer stabilitása csökken, a K ny áttételi szám növelése stabilizálja a rendszert, növelve a stabilitási tartalékot.
Összefoglalva: az eddigiekben bemutatott elméleti számítások és elemzések célja az, hogy megértse az üzemeltető személyzet az áttételi viszonyszámok beszabályozásának fizikai következményeit. Vagyis milyen tranziens folyam lezajlása várható az adott csatornában az áttételi viszonyszámok beszabályozását követően. Véleményem szerint, javító szolgálat műszaki állománya nagyobb figyelmet fog fordítani a beszabályozások, földi ellenőrzések (automatikus vezérlőrendszer) során hisz a fent leírtakból egyszerűen kiolvasható a várható repülés dinamikai következmény.
72
III. 5 MODELLELEMZÉS
III.5.1 Rögzített adatok felhasználása repülőgép matematikai modelljének felállításához és optimális szabályzó tervezéséhez A repülőgép mozgásának matematikai modellje kapcsolatot teremt a repülőgép helyzetét és mozgását jellemző paraméterek között, valamint lehetőséget biztosít szabályzók vizsgálatához és tervezéséhez. A modern, negyedik generációs repülőgépek repülésszabályozási rendszere Fly-by-Wire elven épül fel. Ez a tervezési és gyártási technológia lehetővé teszi a nagy tömegű hagyományos kormányrendszerek elhagyását, a számítástechnika legújabb vívmányainak széleskörű alkalmazását. Számítógépek ellenőrzik a repülőgép fedélzeti rendszereinek üzemállapotát, számítják a navigációhoz szükséges repülési paramétereket, irányítják az üzemanyag kifogyasztását a tüzelőanyag rendszerből. Katonai repülőgépek esetén számítógép felügyeli a külső függesztményeket, segíti a fedélzeti fegyverek harci alkalmazását, tikosított rádióvonalon, biztosítja a rádióforgalmazást a légi és földi célállomások között. A fent említett repülőgép tervezési és gyártási technológiák magukba foglalják az aktív és az adaptív repülésszabályozási funkciókat is. Az adaptív funkció biztosítja, hogy a repülési jellemzők (pl. magasság, sebesség stb.), valamint a repülőgép tömegének nagy értékű megváltozása nem eredményezi a repülőgép vezetési sajátosságainak lényeges módosulását - úgynevezett egységes repülőgép vezetést biztosít a repülőgép-vezető számára. Az aktív szabályozási funkciók biztosítják a dinamikus stabilitást a sokszor szándékosan statikusan instabilra tervezett repülőgépek esetén, megfelelő komfortérzetet biztosít a repülőgép-vezető és az utasok számára, csökkenti a terhelést a sárkányszerkezet kritikus pontjain (pl. szárnyak, vezérsík bekötési pontja). A gyakorlatban a repülőgép vezetése szempontjából fontosak a ϑ, γ és Ψ szögek. A bólintási, bedöntési és az irányszög meghatározása az Euler-féle kinematikai egyenletek alapján történik. Ezek az egyenletek a következők [59, 77, 81, 94, 95, 96, 98]:
ω x = γ + ψ sin ϑ ω y = ψ cos ϑ cos γ + ϑ sin γ
(5.1)
ω z = ϑ cos γ − ψ cos ϑ sin γ A repülőgép kis zavarások után beálló hosszirányú (szimmetrikus) és oldalirányú (aszimmetrikus) mozgása egymástól függetlenül megy végbe, ezért a mozgásegyenletek két csoportra oszthatók:
73
1. A szimmetrikus mozgás esetén az aszimmetrikus mozgás paraméterei zérusértékűek: v =ˆ 0 ; ω =ˆ 0 ; ω =ˆ 0 ; γ =ˆ 0 z x y
(5.2)
A fenti egyenletekből a szimmetrikus mozgás egyenletei: m ( vx − ω z v y ) = Σ∆Fx ; m ( v y − ω z vx ) = Σ∆Fy J zz ω zz = Σ∆M z ; ω z = ϑ
(5.3)
A szimmetrikus mozgás jellemzői tehát a következők:
vx (t ) ; vy (t ) ; ωz (t ) ; ϑ (t )
(5.4)
2. Az aszimmetrikus mozgás esetén a szimmetrikus mozgás jellemzői az alábbiak:
ωz =ˆ 0 ; vx = áll.; v y = áll.; ϑ =ˆ áll.
(5.5)
A következők az aszimmetrikus mozgás egyenletei:
m ( vz − ω y vx + ω x v y ) J xx ω x = Σ∆M x ; J yy ω y = Σ∆M y
(5.6)
ω x = γ ; ω y = ψ Az aszimmetrikus mozgás jellemzői tehát a következők:
vz (t ) ; ωx (t ) ; ω y (t ) ; γ (t ) ; ψ (t )
(5.7)
A (5.3) és (5.6) mozgásegyenletek nemlineárisak. A nemlineáris egyenleteket szokás a Taylor-sorfejtés módszerével linearizálni. Az előző fejezetben már bemutatásra kerültek a linearizált mozgás egyenletek. A hosszirányú mozgás linearizált egyenletei:
vx = axv v + aθx Θ + aαx α + axh h + aδx T δ T = a v v + aθ Θ + aα α + a h h Θ y y y y
ω z = amv v + amθ Θ + amω ω z + amα α + amh h + amδ δ E z
z
z
E
z
z
z
z
(5.8)
α = a vy v + aθy Θ + ω z + aαy α + a yh h h = ahv v + ahθ Θ ahol Vx a repülés sebessége az OX tengely mentén, Θ pályaszög, h a repülés magassága, α állásszög, ωz bólintási szögsebesség. Az oldalirányú mozgás linearizált egyenletei tehát:
74
x
ωy
x
x
ωx
ωy
ω x = amω ω x + am ω y + amβ β + amδ δ A + amδ δ R A
x
β
R
x
x
δA
δR
y
y
ω y = am ω x + am ω y + am β + am δ A + am δ R y
y
y
β = ω y + az β + az γ β
γ
(5.9)
γ = ω x ψ = ω y ahol ωx orsózó szögsebesség, ωY legyező szögsebesség, β csúszási szög, γ bedöntési szög, Ψ irányszög. A hosszirányú mozgás linearizált differenciálegyenlet rendszerét mátrix alakban írva kapjuk, hogy v ⎡ vx ⎤ ⎡ ax ⎢ ⎥ ⎢ av ⎢Θ⎥ ⎢ y ⎢ x = ⎢ω z ⎥ = ⎢ amv z ⎢ ⎥ v ⎢ α ⎥ ⎢ a y ⎢ ⎢ h ⎥ ⎣ ⎦ ⎢⎣ ahv
aθx
0
aαx
aθy
0
aαy
amθ z
amωzz
amα z
aθy
1
aαy
ahθ
0
0
axh ⎤ ⎡ v ⎤ ⎡ aδx T x ⎥ ⎢ a yh ⎥ ⎢ Θ ⎥ ⎢ 0 ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ amh z ⎥ ⎢ω z ⎥ + ⎢ 0 ⎢ ⎥ a yh ⎥ ⎢ α ⎥ ⎢ 0 ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ 0 ⎥⎦ ⎣ h ⎦ ⎢⎣ 0
0 ⎤ ⎥ 0 ⎥ ⎥ ⎡δ ⎤ amδ Ez ⎥ ⎢ T ⎥ ⎣δ E ⎦ 0 ⎥ ⎥ 0 ⎥⎦
(5.10)
Az oldalirányú mozgás linearizált differenciálegyenlet rendszerét mátrix alakban felírva az alábbi vektor-differenciálegyenletet kapjuk:
⎡ amωx x ⎡ω x ⎤ ⎢ ⎢ ⎥ ⎢ amωx ⎢ω y ⎥ ⎢ y x = ⎢ β ⎥ = ⎢ 0 ⎢ ⎥ ⎢ ⎢ γ ⎥ ⎢ 1 ⎢ ψ ⎥ ⎢ ⎣ ⎦ ⎢ ⎢⎣ 0
ω
amβ x
0
amyy
ω
amβ y
0
1
azβ
azγ
0
0
0
1
0
0
amxy
0 ⎤ ⎥ 0 ⎥ ⎥ 0 ⎥ ⎥ ⎥ 0 ⎥ 0 ⎥⎥ ⎦
⎡ aδ A ⎡ω x ⎤ ⎢ m x ⎢ω ⎥ ⎢ amδ A ⎢ y⎥ ⎢ y ⎢β ⎥+⎢ 0 ⎢ ⎥ ⎢ ⎢γ ⎥ ⎢ 0 ⎢ψ ⎥ ⎢ ⎣ ⎦ 0 ⎣
amδ Rx ⎤ ⎥ amδ Ry ⎥ ⎥ ⎡δ ⎤ 0 ⎥ ⎢ A⎥ ⎥ ⎣δ R ⎦ 0 ⎥ 0 ⎥ ⎦
(5.11)
A repülőgép fedélzeti adatrögzítő berendezése 0–255 karakter helyértékekben rögzíti a mátrixban található Vx repülés sebességet az OX tengely mentén, Θ pályaszöget, h repülés magasságát, α állásszöget, ωz bólintási szögsebességet, valamint ωx orsózó szögsebességet, ωY legyező szögsebességet, β csúszási szöget, γ bedöntési szöget, Ψ irányszöget. Az említetteken kívül a kormányszervek kitérésének értékét is rögzíti az új fedélzeti adatrögzítő berendezés. A rögzítettet adatok jól használhatók a fenti mátrixokban vagy más elméleti számítások során mint például optimális szabályozok tervezése. A (5.10) és a (5.11) egyenleteket állapotegyenletnek szokás nevezni. Amennyiben külső zavarás is gerjeszti a rendszert, úgy a repülőgép állapotegyenlete a következő lesz [55, 70, 82, 94]:
x = A x + B u + Γ ω
75
(5.12)
ahol ω a külső zavarások vektora, Γ segédmátrix. A gyakorlatban előfordulhat, hogy olyan állapotváltozókat is vizsgálni szeretnénk, amelyek nem rendezői az állapot vektornak. Ilyen esetben szokás definiálni az úgynevezett kimeneti, vagy segédegyenletet, amely az alábbi módon írható fel: y=Cx+Du
(5.13)
A segédegyenletet abban az esetben is definiálni kell, ha az állapot vektor és a kimeneti vektor valamely rendezőjének dimenzióját egyeztetni kell. Ha a kimeneti jellemzők mérése hibával történik, akkor a (5.13) egyenlet alábbi alakja használatos: y=Cx+Du+Fξ
(5.14)
ahol F segédmátrix, ξ a mérési zaj vektora. A repülőgép átviteli függvényei A repülőgép állapot- és segédegyenlete legyen a következő:
x = Ax + Bu ;
y = Cx + Du
(5.15)
Képezzük a (5.15) egyenletrendszer Laplace transzformáltját és rendezzük az egyenleteket:
sX( s ) − AX( s ) = BU ( s ) Y ( s ) = CX( s ) + DU ( s )
(5.16)
A (4.7) egyenletből az állapot vektor a következő lesz: X( s ) = [ sI − A ] BU ( s ) −1
(5.17)
A repülőgép kimeneti vektora (5.16) és (5.17) egyenletekből az alábbi módon határozható meg: −1 Y( s ) = ⎡C [ sI − A ] B + D⎤ U( s ) ⎣ ⎦
(5.18)
Definíció szerint az átviteli függvény a rendszer kimeneti és bemeneti jel Laplace transzformáltjainak a hányadosa. Ezért a repülőgép átviteli függvénye: W(s) =
Y(s) ⎡ −1 = C [ sI − A ] B + D ⎤ U ( s ) ⎣ ⎦ U(s)
(5.19)
A (5.19) átviteli függvény több bemenetű, több kimenetű repülőgépet reprezentál. Abban az esetben, ha a repülőgép egy bemenetű – egy kimenetű, akkor a (5.19) átviteli függvény az alábbiak szerint módosul:
76
w( s) =
yi ( s ) −1 = Ci [ sI − A ] B j + Dij u j ( s)
(5.20)
ahol C i a C mátrix y i kimeneti rendezőnek megfelelő i-edik sora, B j a B mátrix u j bemeneti jellemzőnek megfelelő j-edik oszlopa, Dij a D mátrix y i kimeneti jellemzőnek megfelelő i-edik sora, valamint az új bemeneti jellemzők megfelelő j-edik oszlopa. III. 5.2. Értéktartó szabályozási rendszer tervezése. A robotpilótával felszerelt repülőgépek közül szinte mindegyik képes az Euler szögeket (irányszög, bedöntési szög, irányszög) stabilizálni [88, 91, 94, 96, 113]. E függvényeket sokszor kiegészíti a repülési magasság-, repülési sebesség-, oldalkoordináta-, valamint leszálláskor irány- és siklópályán tartó funkció is. Egy gyakorlati feladat segítségével tervezzünk szabályozót az irányszög stabilizáló rendszer számára (vegyük figyelembe a fedélzeten rögzített paramétereket), melynek hatásvázlata a III.15. ábrán látható.
III.15. ábra Az irányszög stabilizáló rendszer hatásvázlata
A szabályozási rendszer rendezői legyenek a következők: x1 = ω x ; x2 = γ ; x3 = ψ ,
(5.21)
ahol ω x orsózó szögsebesség, γ bedőlési szög, ψ irányszög. A tervezést a négyzetes integrálkritérium minimálásával hajtjuk végre. Az optimális szabályozó tervezéshez az alábbi integrál funkcionált minimáljuk [21, 22, 23, 58, 72, 85, 87, 94, 128]: 1 J= 2
∞
∫ (x
T
)
Q x + u T R u dt = min
(5.22)
0
A tervezéshez térjünk át az állapottérre. A III.15. ábra alapján igazak az alábbi egyenletek: 77
x1= u
Ar 1 + sT r x T → u = x1 = 1 + sx 1 r 1 + sT r Ar Ar Ar
(5.23)
vagy x1 = −
x1 Ar + u Tr Tr
és x4 = K S x
1
; u = x6 − x4 = x6 − K S x 1 .
Másrészt
x1 → x2 = x1 ; x6 = K C 1 x7 ; x7 = x8 − x2 ; x8 = K C2 x9 s u = − K S x1 + K C1 x7 = − K S x1 + K C1 ( x8 − x2 ) =
x2 =
(5.24)
= − K S x1 − K C1 x2 + K C1 x8 = − K S x1 − K C1 x2 + K C1 K C2 x9 valamint x3 =
x2 sTi
→
x3 =
x2 Ti
; x9 =xREF − x3
(5.25)
Legyen a referencia jel zérus x ref = 0 , ezért x 9 = − x 3 . A bemeneti vektor az alábbi módon határozható meg : u = − K S x1 − K C1 x2 − K C1 K C2 x3 = − ⎡⎣ K S
K C1
⎡ x1 ⎤ K C1 K C2 ⎤⎦ ⎢⎢ x2 ⎥⎥ = − K x (5.25) ⎢⎣ x3 ⎥⎦
ahol K = − ⎡⎣ K s K C1 K C1 K C2 ⎤⎦ az állapot-visszacsatolási mátrix, és x = [ x1 x2 x3 ] az állapotvektor. T
Az irányszög szabályozó rendszer állapotegyenletei tehát a következők: x1 = −
x1 Ar + u Tr Tr
; x2 = x1 ; x3 =
x2 Ti
(5.26)
vagy a szokásos mátrixszós jelölést alkalmazva:
x = Ax + Bu y = Cx + Du Az állapot- és a segédegyenlet vektorai és mátrixai az alábbiak lesznek:
78
(5.27)
x = [ x1
x2
⎡ 1 ⎢− T ⎢ r A=⎢ 1 ⎢ ⎢ 0 ⎢⎣
x3 ]
T
0 0 1 Ti
T
⎡A ⎤ ; u = u; B = ⎢ r 0 0 ⎥ ; ⎣ Tr ⎦ ⎤ 0⎥ ⎥ T 0 ⎥ ; C = [1 1 1] ; D = [ 0] ⎥ 0⎥ ⎥⎦
(5.28)
A repülőgép dinamikája és kinematikája legyen a következő: A r = 2,86 s−1 ; T r = 0,568 s ; Ti = 17 s
(5.29)
Az (5.29) egyenlet mátrixai a következő módon írhatók fel: 0 0⎤ ⎡ −1, 7605 T ⎢ 0 0 ⎥⎥ ; B = [5,0352 0 0] A=⎢ 1 ⎢⎣ 0 0, 0588 0 ⎥⎦
(5.30)
A teljes állapot-visszacsatolású rendszer bemeneti vektorát az alábbi módon határozhatjuk meg: u = − Kx
(5.31)
A szabályozási rendszer hatásvázlata a (5.29) és (5.30) egyenletek alapján a következő lesz:
u
III.16. ábra. Az irányszög stabilizáló rendszer
Vizsgáljuk meg a nem irányított repülőgép viselkedését időtartományban. Legyen a nem irányított repülőgép bemeneti jele a csűrőlapok egységnyi, ugrásfüggvény jellegű kitérése. A repülőgép átmeneti függvénye a III.17. ábrán látható.
79
Az orsózó szögsebesség
3
2.5
2
fok/sec 1.5
1
0.5
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
2.5
3
3.5
4
3
3.5
4
Idő [sec]
A bedöntési szög
10 9 8 7 6 5
fok 4 3 2 1 0
0
0.5
1
1.5
2
Idő [sec]
Az irányszög viselkedése
1.2
1
0.8
0.6
fok 0.4
0.2
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
Idő [sec]
III.17. ábra A nem irányított repülőgép analízise időtartományban
80
Mint az a III.17. ábrán jól látható, a bedöntési szögsebesség egy tárolós jelleggel beáll az új értékére és a repülőgép ezzel a szögsebességgel orsózni kezd. A bedőlési szög és az orsózó szögsebesség, valamint az irányszög és a bedőlési szög között is integráló kapcsolat határozható meg (III.16. ábra). Tervezzünk a repülőgép számára olyan szabályozót, amely biztosítja, hogy az irányított repülőgép sajátértékei az alábbiak legyenek:
λ1,2 = −0, 7 ± 0,8i ; λ3 = −2,8
(5.32)
A (2) integrál kritérium súlyozó mátrixainak elemeit az un. reciprok négyzetes szabály (inverse square rule) segítségével határozzuk meg [85]. Mivel a repülésszabályozó rendszerek alapvető sajátossága az, hogy repülésbiztonsági-, kényelmi-, vagy egyéb szempontok miatt korlátozásokat alkalmaznak, ezért kiindulási alapnak tekintjük ezeket a paramétereket. A módszer alkalmazása során alaphelyzetben az egyes állapotváltozókat azonos súlyozással vesszük figyelembe. Az általunk vizsgált rendszerben a korlátozások legyenek a következők:
ω x max = 18° / sec,
ymax = 180°,
Ψ max = 20°,
δ cs max = 3°
(5.33)
A tervezés kezdetén azonos súlyozással vegyük figyelembe az egyes állapotváltozókat. Alkalmazzuk a reciprok négyzetes szabályt, így az alábbi súlyozó mátrixokat kapjuk : 0 0 ⎤ ⎡3, 0864e − 3 ⎢ 0 3, 0864e − 5 0 ⎥⎥ ; R1 = [0,1111] Q1 = ⎢ ⎢⎣ 0 0 0, 0025⎥⎦
(5.34)
Az optimális állapot-visszacsatolási mátrix, amely esetén az (5.34) integrál-funkcionál minimális értéket vesz fel, a következő lesz [95, 94, 96]: K1 = [ 0, 0808 0, 0887 0,15]
(5.35)
K s = 0, 0808, K c1 = 0, 0887, K c2 = 1, 6910
(5.36)
vagy másképpen
Határozzuk meg a zárt szabályozási rendszer sajátértékeit. A pólusok az alábbiak lesznek:
λ1,2 = −0,1087 ± 0,1047i, λ3 = −1,9499
(5.37)
Összehasonlítva a (5.32) és a (5.37) egyenleteket azt mondhatjuk, hogy a reciprok négyzetes szabály közvetlen alkalmazása nem vezetett eredményre, ugyanis lényeges az eltérés a tervezési kritérium és a valós zárt szabályozási rendszer között. Vizsgáljuk meg a rendszer viselkedését. Legyen a rendszer bemeneti jele az irányszög ugrásszerű, egységnyi változása. A zárt rendszer átmeneti függvénye a III. 18. ábrán látható.
81
#$
"
!
%#&
"
!
III.18. ábra. A zárt szabályozási rendszer viselkedése
82
Mint az a III.18. ábrán jól látható, hogy az irányszög új értékének beállásához mintegy 22 másodperc szükséges, ami főleg nagy manőverező képességű repülőgépek esetében megengedhetetlen. Ezért módosítsuk az integrál-funkcionál súlyozó mátrixait az alábbiak szerint: 0 0 ⎤ ⎡3 ⎢ 0 ⎥⎥ ; R 2 = [20] Q 2 = ⎢0 3, 0864e − 2 ⎢⎣0 0 2000 ⎥⎦
(5.38)
Ebben az esetben az optimális állapot-visszacsatolási mátrix a következő lesz [96]: K 2 = [ 0, 4633 0,9786 10, 00] ,
(5.39)
K s = 0,4633, K c1 = 0,9786, K c 2 = 10,2186
(5.40)
vagy másképpen
Határozzuk meg a zárt szabályozási rendszer sajátértékeit. A pólusok az alábbiak lesznek: λ1,2 = −0,7171 ± 0,7740i, λ 3 = −2,6593
(5.41)
Összehasonlítva a (5.37) és a (5.41) egyenleteket, azt mondhatjuk, hogy a zárt rendszer pólusai jó közelítéssel megegyeznek azok kívánt értékeivel. Vizsgáljuk meg a rendszer viselkedését. Legyen a rendszer bemeneti jele az irányszög ugrásszerű, egységnyi változása. A zárt rendszer átmeneti függvénye a III. 18. ábrán látható. A III. 18. ábra alapján azt mondhatjuk, hogy a (5.38) súlyozó mátrixok biztosítják a zárt rendszer megfelelő minőségi jellemzőit. A (5.41) pólusokhoz tartozó csillapítási tényezők az alábbiak lesznek :
ξ1 = 0, 6796, ξ 2 = 0, 6796, ξ3 = 1
(5.42)
A tranziens idő mintegy 7 másodperc, ami megfelel az irányszög stabilizáló rendszerrel szemben támasztott követelményeknek. A (5.35) és (5.39) állapot-visszacsatolási mátrixokkal rendelkező szabályozási rendszerek összehasonlítását a III.19. ábrán végezhetjük el.
83
!
#$
"
&#'
%
%
%
%
%
III.19. ábra. A zárt szabályozási rendszer átmeneti függvényei
84
Mint az a III.20. ábrán jól látható, a (5.38) súlyozó mátrixok együttesen biztosítják a kívánt minőségi jellemzőket. Egyrészt számottevően csökken a tranziens ideje, valamint a zárt rendszer túlszabályozása, csillapítási tényezője is megfelel az előírt minőségi követelményeknek.
Az irányszög tranziens viselkedésének összehasonlítása 1.2 Q2-R2 1 Q1-R1
fok
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
5
10
15 Idő [sec]
20
25
30
III.20. ábra. Az irányszög stabilizáló rendszer tranziens analízise - az irányszög viselkedése
Például, ha a vizsgált szabályozási rendszer a repülőgép hosszirányú mozgását stabilizáló robotpilóta. A repülőgép állapotegyenlete legyen a következő [82, 94]: 0 −9.81⎤ ⎡ vx ⎤ ⎡ 0 ⎤ ⎡ vx ⎤ ⎡ −0.007 0.012 ⎢ α ⎥ ⎢ −0.128 −0.54 1 0 ⎥⎥ ⎢⎢ α ⎥⎥ ⎢⎢ −0.036⎥⎥ ⎢ ⎥ ⎢ δm x = = + ⎢ω z ⎥ ⎢ 0.064 0.96 −0.99 0 ⎥ ⎢ω z ⎥ ⎢ −12.61⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ 0 1 0 ⎦ ⎣ϑ ⎦ ⎣ 0 ⎦ ⎣ϑ ⎦ ⎣ 0
(5.43)
ahol v x a repülőgép sebessége, α állásszög, ω z bólintási szögsebesség, δ m a magassági kormány kitérése, valamint ϑ a bólintási szöget jelöli. Itt látni kell, hogy a paraméterek jelentős számát a fedélzeti adatrögzítő rögzíti, így az ehhez hasonló feladatok leegyszerűsödnek. A nem irányított repülőgép sajátértékei a komplex síkon az alábbiak [87, 88]:
λ1 = 0, 6606 ; λ2,3 = −0, 0959 ± 0,8029 i ; λ4 = −2, 0058
(5.44)
A repülőgép pólusai a III.21. ábrán láthatók. A repülőgép zérus helyekkel nem rendelkezik.
85
Imag Axis 1
Modern repülõgép pólusai és z érusai
0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1 -2.5
-2
-1.5
-1 -0.5 Real Axis
0
0.5
1
III.21. ábra. A szabad repülőgép pólusai, ×: pólushelyek
Mint az a III. 21. ábrán jól látható, a szabad repülőgép λ1 sajátértéke a komplex sík jobb felére esik, tehát a repülőgép mozgása instabil. A szabad repülőgép tranziens viselkedése a III. 22. ábrán látható. A bemeneti jel az állásszög 1°-os ugrásszerű változása. 6
x 10
4
5 4 3 2 1 0 -1 0
2
4
6
8
10
Idő [sec]
III.22. ábra. A szabad repülőgép tranziens viselkedése v x - "—" ; α - "--" ; ω z - "..." ; ϑ - "-.-"
Következő példában, tervezzünk olyan szabályozót a repülőgép számára, amely biztosítja a repülési jellemzők értékeinek megtartását. A tervezés során alkalmazzuk a (5.22) integrálkritériumot. Legyenek az integrálkritérium súlyozó mátrixai a következők:
86
⎡1 0 0 0 ⎤ ⎢0 10 0 0 ⎥ ⎥ , R = [10] Q=⎢ ⎢0 0 50 0 ⎥ ⎢ ⎥ ⎣0 0 0 1 ⎦
(5.55)
A (5.55) súlyozó mátrixokat alkalmazva a (5.10) integrálkritérium minimális értékét biztosító állapot-visszacsatolási mátrix tehát : K = [ 0,3344 −0, 2947 −2, 2996 −3,8167 ]
(5.56)
A (5.56) állapot-visszacsatolási mátrixszal rendelkező szabályozási rendszer tranziens viselkedése a III. 23. ábrán látható. Bemeneti jel ebben az esetben is az állásszög ugrásszerű 1°-os változása. 0.2
0
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8
-1 0
2
4
6
8
10
Idő [sec]
III.23. ábra. A tejes állapot-visszacsatolású rendszer tranziens viselkedése v x - "—" ; α - "--" ; ω z - "..." ; ϑ - "-.-"
A zárt szabályozási rendszer sajátértékei a következők lesznek:
λ1,2 = −0, 7636 ± 0, 7937 i ; λ3 = −0, 7738 ; λ4 = −28, 2444
(5.57)
A zárt szabályozási rendszer pólusai az III. 24. ábrán láthatók. A rendszer zérusokkal nem rendelkezik.
87
Imag Axis 0.8
Modern repülõgép pólusai
0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -30
-25
-20
-15 Real Axis
-10
-5
0
III.24. ábra. Az irányított repülőgép pólusai, ×: pólushelyek
Mint az a III. 24. ábrán látható, a zárt szabályozási rendszer pólusai a komplex sík baloldali részén helyezkednek el, tehát a rendszer stabilis működésű. Így a szabályozó tervezési feladatot megoldottnak tekinthetjük. III. 5.3. Értékkövető szabályozási rendszer tervezése A modern repülőgépek a repülés egyre több fázisában alkalmazzák az értékkövetés elvét. Ilyen funkciónak tekinthető a polgári repülésben alkalmazott flare rendszerek, amelyek feladata a leszállás utolsó fázisában a repülési magasság előre megadott törvényszerűség szerinti változtatása. Ilyen esetekben, az időben változó alapjelet számítógép hozza létre. Hasonló módon a katonai repülőgépek harci alkalmazása során a földi és a légi célok manőverezése miatt a rávezetés során a rávezetési hiba állandó jelleggel változik [94, 96]. Legyenek adottak a zárt szabályozási rendszer sajátértékei, melyet a repülés minőségi követelményei definiálnak. Tervezzünk szabályozót, amely biztosítja a zárt rendszer esetében a megadott minőségi jellemzőket. A minőségi jellemezőket a kívánt rendszerre ún. Modellmátrixszal szokás definiálni [87, 88]: y m = M y m ,
(5.3.1.)
ahol M a modell sajátértékeit határozza meg. Legyen adott a lineáris, autonóm rendszer állapot- és segédegyenlete:
x = Ax + Bu y = Cx
(5.3.2)
A szabályozó tervezése során keressük azt a lineáris vezérlési törvényt, amely a rendszert egyik állapotából a másikba viszi át:
88
u = -Kx
(5.3.3)
Végezzük el a segédegyenlet differenciálását és helyettesítsük az állapotegyenletet a kapott egyenletbe:
y = Cx = CAx + CBu
(5.3.4)
Amennyiben megvalósul a modell tökéletes követése, akkor
y = ym
(5.3.5)
y = My m = MCx = CAx + CBu,
5.3.6)
CBu = ( MC - CA ) x
(5.3.7)
Ebben az esetben igaz az alábbi egyenlet:
vagy
A (5.3.3) és a (5.3.7) egyenletek alapján a vezérlési törvény az alábbi módon írható fel:
u = [CB ]
−1
[MC − CA ] x = −Kx
(5.3.8)
A (4.3.8) egyenlet alapján az állapot-visszacsatolási mátrix tehát a következő lesz :
K = [CB ]
−1
[MC − CA ]
(5.3.9)
Amennyiben megvalósul a modell tökéletes követése, igaz az alábbi egyenlet: ⎡ CB )( CB )−1 − I ⎤ ( MC − CA ) x = 0 ⎣( ⎦
(5.3.10)
III. 5. 4. Optimális értékkövető rendszerek tervezése Az optimális értékkövető rendszerek tervezése során az állapot-visszacsatolási mátrix optimális értékét az alábbi integrál kritérium minimálásával keressük [94, 96]: 1 J= 2
∞
∫ ⎡⎣( y − My )
T
0
Q ( y − My ) + u T Ru ⎤ dt → min ⎦
(5.4.1)
Korábbról ismeretes, hogy
y = CAx + CBu
(5.4.2)
Az optimális vezérlési törvény [96]: uo = K x =
ahol
89
K1 x, K2
(5.4.3)
−1
K1 = − ⎡⎣ B T CT QCB + R ⎤⎦ B T P, −1
K 2 = − ⎡⎣ B T CT QCB + R ⎤⎦ B T CT Q ( CA − MA )
(5.4.4)
A P költségmátrixot az alábbi un. elfajult Ricatti-mátrixegyenlet megoldásaként keressük:
PA m + ATm P + Q m − KBR m−1BT K = 0,
(5.4.5)
}
(5.4.6)
ahol
{
(
A m = A − B ⎡ B T CT QCB + R ⎢⎣
)
−1
B T CT Q ( CA − MA ) ⎤ ⎥⎦
R m = R + B T CT QCB
(5.4.7)
−1 T Q m = ( CA − MA ) ⎡Q − QCB ( B T CT QCB + R ) B T CT Q ⎤ ( CA − MA ) (5.4.8) ⎣⎢ ⎦⎥
Az optimális állapot-visszacsatolási mátrix K számításához először az A m , Q m , R m mátrixokat kell számítani, amelyek a P költségmátrix meghatározásához szükségesek. Ezután számítható K1 é s K2 , valamint a K állapot-visszacsatolási mátrix is [94, 96]. Legyen adott egy kéthajtóműves vadászrepülőgép hosszirányú mozgásának állapotegyenlete [96]:
0 −9,81⎤ ⎡ vx ⎤ ⎡ 0 ⎤ ⎡ vx ⎤ ⎡ −0, 017 0, 026 ⎢ α ⎥ ⎢ −0, 0143 −1, 02 1 0 ⎥⎥ ⎢⎢ α ⎥⎥ ⎢⎢ −0, 064⎥⎥ ⎢ ⎥ ⎢ x = δe = + ⎢ω z ⎥ ⎢ 0 2, 6 −1,12 0 ⎥ ⎢ω z ⎥ ⎢ −11,56 ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ 0 1 0 ⎦ ⎣ϑ ⎦ ⎣ 0 ⎦ ⎣ϑ ⎦ ⎣ 0
(5.4.9)
A nem irányított repülőgép pólusai a (3.58) egyenlet alapján:
λ1 = −2, 6987; λ2 = 0, 7356; λ3,4 = −0, 0970 ± 0, 4175 i
(5.4.10)
Mint az a (4.4.10) egyenletből látszik, a nem irányított repülőgép instabil. Tervezzünk olyan szabályozót, amely biztosítja, hogy az irányított repülőgép dinamikusan stabilis legyen, valamint a követendő modellt jellemezze a következő mátrix:
0 −9,81⎤ ⎡ −0, 02 −0, 02 ⎢ −0, 002 −1,85 1 0 ⎥⎥ M=⎢ ⎢ 0 0 ⎥ −1,86 −1, 4 ⎢ ⎥ 0 1 0 ⎦ ⎣ 0
(5.4.10)
A stabilis, modell-repülőgép pólusai a (4.4.10) egyenlet alapján a következők lesznek :
λ1,2 = −1, 6280 ± 1,3457 i; λ3,4 = −0, 0070 ± 0, 0902 i
90
(5.4.11)
A (4.4.1)–(4.4.11) egyenleteket megoldva az optimális állapot-visszacsatolási mátrix a következő lesz : K = [ −0.0002 0.3242 0.0344 0.0297 ]
(5.4.12)
A zárt rendszer sajátértékei a következők:
λ1,2 = −0, 036 ± 0, 28i; λ3,4 = −1, 25 ± 1,35i,
(5.4.13)
amelyek jó közelítéssel megegyeznek a modell repülőgép (5.4.13) sajátértékeivel. A tervezési feladatot tehát megoldottnak tekinthetjük. Véleményem szerint valamennyi számítási feladat jelentősen le egyszerűsödik, ha valós rögzített információkat helyettesítjük be az egyenletekbe. Természetesen valamennyi mért fizikai jellemző csak akkor válik használhatóvá a számításaink elvégzéséhez, ha a rögzített jel értékek átalakításra kerülnek a mért mennyiség fizikai mértékegységre. A feladat végrehajtására egy speciális szoftver került kifejlesztésre, amely végrehajtja a paraméterek konvertálását, két lépésben. A fejezetben bemutatásra kerül elméleti alapok, és számítási feladatok célja az volt, hogy szemléltesse azokat fő összetevőket, melyek alapjaiul szolgálnak majdnem valamennyi számításnak. A fenti példákon keresztül láthatjuk szintén azt is, hogy menyire leegyszerűsödhet a számítási feladat, ha az ismeretlenek száma csökken.
91
IV. fejezet
A KIFEJLESZTÉSRE KERÜLT FEDÉLZETI ADATRÖGZÍTŐ ÉS FÖLDI KIÉRTÉKELŐ RENDSZEREK GYAKORLATI JELENTŐSÉGE
Jelen fejezetben bemutatom azt a munkát, amelyet a rendszer kifejlesztése során illetve annak kísérleti üzemeltetése alatt személyesen végeztem, valamint gyakorlati példán szemléltetem az új üzemeltetési és hitelesítési technológiát. Az adatrögzítő rendszer létrehozását a Magyar Honvédség kezdeményezte az I. fejezetben tárgyalt okok miatt. A fejlesztés mérföldkövei a következők voltak. 1989
SZU-22 típusú repülőgépen alkalmazott adatrögzítő berendezésből nehézkes volt a fedélzeten rögzített adatok kiolvasása, valamint áttöltése a földi kiértékelő számítógépbe.
1990
A fejlesztés első fázisában a B-2 kazetta, mint ideiglenes tároló, és maga a kiolvasó egység kiváltása volt cél (mágneses szalagra kerültek az adatok a kiolvasást követően, melyek sok esetben teljesen vagy részben alkalmatlan állapotban voltak a további felhasználásra).
1991
Az elkészített kiolvasó egység, a TEKI (TEMES Kiolvasó) elnevezést kapta.
1992
A kiolvasott adatok repülés utáni elemzéséhez kifejlesztésre került a TAVASZ-22 kiértékelő berendezés (fő alkalmazója a műszaki állomány) és TEMES megjelenítő program (repülőgép-vezetők részére, a végrehajtott repülések elemzésére).
1993
A kísérleti repülések végrehajtása után lezárult a csapatpróba a taszári bázison. A kifejlesztett kiértékelő és kiolvasó egységek kiválóan működtek a kiképzési repülések alatt és a javítások során. Mindkét rendszert a SZU-22 repülőgép típus kivonásáig alkalmazták.
1994
A hadrendbe állított MiG-29 típusú repülőgépekhez specifikusan átalakítottuk a kiértékelő rendszert és a gyorskiolvasót és a hitelesítőt.
1995
1998-ig a fejlesztés több fázison ment keresztül az üzemeltetők igényei szerint, de a Magyar Honvédség nem rendelte meg a rendszereket.
1998
Halálos repülőkatasztrófa Kecskeméten.
1999
A katonai vezetés rájön, hogy szükséges az adatrögzítő rendszer fejlesztése. Így a fejlesztés felgyorsul és 2001 nyarán az MH megrendeli az új kiolvasó és kiértékelő rendszert. 92
2001
A Szentgyörgyi Dezső Repülőezrednél a kísérleti üzemeltetés és csapatpróbát követően alkalmazásra kerül a RAR-29 Repülési Adatfeldolgozó Rendszer, a Mobil Adatkiolvasó (MAKI) berendezés, az Univerzális Földi Adatelemző rendszer. A nevezett rendszerek napjainkban is alkalmazásban vannak.
Az AVIATRONIC Kft. az első kísérleti üzemeltetést Taszáron 1990-ben megkezdte. A fejlesztésbe személyesen 1991-ben kapcsolódtam be. A repülések váltásonkénti alacsony száma miatt a megrendelő és az HM Technológiai Hivatal vezetése engem (mint az az ezred vezetőmérnököt) bízott meg a fejlesztési program vezetésével és a fejlesztési változtatások kidolgozásával. Az első lépésben a kiolvasó berendezés (illesztő-átalakító blokk, kábelek, csatlakozók) felés leszerelhetőségét úgy alakítottam ki, hogy a feladat a legrövidebb időn belül és más szakágaktól függetlenül végrehajtható legyen, és ne befolyásolja a repülőgép előkészítési és karbantartási munkáit. A beépíthetőség feltételeinek biztosítása után hitelesítési táblázatokat és grafikonokat kellett készítenem, abból a célból, hogy a rögzített paraméterek a monitoron történő megjelenítésekor már fizikai értéket olvashassunk le. A fenti feladatot két lépésben hajtottam végre: az elsőben egy általános hitelesítési etalont állítottam fel csatornánként minden egyes repülőgéphez. Természetesen itt figyelembe kellett venni a mért paraméter fizikai mennyiségének tartományát és az érzékelőelem mérési pontatlanságát. A hitelesítés menetét ebben a fejezetben bemutatom. A hitelesítés jelentősége az, hogy a berendezés „bárhol” történő alkalmazása esetén rendelkezzen egy olyan hitelesítési adatkészlettel, amely lehetőség szerint a repülési jellemzők paramétereit a fizikai valósághoz közeli értékeken jeleníti meg. (a jel az érzékelőtől a fedélzeti adatrögzítőig feszültség formájában mérhető, ennek elsődleges megjelenítése egy 0–255 karakterértékű adat lesz). A második lépésben a repülőgépek oldalszám szerinti hitelesítési táblázatait és grafikonjait készítettem el, majd a paramétereket a konverter segítségével már fizikai valóságuk szerinti értékként jelenítettem meg. Az oldalszám szerinti hitelesítés lényege, hogy az általános hitelesítési fájlok kiegészítődjenek az adott repülőgép saját repülési tulajdonságainak adataival, és így a rögzített paraméterek jobban közelítenek valós értékükhöz, ami a szabályozások pontosságát javítja. A hitelesítéshez szükséges méréseket tíz SZU-22 és először három MiG-29 repülőgépen hajtottam végre. Tekintsük át az irányszög (Ψ) csatorna vizsgálatát. Az irányszög jelét egy giroszkopikus adó állítja elő. A méréseket az etalon platformra helyezet adó 10°-onként (0–360°-ig) háromszor jobbra és balra forgatva végeztem el. A mérési értékek átlagának meghatározása után kijelöltem azt a fázist, amely a legjobban szemlélteti az irányszög változását. A repülőgépeken mért adatokat számítógépbe táplálva, megkaptam az irányszög általános hitelesítéséhez szükséges adatokat. A fenti adatok alapján elkészítettem a hitelesítési táb93
lázatokat, melyek adatai alapján a számítógép megrajzolja a hitelesítési grafikont. A méréseket valamennyi csatornában végrehajtottam. Így megkaptam a repülőgép általános hitelesítési adathalmazát. A számítógépes hitelesítés eredményeképpen a rögzített adatok fizikai értéküknek megfelelő nagyságban és mértékegységben jelennek meg. A földi mérések után 1991-ben 15 repülést hajtottunk végre az első légi mérési kísérlet során. A repülések után megkezdtük a kapott értékek és a földi mérések vizsgálatát. A repülési jellemzők alapján meghatároztuk a repülőgép stabilitási sajátosságait, kiegyensúlyozott, egyenes vonalú repülés esetén. A vizsgálat hátterében az az objektív tény áll, hogy egyes repülőgépek egyenes vonalú, állandó sebességű repülés esetén a kormányfelületeik nem minden esetben találhatók semleges helyzetben. Összességében: a repülőgépek külső geometriai eltérése kormányszerv kitérítési különbségeket mutat. A bonyolult repülési feladatok végrehajtásakor azt vizsgáltam, hogy a rögzített adatok értékei nem torzultak-e a valósághoz képest. A kapott adatok alapján a számítógépbe táplált hitelesítési adatokat kiegészítettük az oldalszám szerinti sajátosságokkal. A vizsgált időszakban a tesztelt berendezéssel 107 felszállást hajtottak végre. A repülési adatok és az új szabályozási technológia bevezetése óta már valamennyi repülőgép rendelkezik oldalszám szerinti hitelesítési grafikonnal és szabályozási adat-készlettel, melynek statisztikai adatmennyiségét gépelt oldalakban nem is lehetne meghatározni. Véleményem szerint a rendelkezésre álló adatok alapján bármilyen repülési szituáció vizsgálható és a repülés időarányos elemei megállapíthatók.
IV. 1 TAVASZ-29 ADATKIÉRTÉKELŐ RENDSZER, MOBIL ADATKIOLVASÓ–HITELESÍTŐ (MAKI–H) BERENDEZÉS
A repülési paraméterek fizikai valós értékeinek meghatározásához elengedhetetlen a fedélzeti jeladók precíz kalibrálása. MAKI-H berendezés a MIG-29-es típusú repülőgépek fedélzeti jeladóinak hitelesítését segíti elő. Itt ebben a fejezetben mutatom be munkám egyik eredményét, amely segítségével, sokkal egyszerűbbé vált a hitelesítési eljárás végrehajtása. Ezzel csökkent az átfutási idő a repülőgépek időszakos vizsgáinál, illetve növekedett a lehetősége annak, hogy a valós fizikai értékekhez közeli kalibrálást lehet elérni. A berendezés két fő részből áll. Az egyik a laborban elhelyezett kiolvasó munkaállomás, a másik a hordozható egység (Mobil Adatkiolvasó és kiértékelő hitelesítő egység). A kiolvasó egység egy személyi számítógépből és a hordozható egységet a kiolvasás idejére tápfeszültséggel ellátó hálózati tápegységből áll. A hordozható rész az adatgyűjtőből és a csatlakozó kábellel ellátott illesztőből áll.
94
TESZTER U3-L
(MIG-29 fedélzeti adatrögzítő csatlakozópontja)
Mobil Adatkiolvasó és kiértékelő–hitelesítő egység (MAKI-H)
Kiolvasó munkaállomás
IV. 1. ábra Hitelesítés menete A hitelesítés elvégzéséhez először az adatgyűjtőt fel kell tölteni az adott gép hitelesítő fájljával. A feltöltés a számítógépen futó program segítségével történik. Az így feltöltött adatgyűjtő tartalmazza a hitelesítendő gép egyes paramétereihez tartozó hitelesítési pontok adatait, (beállítandó értékek, mintavételi helyek, stb.) és a gép azonosító adatait. Az adatgyűjtőt csatlakoztatva a gép fedélzeti rendszeréhez kiválasztható, megmérhető, és tárolható a kívánt paraméter kiválasztott pontjához tartozó kód. MAKI-H szerkezeti kialakításának ismertetése A MAKI-H multiprocesszoros rendszer, az adatgyűjtőből és az illesztő egységből áll. Blokkvázlata a IV. 2. ábrán látható.
95
+27V
TESZTER/U3
Tápegység
Mikro vezérlő
Fogadó áramkör
RS illesztő
Kijelző
Nyomógombok
RS illesztő
Mikro vezérlő
Tápegység MAKI-H illesztő
MAKI-H adatgyűjtő
IV.2. ábra
Az illesztő egység bemenetét egy fogadó áramkör képezi, mely szintmegfogást és jel alakformálást végez. A megformált jeleket egy mikro vezérlő dolgozza fel, rendezi blokkokba. A blokkokat illesztőn keresztül elküldi az adatgyűjtő egységbe. A tápegység a fedélzeti 27V-ból 5V-ot állít elő az elektronika részére. Az adatgyűjtő mikro vezérlője az illesztőn keresztül veszi az adat blokkokat az illesztőtől, és a soros memóriába tölti. A nyomógomboktól kapott parancsok alapján állítja össze az adatblokkot, és vezérli a kijelző egységet. A kijelző egység is tartalmaz egy mikro vezérlőt, amely a sorosan kapott kódokból a benne letöltött karaktereket jeleníti meg. Az adatgyűjtő szabvány soros vonala lehetővé teszi, hogy asztali PC-vel fel tudja venni a kapcsolatot, és át tudja adni a hitelesítő fájl elkészítéséhez szükséges adatokat. A MAKI-H kezelő paneljét a IV.3. ábra szemlélteti.
*AVIATRONIC KFT* **MAKI-H**V0.1** AVIATRONIC Kft.
MAKI-H
Adat Mérés Menü Indít (Kiválaszt)
IV.3. ábra
A főmenüben a kijelző felső sora a csatorna nevét, a mintavétel helyét, valamint az aktuális kódot, a kijelző alsó sora a csatorna számát, valamint az állapotát mutatja.
96
MAKI-H és számítógép összekötése Hálózati adapter PC
MAKI-H Adatgyűjtő
Adat
*AVIATRONIC KFT* **MAKI-H**V0.1**
Mérés Menü Indít (Kiválaszt)
AVIATRONIC Kft.
MAKI-H
RS232 kábel IV.4. ábra. MAKI-H adatgyűjtő összekötések
MIG-29 repülőgép KPA csatlakozó
MAKI-H Adatgyűjtő
MAKI-H illesztő
Adat
*AVIATRONIC KFT* **MAKI-H**V0.1**
Mérés Menü Indít (Kiválaszt)
AVIATRONIC Kft.
MAKI-H
IV.5. ábra MAKI-H adatgyűjtő és a repülőgép összekötése
A mérés metodikáját és a kezelési utasítás a MAKI-H Műszaki leírás tartalmazza, melyet személyesen készítettem el. TESZTER rendszer az egyes csatornákat több helyen mintavételezheti. Ha nem jelölünk ki kitüntetett helyet a készülék másodpercenként váltva az összes (a csatornához tartozó) mintavételi helyről veszi az adatokat.
97
Ha kiválasztottuk a hitelesítendő csatornát az “Indít” gombbal a mérési pont menübe jutunk, ahol kiválaszthatjuk, hogy melyik pontot mérjük. A kijelző felső sora továbbra is a csatorna nevét, a mintavétel helyét, valamint az aktuális kódot, a kijelző alsó sora viszont a csatorna számát, a mérési pont állapotát (ha nincs megmérve a kijelzés “-“, ha igen a kijelzés “*”), a mérési pont számát valamint a beállítandó értéket mutatja. A jeladón beállítva a mérési ponthoz tartozó értéket, nyomjuk meg az “Indít” nyomógombot. A mérés LED kigyullad. Várjuk meg, amíg a mérés LED elalszik (16 másodperc). A kijelzőn megjelenik a pont megmérését jelző *. Ha megmértük az összes hitelesítendő pontot, a számítógéppel olvashatjuk ki az adatokat. A kiinduló hitelesítő állomány megadása Először a megfelelő TESZTERHEZ (repülőgép egyedi oldalszám szerinti fedélzeti adatrögzítőjéhez) tartozó kiinduló hitelesítő állomány nevét kell megadnunk. Ezt az alábbi ábrákon látható módokon tehetjük meg: Figyelem, minden repülőgép egyedi aerodinamikai sajátosságokkal rendelkezik (gyártási technológia következtében nem lehet minden paramétert általánosítani), az adók beépítésében eltérések tapasztalhatók, illetve az orosz egyedi kézi gyártás következtében a sárkány szerkezet repülésdinamikai tulajdonságai is eltérőek.
IV.6. ábra A kiinduló hitelesítő állomány szerkesztése Az oldalszám szerinti alap-hitelesítő állomány beolvasása után először ki kell jelölni a hitelesítendő pontokat, amelyek lehetnek gyári alapadatok vagy általunk kritikusnak mondott tartomány értékei. Gyakran olyan szakaszokban növeljük a mérések, hitelesítési pontok számát, ahol prognosztizálható egy esetleges eltérés.
98
IV.7. ábra
Amennyiben csak néhány csatorna kerül hitelesítésre, akkor célszerű a fenti ábrán nyíllal jelzett gomb megnyomásával az alább látható párbeszédablakban “Nem” gombot választani: Egyébként minden egyes csatorna beállítható, illetve kizárható a hitelesítés további folyamatából a „Hitelesítendő” doboz segítségével. A csatornaválasztás a “Jeladó/Csatorna” mellett jobbra elhelyezkedő legördülő listából történik, ahol az oldalszám, valamint még a TESZTER szám is fontos az említett egyediségek miatt. A IV.8 ábra szemlélteti a gyorsulás adó potenciométerének hitelesítési táblázatát.
99
IV.8. ábra
A hitelesítési program segítségével számíthatók a mérési pontok étékei (a potenciométer hitelesített adatai alapján). Mint látható a táblázat alapját a gyári típus szám szerinti adatok szolgálják. A Maki-H használatakor a „Mérési pont” menüben a „Menüvezérlő nyomó gombok” jobb gombjának ismételt megnyomásával először a beállítandó „R1”, majd az „R2” értéket láthatjuk. Az ellenállásértékek kiszámítása után az „Valós” / „Kód” érték listában – amennyiben a „Maki-H érték” doboz ki van jelölve – a középső oszlopban a százalékos értékek és az R1,R2 ellenállások megtekintésére fölhívó szöveg jelenik meg. A „Hitelesítési pont szerkesztése” csoport alatt elhelyezkedő „Szerkeszt gombot megnyomva megváltoztatható: • • •
a Maki-H kijelzőjére kerülő szöveg, ha a „Maki-H érték” doboz ki van jelölve, a valós érték, a valós értékhez tartozó kód.
A fent leírtak segítségével a hitelesítés elvégezhető számítógéppel, és a nehéz és munkaigényes kiépítések elkerülhetők, valamint az ezzel együtt járó hiba lehetőségek kizárhatók.
100
IV.9. ábra A hitelesítés befejezése, a hitelesítő állomány létrehozása Adatok betöltése a MakiH-ból - a betöltést az alábbi módon hajthatjuk végre: Az adatok sikeres betöltése után a program automatikusan beolvassa a méréshez tartozó, az előzőekben eltárolt „Terv__.cal” állományt, majd megjeleníti a “Hitelesítési eredmények ...” ablakot. A 0, illetve 255 kódértékhez tartozó valós értékeket ki kell tölteni. A „Maki-H érték” doboz kijelölését meg kell szüntetni . A “Hitelesítési eredmények ...” az “OK” gomb megnyomásával kerülnek eltárolásra. A „Hitelesítés vége” ablak tájékoztat a hitelesítési folyamat sikeres befejezéséről. Az újonnan készített hitelesítő állomány a „Mert__.cal-<ÉÉÉÉhhNN>„ néven kerül eltárolásra (Ahol az . ÉÉÉÉ évet, a hh hónapot, míg a NN napot jelenti.) Az eljárással lépésről lépésre végig lehet hitelesíteni valamennyi paramétert. Ennek jelentősége, hogy sokkal egyszerűbb és pontosabb mint az ezt megelőző hitelesítési eljárások. Az új adatrögzítő és értékelő rendszer eddigi alkalmazási tapasztalatai bizonyították, hogy teljesíti a vele szemben támasztott követelményeket, növeli a repülések biztonságát. Ezzel egy korszerű, világszínvonalon álló adatrögzítő és repülési adatfeldolgozó eszköz áll rendelkezésre a repülőgép-személyzet légi üzemeltetés közbeni tevékenységének és a repülőgépek légi meghibásodásainak ellenőrzésére. Ezek az információk nélkülözhetetlenek a repülőgépek korszerű elvek szerinti üzemeltetéséhez.
101
Mindezek mellett hangsúlyozni kell, hogy az új rendszer csak segédeszköz, amely megkönnyíti, de nem helyettesíti a magas színvonalon képzett szakemberek munkáját. A rögzített adatok feldolgozása, a megfelelő következtetések levonása, a feladatok végrehajtásának minősítése, a repülőgépek műszaki állapotának ellenőrzése továbbra is nagy szakértelmet és felelősséget igényel. A további alkalmazási lehetőségek feltárása és az adatok magasabb szintű értékelésének kidolgozása csak a nagy gyakorlati tapasztalattal és elmélyült szakmai ismeretekkel rendelkező szakemberek aktív közreműködésével lesz lehetséges.
IV. 2. ÜZEMELTETÉSI TAPASZTALATOK, KIDOLGOZOTT ÚJ TECHNOLÓGIA
Bemutatom munkám egyik eredményét, amelyet a fejlesztés folyamán a hitelesítő programmal együtt saját önálló munkámnak tekintek. Az előző fejezetekben már bemutatott TAVASZ-29 adatfeldolgozó rendszer Univerzális Földi Adatelemző rendszere kerül bemutatásra. Az rendszer rendeltetése a MIG 29 típusú repülőgép fedélzeti adatgyűjtőjének, (TESZTER U3-L) valamint a LUCS-71 adatkiolvasó magnójában rögzítettek kiolvasása és az adatok kiértékelése korszerű számítógépes rendszerrel. A rendszer rendeltetése az adatok áttöltése – a mobil adatkiolvasó és kiértékelő egységből (továbbiakban MAKI) – majd az adatok grafikus megjelenítése, kiértékelése, üzemeltetési adatok listázása, adatbázisok tárolása. Az adatok megjelenítésekor eldönthető, hogy mely csatornák kerüljenek ábrázolásra, milyen színnel. Különböző kiértékelési feladatok alkalmával különböző beállításokat célszerű használni. A „Grafikus felület beállítása” objektum tartalmazza a megjelenésre vonatkozó adatokat. A rendszer működésének megértéséhez szükséges a program mélyebb megismerése. Ezért a következőkben részletesen bemutatom a fejlesztés eredményét. Az alábbi ábrán a program tipikus megjelenési formája látható:
102
IV.10. ábra
Balra, fent a főablak, alatta a csatornaválasztó és napló ablakok. A jobb felső sarokban a fizikai értékeket listázó ablak látható.
IV.11. ábra A főablak a program vizuális megjelenésének kerete, a lényeges vezérlőelemekkel (menü, eszközléc), valamint egy egyszerű állapotsorral. A kereten belül helyezkedik el a grafikus ablak, melyben az aktuális adatok megjelenítése történik. A „Maki” legördülő menüben az alábbi menüpontok vannak:
103
IV.12. ábra
• • • • • • • • • • • •
Összeköt: TCP/IP kapcsolatot hoz létre a MAKI eszközzel. Szétkapcsol: A MAKI eszközzel meglévő TCP/IP kapcsolatot lebontja. Adatkönyvtár letöltése: letölti, majd megmutatja a MAKI eszközben tárolt adatok listáját Adatkönyvtár: megmutatja a MAKI eszközben tárolt adatok listáját Letölt: A MAKI eszközön lévő összes adatfájlt letölti. (Célszerű a napló ablakban követni a töltés folyamatát.) Töröl: A MAKI eszközön lévő összes adatfájlt letörli. Maki-tmp: a MAKI, működése során néhány átmeneti fájlt hoz létre Letölt: átmeneti fájlok letöltése Töröl: átmeneti fájlok törlése Vége: A MAKI eszközt leállítja. Újra: A MAKI eszközt újraindítja (KötTörölVége: TCP/IP kapcsolatot hoz létre a MAKI eszközzel, letölti az összes adatfájlt, a MAKI eszközt leállítja, a meglévő TCP/IP kapcsolatot lebontja.)
IV. 13. ábra
104
A párbeszéd ablakban az adatfájl kiegészítő információi is helyet foglalnak. Bármely kategória szerint rendezhető a lista a fejléc gomb megnyomásával. A fejléc gomb újbóli megnyomásával a rendezés iránya megfordul. A grafikus ablak fejlécében az adatok ábrázolási tartományának kezdete, a mutató helyének megfelelő idő, illetve a látható tartomány ideje látható óra:perc:másodperc alakban. A grafikus ablak jobb oldalán, felül az analóg folyamatos csatornák kerülnek ábrázolásra. Jobbra, alul a digitális (egyszeri parancsjelek) kerülnek ábrázolásra. Az éppen kijelölt analóg csatornák rövid nevei, a megfelelő színnel az ablak tetején találhatóak, az éppen kijelölt digitális csatornák rövid nevei, a megfelelő színnel az ablak alján találhatóak. Amennyiben a skálaérték megjelenítése opció be van állítva, akkor az analóg csatornák ábrázolási felülete mellett, balra helyezkednek a kijelölt analóg csatornák értékei a megfelelő helyen, a kiválasztott színnel. A keretezett részek fölött mozgatva az egérmutatót a mutató szálkereszt alakot vesz fel. Ilyenkor az egér jobb gombját lenyomva tartva kijelölhető az ábrázolni kívánt tartomány. Az egérgomb elengedése után az előbb kijelölt tartomány kerül kijelzésre. Az egér bal gombját lenyomva tartva a mutató által kijelölt időpillanatnak megfelelő csatornák fizikai értéke látható a lista ablakban.
IV. 14. ábra
Az ablakban az “Adatblokk típus információ” objektumban tárolt rövid nevekkel ellátott gombok találhatóak. A kövérrel szedett betűk a digitális csatornákat jelzik. A gomb lenyomásával a grafikus ablakban a megfelelő csatorna ábrázolásra kerül.
105
IV.15. ábra
A grafikus ablakban ábrázolt csatornák aktuális értékeit tartalmazza. Az egérmutató utolsó mozgatásakor eltárolt állapot ki van jelölve. A grafikus ablak felett húzva az egérmutatót, a listaablak követő üzemmódban mutatja az aktuális fizikai értékeket. A menü “Másol / minden” parancsa a listaablak teljes tartalmát a vágó lapra helyezi. “Másol / kijelölt” parancs a lista ablakban kijelölt elemeket másolja a vágólapra. A vágólapról tetszőleges helyre bemásolható a tartalom, például akár egy Word dokumentumba is.
IV.16. ábra 106
IV.17. ábra
107
BEFEJEZÉS, ÖSSZEFOGLALÁS
Az értekezésemben célul kitűzött diagnosztikai berendezés és módszer bemutatásához szükséges volt a fedélzeti adatrögzítőkről és a szabályzásokról részletesebb leírást adni (II. fejezet), bár mindkét fejezet önmagában egy értekezés anyagát szolgáltathatná. A III. fejezetben kapott matematikai modellek, pedig a rögzített paraméterek behelyettesítése után a repülőeszköznek konkrét repülésdinamikai és műszaki állapotát tükrözi. A külföldi repülőeszközökön alkalmazott adatrögzítők információja alapján háromdimenziós mozgás szemléltethető a repülés bármely fázisáról A IV .fejezetben csak nagyon röviden szemléltettem az általam végzett mérési statisztikai munkát, hisz a több száz felszállás (ennek többszöröse a földi mérés), melynek információi alapján válhatott a kísérleti rendszer olyanná, mint a jelenlegi állapota. A Magyar Honvédség RMI a kísérleti üzemeltetés tapasztalatai alapján (műszaki, gazdasági) úgy döntött, hogy az általam javasolt változtatásokkal rendeli meg a MT.KFKI. Aviatronic Kft-től az adatrögzítő berendezést. Ezért a fentieket figyelembe véve, úgy alakítottam ki az új rendszert, hogy a repülőgépben huzamosabb ideig is üzemeltethető legyen. A matematikai modell eredményeinek figyelembevételével a kormányszervek elmozdulását -°- és -mm-ben kívánom rögzíteni. Így a mátrixok bal és jobb oldalán a rögzített információk segítségével mért értékek lesznek. A rendszer elemei olyan helyre kerülnek beépítésre, ahol bármikor ellenőrizhetők. Az átalakítás alapjául az szolgál, hogy az eredeti berendezés olyan részében volt elhelyezve a repülőgépnek, amely akadályozta fegyverrendszereinek működtetését, így tehát hadrafoghatóságát, ami egy ipari javító üzemben nem okoz problémát, míg a repülőcsapatoknál ez határozza meg a bevethetőség határát, és a kiképzési feladatok végrehajthatóságát. Automatikus vezérlő rendszer berepülése (rendszer-vizsgálat) esetén a repülőgép-vezető a repülés dinamikáját érzékeli. Ez által a stabilitási és kormányozhatósági tulajdonságokat csak részben tudjuk megállapítani. A repülőgép mozgásjellemzőit meghatározó paraméterekről eddig csak szubjektív információk álltak rendelkezésre. A vezérlő rendszer állapotát csak a repülési helyzet és a mozgásjellemzők ismeretében lehetséges meghatározni. Az általam vizsgált rendszer rögzíti a fenti paramétereket, melyek alapján, már a vezérlő rendszer állapota, működési rendellenessége közvetlenül megállapítható. A bemutatott technológia szerint a rendszer 49 áttételi számát határozhatjuk meg, melynek segítségével a szakemberek rövid idő alatt behatárolhatják, hogy a rendellenes mozgást a berendezés meghibásodása (kormánygép, erősítő) vagy csak a szabályozott jel értékének tűrésmezőből való kicsúszása okozta.
108
A fenti megállapításból az következik, hogy vagy berendezést kell kicserélni, és emiatt újra kell szabályozni a repülőgépet, vagy csak az előírt értéktől eltérő jelet kell csatornájában beszabályozni, ami után a repülőgép berepülés nélkül visszaadható az üzemeltető alegységnek. Ezzel csökken a berepülések száma, a kicserélt berendezések mennyisége és lerövidül a repülőgép üzemképtelen napjainak száma. A gyakorlati munkám során gyűjtött statisztikai eredmények alapján (hibanyilvántartó számítógépes program segítségével végeztem, melyet újításként fogadott el az MH LEP. és már több repülőcsapatnál alkalmazzák) megállapítható, hogy a bonyolultabb meghibásodások esetén, amikor több szakág érintett, nagyon nehéz objektív információk nélkül meghatározni a javítási algoritmust. Ilyen esetekben a szakágak önállóan kezdték el a hibabehatárolást és javítást, amit sajnos gyakran a rendszerek blokkjainak kicserélgetésével végeztek. A problémát nehezíti, ha az adott rendellenességről különböző szubjektív információk állnak rendelkezésre. Ezt nem minden esetben a repülőgép-vezető figyelmetlensége okozza, hisz a rendellenesség észlelésekor a figyelem nagyobb része a repülőgép kormányzására irányul. A fentieken kívül gondot okoz az is, hogy a repülési szituációkat földi ellenőrző rendszerekkel nem lehet szimulálni. Mivel az MH nem rendelkezik repülési szimulátorral, a pilóták képzését és repülési feladatok 3D megjelenítését Szlovákiában hajtják végre. A kifejlesztett MOBIL adatkiolvasó és gyorskiértékelő berendezés lehetőséget ad a repülőgépek idegenrepülőtérről történő üzemeltetésére és az ismételt gyors bevethetőség biztosítására.
MUNKÁM LEGFONTOSABB EREDMÉNYEINEK TEKINTEM A KÖVETKEZŐKET
1. Megvizsgáltam hogyan használhatók a matematikai modellek és átviteli függvények diagnosztikai célokra a repülés közben rögzített adatok vizsgálatakor. Ezen belül elvégeztem: • • •
az automatikus vezérlő rendszer vezérlési törvényeinek vizsgálatát (mely az értekezés második fejezetében található) a matematikai modell segítségével felállított szabályzási modell elemezését a rögzített paraméterek figyelembevételével (mely az értekezés harmadik fejezetében található); az üzemeltetési módok vizsgálatát, és arra a megállapításra jutottam, hogy állapot szerinti üzemeltetést megvalósítani csak fejlett diagnosztikai módszerek alkalmazásával lehet.
109
2. Javaslatom alapján elfogadták a MAKI (Mobil adatkiolvasó berendezés) és az UFA (Univerzális Földi Adatelemző) rendszer specifikációját, melynek eredményeképpen megbíztak a rendszer alkalmazhatósági vizsgálatának vezetésével. Ennek során: • • •
kialakítottam a rendszerelemek gyors, megbízható csatlakoztatását és kezelhetőségét; megvizsgáltam és kiválasztottam a rögzíthető paramétereket a diagnosztikai célok figyelembevételével; meghatároztam a csatornánkénti mérési módszereket, illetve a fontosabb paraméterek több csatornán történő rögzítését.
3. A Magyar Honvédség (Technológiai hivatal) megrendelése alapján az AVIATRONIC kft. által elkészített adatrögzítő rendszer hitelesítését hajtottam végre: • • •
a hitelesítési feladat elvégzéséhez először 3, majd valamennyi repülőgépen csatornánként többszöri (földi) méréseket végeztem; a mért adatokat a repülés közben rögzített információkkal egészítettem ki, így megkaptam a repülőgépek egyedi hitelesítési grafikonjait; a rendszert kísérleti üzemeltetése során 237 esetben kerültek levételre az adatok, a levegőben összesen 136 óra 52 percet töltött, a rögzített adatok feldolgozásának menetét az értekezés II, IV. fejezetekben részletesen bemutattam.
4. Az adatfeldolgozás során ellenőriztem a fizikai jellemzők valóság közeliségét, ill. átszámíthatóságát: •
•
különböző repülési helyzetek (H; V) és repülőgép adottságok figyelembevételére alapozva eljárást dolgoztam ki a rögzített jellemzők átszámíthatóságára, amelyet a MAKI-H hitelesítő rendszernél vezettem be; megállapítottam, hogy a repülőgépek egyedi sajátosságokkal rendelkeznek, ezért csak adott repülőgépekhez köthetők a fizikai tulajdonságok.
5. Hazai viszonylatban elsőként tettem kísérletet a fedélzeti adatrögzítő és automatikus vezérlő rendszerek üzemeltetésével összefüggő kérdéskörök összefoglalására és a működésüket leíró matematikai modellek és kiértékelési eljárások bemutatására.
6. Az irodalmi hivatkozások alapján felállítottam és levezettem a repülőgép mozgásegyenlet-rendszerét, eredményül megkaptam a matematikai modelleket (hossz- és oldalirányú mozgásra). Létrehoztam a hossz- és oldalirányú mozgások szabályzási célú modelljét, valamint eljutottam a robotpilóta átviteli függvényeihez, melyeket a III. fejezetben részletesen bemutattam. Rámutattam, hogy a fedélzeten rögzítet adatok közvetlenül behelyettesíthetők az elméleti számításokba ezzel egyszerűsítve a mátrixformát.
110
7. Eljárást dolgoztam ki a repülőtechnika műszaki állapotának meghatározására, ezen belül az automatikus vezérlő rendszer beszabályozási módjára a rögzített paraméterek figyelembevételével (ezt a II. fejezet tartalmazza).
8. Elsőként hoztam létre és teszteltem egy olyan szoftver csomagot, amely képes a repülési adatsorokat átkonvertálni dat. kiterjesztésűre, illetve ezt kilistázni Excel táblázatba és akár a hitelesítő adatokat is képes létrehozni, amely gépenként más és más. Ez a konverter nem csak a MiG-29. repülőgép adatállományát képes kezelni, átalakítani, hanem bármely más mai modern repülőgép fedélzeten rögzített adatállományt.
Az értekezésemben leírt új diagnosztikai eljárás eredményeként lehetővé vált a repülőtechnika, és berendezéseinek (egyéb fedélzeti rendszerek, mint pl. robotpilóta elemeinek) állapot szerinti üzemeltetése. Vizsgálati eredményeim (alkalmazást és specifikációt érintő módosítási javaslataim), az általam elkészített dokumentációk (műszaki leírások, felhasználói-üzemeltetői utasítások), valamint a kísérleti üzemeltetés tapasztalatai alapján, a 2001. nyarán elvégzett csapatpróba lezárását követően, a Magyar Honvédség megrendelte a fejlesztő AVIATRONIC Repüléstechnikai Fejlesztő vállalattól a MAKI (Mobil Adatkiolvasó) berendezést, és a MAKIH (hitelesítő szoftver), illetve az UFA (Univerzális Földi Adatelemző) szoftver és hardver konfigurációt, amelyet jelenleg is üzemeltet. Összességében, személyesen részt vettem a fejlesztés valamennyi fázisában (elméleti felkészültségem és gyakorlati tapasztalataim felhasználása érdekében), elősegítettem, hogy a Magyar Honvédség részére olyan rendszer kifejlesztése valósuljon meg amely segítséget nyújt nemcsak a műszaki üzemeltető állománynak, hanem a repülő-hajózó és oktató személyzetnek is, valamint növeli a hadrafoghatóságot, csökkenti a felszállások közötti idő igényt a műszaki állapot objektív meghatározása segítségével, a mely elősegíti a repülések biztonságos végrehajtásának lehetőségét, növelését.
111
ÚJ TUDOMÁNYOS EREDMÉNYEK, TÉZISEK
Munkám elkészítése során és azt megelőzően a következő kutatási tevékenységet végeztem, melyekről publikációim jelentek meg. 1. Számítógépes Integrált Repülési paramétereket rögzítő és kiértékelő Objektív Mérőrendszer (SZIROM), a MiG-21tipusú vadászrepülőgép eredeti orosz SZARP típusú elektro-optikai adatrögzítőjének lecserélésére kifejlesztett fedélzeti adatrögzítő rendszer. A fejlesztés 1989–1993 között folyt Taszáron, a 31. Harcászati Repülőezrednél. A kifejlesztett rendszer típus módosítása után alkalmazásra került a Mi-24 típusú harci helikoptereken, és a L-39, JAK-52 típusú kiképző repülőgépeken a Magyar Légierőnél. 2. Robotpilóta Adatgyűjtő és Számítógépes kiértékelő rendszer (ROBAR). Ez egy speciális adatrögzítő berendezés, amely a fedélzeti automatikus vezérlő rendszer ki-, és bemeneti paramétereit repülés, illetve földi szabályozás közben rögzíti. A fejlesztés 1991-1994 között folyt Taszáron. Speciálisan a MiG-21 típusú repülőgéphez lett kifejlesztve a robotpilóta földi beszabályozásának megkönnyítésére. (1994. BME Dr. Univ. Fokozat) 3. TESZTER-rel rögzített repülési jellemzők Integrált Számítógépes Analízise (TISZA), a rendszer fejlesztésének a célja a SZU-22 típusú csatarepülőgépek LUCS-71 adatfeldolgozó rendszerének lecserélése volt. Az új rendszer már biztosította a repülési jellemzők gyors és pontos analizálhatóságát. A fejlesztés 1990-1993 között folyt Taszáron. 4. TESZTER-rel rögzített repülési jellemzők műszeres megjelenítése és elemzése (TEMES). A TISZA adatfeldolgozó rendszer adatbázisán jött létre egy teljesen új típusú vizuális megjelenítő rendszer. A repülés alatt rögzített adatokból, a program grafikus formában fizikai értékekkel megjelenítette a repülés egészét a térben-, idő függvényében, valamint a repülési pályát. A repülőgép-vezetőnek és oktatónak a feladat-végrehajtása után, lehetősége volt a repülőgép-vezető tevékenységének objektív ellenőrzésére a megjelenített műszerfal és a háromdimenziós repülés szimulációjával. A fejlesztés 1991-1993 között folyt Taszáron. 5. TESZTER Adatok Vétele és Analízise Számítógépen (TAVASZ-22) rendszer a SZU-22 típusú repülőgép fedélzeten rögzített adatait kiolvasta-, a műszaki állapotot expressz kiértékelte és a repülési információkat archiválta, a repülőgép mellett. A fejlesztés 1993-1996 között folyt Taszáron. 6. Fedélzeti Orvos-biológiai Adatrögzítő (MEDICINA) rendszer a repülőgép-vezető, repülés közbeni pszichofizikai jellemzőit méri-, rögzíti és tárolja egy speciális adattárolóban. Repülőorvosi vizsgálatokhoz a rendszer által rögzített paraméterek jól használhatók voltak. E fejlesztés jelentős nemzetközi érdeklődést váltott ki.
112
7. TAVASZ-29, és a Repülési Adatfeldolgozó Rendszer (RAR) fejlesztése 1997-2001 között folyt Kecskeméten, az 59. Harcászati Repülőezrednél. Ezt a kutatómunkát mutatom be jelen értekezésemben.
A KUTATÓMUNKÁM EREDMÉNYEIT NÉGY TÉZISBEN FOGLALTAM ÖSSZE
I. tézis. A szimulációs vizsgálatok eredményei alapján kidolgoztam egy repülési információk rögzítésére szolgáló szilárdtest-memóriás adatrögzítő rendszer specifikációját: az első fejezetben található, CD-melléklet / 1. sz. Melléklet). 1. A specifikáció első lépésében meghatároztam a mérendő paraméterek körét, majd megvizsgáltam a rendelkezésre álló 256 rögzítési csatornát melyből 116 vált alkalmassá a kifejlesztendő adatrögzítő berendezéshez és végezetül kialakítottam a csatornánkénti mérési frekvenciát a mérendő paraméterek fizikai információ tartalmának függvényében. 2. Az általános érvényű repülésdinamikai egyenleteket felhasználás-orientált alakra hoztam, hogy a szimulációs vizsgálatok egyszerűbben elvégezhetők legyenek; 3. A szimulációs vizsgálatok során behatároltam azon repülési jellemzők körét amelyeket: • • • •
Repülő esemény kivizsgálásokhoz; Diagnosztikai célú elemzésekhez; Repülőtechnikai repülés dinamikai-, kormányozhatósági illetve műszaki állapot minősítéséhez; Üzemeltetési folyamat optimalizálásához, a mért paraméter eltérések értékeléséhez illetve prognosztizáláshoz mérni szükséges.
4. Szimulációs vizsgálatot végeztem a repülési jellemzők értékeinek információ felhasználhatóságának szempontjából. Megállapítottam, hogy a jellemző repülési értékek tartománya nemcsak típusonként, mint például vadász, vadászelfogó, csatarepülő, de a típuson belül egyedi, katonai szleng szerint „oldalszám” paraméter eltéréseket mutatnak. 5. Meghatároztam a vadászrepülőgépek repüléstechnika jellemzőinek és műszaki állapotának becslésére, értékelésére szolgáló repülési jellemzők körét, amely alapján a MAKI berendezés gyorskiértékelés elvégzésére képes a fedélzeti adatok kiolvasását követően a repülőgép mellett. II. tézis. A szimulációs vizsgálati eredmények és kísérleti repülések (107 óra) gyakorlati tapasztalatainak felhasználásával elvégeztem a prototípus szerkezeti véglegesítését (MAKI, MAKI-H) és az ezt követő rendszer-berepülési tematikát.
113
1. Egybevetettem a szimulációs és mérési eljárásokat és új hitelesítési technológiát dolgoztam ki. MAKI-H kialakításánál figyelembe vettem a mérendő fizikai jellemzőt, érzékelő típusát, a rögzítés-, megjelenítés formáját és módját, az adott repülőgép típus modifikációját, a gép egyedi sajátosságát. 2. A fentiek alapján egyedi „oldalszám” szerinti hitelesítést vezettem be. A hitelesítés folyamata a IV. fejezetben található. • • •
Feldolgoztam a kísérleti repülések és földi mérések információit; Optimalizáltam a különböző jellemzők csatornánkénti mérési technológiáját; Ezek alapján egyes paraméterek mérését, rögzítését javaslatomra több csatornán végzik (mintavételezési idő, mérési tartomány, érzékenység);
3. A berepülések és a kísérleti vizsgálatok eredményei alapján továbbfejlesztettem a földi és légi üzemeltetési rendszert. • •
Javaslatomra módosított műszaki kiszolgálási, karbantartási és javítási technológia került bevezetésre 2001-től a MiG-29 repülőgépet üzemeltető szervezeteknél. A prototípus rendszerbe állítását követően, elkészítettem az új adatfeldolgozó rendszer berendezésének műszaki üzemeltetési és karbantartási szakutasítási dokumentumait.
III. tézis. A rögzítetett adatok széleskörű felhasználhatósága érdekében konvertáló segédprogramot, hoztam létre.(CD-mellékletek / Konverter) 1. Feldolgoztam és könnyen megérthető formára alakítottam a repülési információkat (nyers .RAW- a fedélzetről kiolvasott adatforma, előkezelt .TXT- a konverter állítja elő, az unka.exe konvertált .DAT- megjeleníthető jól kezelhető forma) • •
A rendszer pontossága a korábbi eljárásokhoz képest egy nagyságrenddel javult, balesetek esetén a kivizsgálásra fordított idő számot tevően csökkent. Ezek alapján a repülőgép térbeli mozgásának rekonstrukciója, a szimulációs modellek kidolgozása, és a mozgás egyenletek levezetése a rögzített adatokra alapozva könnyen elvégezhető.
2. Kidolgoztam az ismételt bevethetőség, és idegen repülőtérről történő hadműveleti alkalmazhatóság feltételrendszerét. • • • •
A berendezés az általam meghatározott kiértékelési szempont-rendszer (59 kiválasztott paraméter) alapján ellenőrzi, és kijelzi az eredményt a repülőgép mellett, a kiolvasást követően. A berendezés jelentős számú repülési feladat adatainak tárolására képes, így azonnali bevetések során alkalmazásba vételének nincs technikai akadálya. Részleteket a CD-mellékletek / 2. sz. melléklet tartalmazz. Paraméter vizsgálatot végeztem a repülési jellemzők kiválasztásánál, ahol a repülés, kormányozhatóság és a hajtóművezérlés üzemállapotára vonatkozó jellemzőket vizsgáltam a rögzítési és megjelenítési hiba tartomány függvényében. Szimulációs vizsgálatot végeztem MATLAB környezetben az eltérő feladatra tervezett repülőgépeken rögzítésre kerülő típus jellemzők kiválasztására. 114
IV. tézis. A repülés közben rögzített adatok felhasználásával vizsgáltam, a matematikai modellek és az átviteli függvények diagnosztikai célokra történő alkalmazhatóságát. 1. Elvégeztem az automatikus vezérlő rendszer vezérlési törvényeinek vizsgálatát, és az áttételi viszonyszám eltérések okait. • • • •
Meghatároztam az automatikus vezérlő rendszer adaptációját a repülőgép típus és egyedi (oldalszám szerinti, katona terminológia) repülési tartományban. Elvégeztem a matematikai modell segítségével felállított szabályozási modell elemezését a rögzített paraméterek figyelembevételével (mely az értekezés harmadik fejezetében található). Megállapítottam, hogy amennyiben a diagnosztikai mátrix be- és kimeneti paraméterei objektíven rögzítésre kerülnek a mátrixok kezelhetősége javul, egyszerűsödik; Végrehajtottam az üzemeltetési módszerek vizsgálatát az MH repülő alakulatainál, és arra a megállapításra jutottam, hogy állapot-szerinti üzemeltetést csak a fejlett diagnosztikai módszerek alkalmazásával lehet megvalósítani. A kifejlesztett berendezés által nyújtott információ halmaz elegendő lenne az említett üzemeltetési eljárás folyamatos fenntartásához, ha az üzemeltető állomány felkészültsége ezt lehetővé teszi.
2. Továbbfejlesztettem és pontosítottam a repülési információ különböző feladatorientált alkalmazásához szükséges matematikai modelleket és szimulációs eljárásokat. •
Vizsgálataim során igazoltam, hogy a repülőgép mozgásának matematikai modellje kapcsolatot teremt a repülőgép helyzetét és mozgását jellemző paraméterek között, valamint lehetőséget biztosít szabályzók vizsgálatához és tervezéséhez is.
3. Az új repülőgép fedélzeti adatíró berendezése rögzíti a mátrixban található paramétereket és a kormányszervek kitéréseit. •
A hossz-, és oldalirányú mozgás linearizált differenciálegyenlet rendszerét mátrix alakban felírva az általános formájú vektor-differenciálegyenleteket kapjuk [94], melyeket állapotegyenletek szokás nevezni. Amennyiben külső zavarástól eltekintünk, úgy a repülőgép állapotegyenlete és segédegyenlete a következő lesz [96, 112, 113, 142]: x = Ax + Bu y = Cx + Du
ahol A = A0 + ∆A, B = B0 + ∆B eltérések a gép egyedi sajátosságából adódnak. 4. Légi mérések alapján identifikáltam a mátrix elemeit a kijelölt repülési jelrendszer szerint. A tézisfüzetben hivatkozott irodalmak megtalálhatók a CD-mellékletek / Tézisgyűjtemény irodalomjegyzék listában.
115
IRODALOMJEGYZÉK
[1]
Adiga B. S. – Muralidhar S. I. – Nagabhushana S.: Jualian Experience in Flight Data Readout and Analysis Proceeding of the 16-th Symposium „Aircraft Integrated Monitoring Systems”, September 17-19, 1991. München
[2]
Apáthy I. – Szemerey I. – Szendrő S.: Fedélzeti adatrögzítő rendszer kialakítása. Budapest, 1984. VII. Repülési Műszaki Napok.
[3]
A repülőszerkezetek repülésének és harci manőverezésének dinamikája. MN. Budapest, 1989. REF-ség.
[4]
E. Aspajan: Szisztemi avtomaticseszkovo upravlenyija letátyelnüh apparatov. Kijev, 1984. KKRME Tankönyv
[5]
Benjamin C. Kuo: Önműködő szabályzó rendszerek. Budapest, 1979. Műszaki Könyvkiadó.
[6]
Áepecňoâ H. M. – Ďoďëaâcęčé Á. K.: ×acňoňíűe ěeňoäű číäeíňčôčęaöčč ëeňaňeëüíűő a ďďapaňoâ. Mocęâa, 1985, Mařčíocňpoeíče.
[7]
Ă. H. Áo˙pcęčé: Meňoäű č oďűň ěaňeěaňč÷ecęoăo ěoäeëčpoâaíč˙ ďoëeňíűő cčňóaöčé. Budapest, 1988. IX. Repülés-tudományi Napok.
[8]
Czövek László: Az új típusú repülőgép fedélzeti inerciális navigációs rendszer Tudományos Kiképzési Közlemények, Szolnok, 1992/1, 60-67 p.
[9]
Czövek László: Légi járművek automatikus vezérlő rendszereinek üzembentartási tapasztalatai Konferencia Kiadvány, Szolnok, 1992. 04. 11, 19-43 p.
[10]
Czövek László: Fedélzeti elektronikus adatrögzítő és számítógépe kiértékelő rendszer. Tudományos Kiképzési Közlemények, Szolnok, 1992/2-3, 76-90 p.
[11]
Czövek László: ROBAR, fedélzeti robotpilóták adatrögzítő és számítógépes kiértékelő rendszere Haditechnika, Bp. 1993. 2 szám, 16-22 p.
[12]
Czövek László: A TESZTER adatrögzítő és hazai gyártású kiegészítő berendezései. Haditechnika, Bp. 1994. 3 szám, 32-38 p.
[13]
Czövek László: A repülőgép automatikus vezérlőrendszer földi beszabályozhatósága. A XI. Magyar Repüléstudományi Napok kiadványa, Bp. 1996. 06. 05-07., 175-189 p.
[14]
Czövek László: A SZU-”„M3 vadászbombázó fedélzeti rendszerei. Haditechnika, Bp. 1998. 1 szám, 9-12 p.
[15]
Czövek László-Dr. Rohács József: Application of solid state flight data recorders to flight operation analysis XIX. Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences kiadványában, California, U.S.A. 1994. 09. 18-23., 2157-2161 p.
[16]
Czövek László: Komplex adatgyűjtő és megjelenítő rendszerek. MH LEVK B/26 számú Tud. Munka, Veszprém, 1996, 73 p.
116
[17]
Czövek László: Oktatást és kiképzést segítő eszközök (Hazai fejlesztésű adatrögzítőkszimulátorok). MH LEVK B/25 számú Tud. Munka, Veszprém, 1996, 81 p.
[18]
Czövek László: A hazai repülőeszköz típus váltásának üzemeltetési és gazdasági elemzése. MH LEVK Tanulmány, B/27, Veszprém, 1998, 54 p.
[19]
Czövek László: Repülőgépek repülési paramétereit rögzítő rendszerek információjának alkalmazása a légi vizsgálatok során. BME, Doktori értekezés. 1994, 112 p.
[20]
Czövek László: A hazai katonai repülőeszköz javítás elemzése. BKTE Tanulmány, 1997, 126 p. + 103 p. melléklet
[21]
Csáki Frigyes: Irányítástechnikai kézikönyv. Budapest, 1977. Műszaki Könyvkiadó.
[22]
Csáki Frigyes: Korszerű szabályzás-elmélet. Budapest, 1970. Akadémiai kiadó.
[23]
Csáki Frigyes: Szabályzások dinamikája. Budapest, 1974. Akadémiai kiadó.
[24]
B. Dolega – A Tomczyk: The software diagnostic autopilot system. Poland – Rydzyna, 1989. „AIRDIAG”.
[25]
G. Sz. Jegorov: Identifikacija vzletno-poszadocsnüh karakterisztik szamoljetov energeticseszkim metodom. Budapest, 1988, IX. repüléstudományi napok. (oroszul)
[26]
Farkas Tibor – Czövek László: ROBAR Fedélzeti Robotpilóta Adatgyűjtő és Számítógépes Kiértékelő-rendszer /Gépkönyv, Üzemeltetési utasítás/. Budapest, 1992. AVIATRONIC.
[27]
N. K. Filjaskin – A. Sz. Gricenyko – A. I. Ducsek: Avtomaticseszkoje i direktornoje upravlényije poljetom letátyelnüh apparátov. Kiev, 1988, KVVANU. (oroszul)
[28]
Földvári Richárd : Az állapot szerinti üzemeltetés néhány kérdése. 1987. Haditechnika, 3.
[29]
B. V. Gnyegyenko – I. K. Beljajev – A. D. Szolovjev: A megbízhatóság-elmélet matematikai módszerei. Budapest, 1970. Műszaki Könyvkiadó.
[30]
C. Szerepanski: Diagnostic model of autopilot. Poland – Rydzyna, 1989. „AIRDIAG”.
[31]
Hollósi Nándor: Elektronnaja integralnaja sistema registracii i objektívnogo kontrolja polotnych donnych. Praha, 1990. Diagnostika Letecké Techniky.
[32]
Horváth Dezső: A „fekete doboz”. Szolnok, 1982. Tanszéki jegyzet.
[33]
Ifj. Horváth Dezső – Horváth Dezső: A repülőgép matematikai modellje. Szolnok, 1993. Tudományos Kiképzési Közlemények.
[34]
Horváth Dezső: A vadászrepülőgépeken alkalmazott robotpilóták. Szolnok, 1986. Repülő szakág szaktanszéki kiadványa.
[35]
Kendelényi János: Repülőgépek állapot szerinti karbantartása számítógépes mérő- és adatfeldolgozó rendszer segítségével. Budapest, 1984. VII. Repüléstudományi Napok.
[36]
V. A. Kaszjanov: Isszledoványije apriornüh szvjazejpri obrabotke poljetnoj informacii uszlovnaja filtracija i szglazsivanyije. Budapest, 1988. IX. Repüléstudományi Napok.
[37]
Kocsmáros István: Diagnosztikai modell alkalmazásának matematikai vonatkozásai. Nyíregyháza, 1986. VIII. Repülés-tudományi Napok.
117
[38]
Kolbay Ferenc – Kovács László: Repülési adatírók /fekete doboz/ számítógépes kiértékelése. Budapest, 1988. IX. Repülés-tudományi Napok.
[39]
Korn G. A. – Korn T. M.: Matematikai kézikönyv műszakiaknak. Budapest, 1975. Műszaki Könyvkiadó.
[40]
J. Kozák: Csechoslovak Development end Experience in Flight Data Recorder Readout and Analisis. Proceedings of the 16-th Symposium „Aircroft Integrated Monitoring Systems”. München, 1991.
[41]
Ing. Josef Kozák: Kontrolni a diagnosticky system v leteckim provozu. Praha, 1990. Diagnostika Letecké Techniky.
[42]
A. M. Letov: Dinamika poljeta i upravlényije. Moszkva, NAUKA, 1969. (oroszul)
[43]
Ludányi Lajos: Korszerű üzemeltetési módszerek Szolnok, 1992. légi járművek aktuális üzembentartási kérdései. /Konferencia/
[44]
Arnold Ludwig: Sztochasztikus differenciál-egyenletek. Budapest, 1984. Műszaki Könyvkiadó.
[45]
A. I. Malezsik – V. A. Poljakov: Szisztema avtomatizírovannoj abrabótki poljetov informacii „LUCS-74”. Kiev, 1980. (oroszul)
[46]
I. A. Mihaljev – B. N. Okojemov – M. Sz. Csikulajev: Szisztyémü avtomaticseszkava upravlényija szamoljétom. Moszkva, 1987, Masinosztroényije. (oroszul)
[47]
Módszertani szakutasítás a „TESZTER” – „LUCS-71” rendszerrel történő ellenőrzéshez. Honvédelmi Minisztérium 1986. Re/1258.
[48]
Magyari Béla – Dr.Tóth Mihály: Hazai fejlesztésű korszerű adatrögzítő és adatfeldolgozó rendszerek. Szolnok, 1993. X. Repülés-tudományi Napok.
[49]
I. Náday – L. Dobrocsi – Dr.M. Tóth: Advanced technology flightdata recorder. Poland, AIRDIAG-89, Rydzyna.
[50]
Náday I. – Tóth M.: Fedélzeti adatrögzítő rendszerek alkalmazása a repülőgépvezetők felkészítésének elősegítésében. Honvédségi Szemle 1988/11.
[51]
Náday I.: Hazai fejlesztésű integrált repülőgépes adatgyűjtő és számítógépes kiértékelő rendszerek. Budapest, 1988. IX. Magyar Repülő-tudományi Napok.
[52]
Náday I.: Korszerű nyugati fedélzeti adatrögzítő megoldások és adatfeldolgozó eljárások. Budapest, 1991. Kézirat.
[53]
A. I. Nyeljubov – A. A. Novod: Dinamika poljeta i bojevogo manyevrirovanyija letátyelnüh apparátov. Moszkva, 1990, VVIA. (oroszul)
[54]
Dr.Peták: Diagnosztikai módszerek alkalmazása a repülőtechnika hazai üzemeltetésénél. Budapest, 1984. VII. Repülési Műszaki Napok.
[55]
Dr.Pokorádi László: A metematikai modellek és alkalmazásuk a repülőmérnöki gyakorlatban. Szolnok, 1992. MHTT. Pályamunka.
[56]
Dr.Pokorádi László: Repülőgépek háborús üzemeltetésének markovi és félmarkovi modellezése. Szolnok, 1992. Légi járművek aktuális üzembentartási kérdései. /Konferencia/
118
[57]
Dr.Pokorádi László : Üzemeltetési rendszerek vizsgálata. Szolnok, 1993. X. Repüléstudományi Napok.
[58]
Pokorádi László: A repülőgépek repülésdinamikai identifikációja, Tudományos Kiképzési Közlemények, MH. SzRTF, Szolnok 1992/2-3, p. 31–50
[59]
Pokorádi László: A matematikai modell, Tudományos Kiképzési Közlemények, MH. SzRTF, Szolnok 1993/1, p. 30–40.
[60]
Pokorádi László: Üzemi paraméter-eltérések hatásainak vizsgálata a repülőgép pneumatikus rendszer matematikai modelljének felhasználásával, Tudományos Kiképzési Közlemények MH. SzRTF, Szolnok, 1993/2-3, p. 92–101.
[61]
Pokorádi László: A matematikai-diagnosztika és alkalmazása a repülőgépek üzemeltetésének irányítására, Járművek, Építőipari és Mezőgazdasági Gépek, Budapest, 1997 (44. évfolyam) Január, p. 6–11.
[62]
Pokorádi László: A korrelációs-család vizsgálat, Járművek, Építőipari és Mezőgazdasági Gépek, Budapest, 1998 (45. évfolyam) január, p. 23–28.
[63]
Pokorádi László: A matematikai modellek és alkalmazásuk a repülőműszaki gyakorlatban. Az MHTT. Légvédelmi Repülő és űrhajózási Szakosztály pályázatán III. díjat nyert pályamunka, 1992, Jelige: Mérnök , pp. 29.
[64]
V. M. Ponomarjeva – A. P. Litvinovo: Asznóvü avtomatícseszkava regulíroványija i upravlényija. Moszkva, 1974, „Vűszsaja skóla”. (oroszul)
[65]
A. I. Pugacsev: Asznóvü létno-tehnícseszkoj ekszpluatácii i bezopásznosztyi poljétov. Moszkva, 1984, Transzportov. (oroszul)
[66]
Dr.Rácz Elemér: Repülőgépek. Budapest, 1985. Tankönyvkiadó.
[67]
Reizinger Zoltán: Leszállás közben rögzített repülési adatok vizsgálata. Szolnok, 1993. Repülés-tudományi Napok.
[68]
Dr.Rohács József: Alapfogalmak repülőgépek üzemeltetésének rendszerszemléletű vizsgálatához. Közlekedéstudományi Szemle XXXIII.évf. 11.sz.
[69]
J.Rohacs: Application of flight data for diagnostic purposes. Poland – Rydzyna, 1989. „AIRDIAG”
[70]
Dr. Rohács József: Matematikai modellek és alkalmazásuk a repülés tudományában. Nyíregyháza, 1986. VIII. Repülés-tudományi Napok.
[71]
Dr. Rohács József: Repülőgép üzemi jellemzők változásainak vizsgálata. Budapest, 1988. Magyar Repülés-tudományi Napok kiadványa
[72]
Dr. Rohács József: Repülőgépek állapot-mátrixának identifikációja repülés közben rögzített adatok alapján. Budapest, 1984. VII. Repülő Műszaki Napok.
[73]
Dr. Rohács József – Simon I.: Repülőgépek és helikopterek üzemeltetési zsebkönyve. Budapest, 1989. Műszaki Könyvkiadó.
[74]
Dr. Rohács József – Szabó I. – Herpai S.: Repülőgépek üzemeltetésének korszerű módszerei /jegyzet/ Budapest, 1981. MALÉV.
119
[75]
Rozmaring Lajos tud. főmunkatárs – Bártfai Emil tud. munkatárs: Mérési adatok rögzítése és feldolgozása a repülés biztosításában. Budapest, 1969. Műszeripari Kutató Intézet.
[77]
Szabolcsi Róbert: A légi járművek nemlineáris mozgásegyenleteinek linearizálása. Szolnok, 1992. Tudományos Kiképzési Közlemények.
[78]
Szabolcsi, R.: Repülőgép oldalstabilitásának vizsgálata analóg és digitális számítógépen. Egyetemi Doktori Értekezés, Budapesti Műszaki Egyetem, Közlekedésmérnöki Kar, 1994.
[79]
Szabolcsi, R.: Kismagasságú repülések automatizálása. Tudományos Kiképzési Közlemények, 1991/2, (40-63) o., Szolnoki Repülőtiszti Főiskola.
[80]
Szabolcsi, R.: Áttételi viszonyszámok módosítása a fedélzeti automatikus vezérlő rendszerekben automatikus bejövetel üzemmódon. Tudományos Kiképzési Közlemények, 1991/3, (74-94) o., Szolnoki Repülőtiszti Főiskola.
[81]
Szabolcsi, R.: A légi járművek nemlineáris egyenleteinek linearizálása. Tudományos Kiképzési Közlemények, 1992/2-3, (64-75) o., Szolnoki Repülőtiszti Főiskola.
[82]
Szabolcsi, R.: Lineáris repülésdinamikai rendszer vizsgálata zavarások esetén. X. Magyar Repüléstudományi Napok, I. kötet, (225-236) o., Szolnok, 1993.
[83]
Szabolcsi, R.: Application of the Bode Stability Criterion to Analysis of the Automatic Flight Control Systems, Proc. of the 4th Mini Conference on Vehicle System Dynamics Identification and Anomalies, pp (445-454), Budapest, 1994.
[84]
Szabolcsi, R.: Step Response of the Directional Control System with Different Gain of the Controller, Proc. of the 4th Mini Conference on Vehicle System Dynamics Identification and Anomalies, pp (555-562), Budapest, 1994.
[85]
Szabolcsi, R.: The Linear Quadratic Regulator Problem Applied to the Aircrafts' Optimal Control Bulletines for Applied Mathematics, pp (63-72), Balatonalmádi, 1996.
[86]
Szabolcsi, R.: The Application of the ARE for the Optimization of the Automatic Flight Control Systems, Proc. of the 2nd International Scientific Conference „ Aviation of the Future „, Košice, Slovak Republic, Vol. 2, pp (30-39), 1996.
[87]
Szabolcsi, R.: The Aircraft Flight Control Systems' Optimization Using LQR and LQG Design Methods, Proc. of the 5th Mini Conference on Vehicle System Dynamics, Identification and Anomalies, pp (435-444), Budapest, 1996.
[88]
Szabolcsi, R.-Eszes, J.-Németh, M.: Instabil szabályozási rendszer stabilizálása állapotvisszacsatolással, Repüléstudományi Közlemények, 1997/1. (109-120) o.
[89]
Szabolcsi, R. – Eszes, J. – Németh, M.: Design of the Robust Controller for the Fighter Aircarft Pitch Attitude Control System, 11th Congress „Aerospace' 97”, Belgrade, Yugoslavia, pp (D19-D25).
[90]
Szabolcsi, R. – Czövek, L. – Eszes, J.: Analysis of a Crash of Fighters During Training Flight. A Case Study, Proc. of the First International Conference on Unconventional Flight, UNCONF '97, Budapest, 1997
120
[91]
Szabolcsi, R. – Ludányi, L. – Kovács, J. – Tóth, T.: Értéktartó szabályozási rendszerek számítógépes tervezése, Repüléstudományi Közlemények, 1998/2, (67-80) o.
[92]
Szabolcsi, R.: Solution of Control Problems using MATLAB, „Kihívások a repüléstudományban a 3. évezred küszöbén” tudományos konferencia kiadványa, Repüléstudományi Közlemények, 1999/1., (187-224) p., 1999.
[93]
Szabolcsi, R. Automatic Flare Control Systems, Proceedings of the 7th Mini Conference on Vehicle System Dynamics, Identification and Anomalies, Technical University of Budapest, 2000.
[94]
Szabolcsi, R.: Szabályozástechnikai feladatok megoldása a MATLAB alkalmazásával, ZMNE BJKMFK, főiskolai jegyzet, 2001.
[95]
Szabolcsi, R.: A MATLAB programozása, ZMNE BJKMFK, főiskolai jegyzet, 2001
[96]
Szabolcsi, R.: Automatikus repülésszabályozó rendszerek, ZMNE BJKMFK, főiskolai jegyzet, 2001 1.5 Könyvek
[97]
Békési, B.: A repülőgép hosszirányú mozgásának matematikai modellje, Repüléstudományi és Kiképzési Közlemények, 1996/1, (75-88) o.
[98]
Békési, B.: Automatikus repülőgép vezérlőrendszerek szabályzási köreinek analízise, BMGTE Diplomaterv, 1995.
[99]
B. N. Szkurihin – V. B. Sifrin – V. V. Dubrovszkij: Matematícseszkoj modelíroványije. Kiev, 1983, Tyehnika. (oroszul)
[100]
O. Ju. Sztradomszkij – L. K. Fincer: Pavüsénye usztojcsivosztyi rezultátov i identifikácii aerodinamícseszkih karakterisztik szamoljéta naszrédsztvam minimizácii empirícseszkava riszka. Budapest, 1988. IX. Repüléstudományi napok. (oroszul)
[101]
Szűcs Ervin: Hasonlóság és modell. Budapest, 1972. Műszaki Könyvkiadó.
[102]
A. Tomcsek – C. Bocijek: Bartóvaja szisztyéma regisztrácii dlja létnüh iszpütányij. Budapest, 1988. IX. Repüléstudományi napok. (oroszul)
[103]
Dr.Tóth Mihály – Hollósi Nándor – Náday István: Fedélzeti elektronikus adatrögzítő és számítógépes kiértékelő rendszer. 1990. Haditechnika 3. 14-17.l.
[104]
V. V. Volgin – R. N. Karimov: Korrelációs módszerek az ipari szabályzás technikában. Budapest, 1984. Műszaki Könyvkiadó.
[105]
B. G. Barobeva: Aviácionnüje pribórü i izmerítyelnüje szisztyémü. Moszkva, 1981, „Transzport”. (oroszul)
[106]
Aszlanjan A. E.: Szisztyemi avtomatyicseszkovo upravlenyija poljotom letatyelnih apparatov, Kijevszkoje viszsee voennoe aviacionnoe inzsenyernoe ucsilise, Kijev, 1984.
[107]
Bajborogyina J. V.: Bortovije szisztyemi upravlenyija poljotom, Transzport, Moszkva, 1984.
[108]
Blakelock H. John: Automatic Control of Aircraft and Missiles. John Wiley & Sons, Inc. New York/London/Sydney, 1965.
121
[109]
Bjusgensz G. Sz., Sztudnev R. V.: Dinamika prodolnovo i bokovovo dvizsenyija. Masinosztroenyije, Moszkva, 1979.
[110]
Bjusgensz G. Sz., Sztudnev R. V.: Dinamika poljota. Prosztransztvennoje dvizsenyije, Masinosztroenyije, Moszkva, 1983.
[111]
Dickinson B.: Aircraft Stability and Control for Pilots and Engineers. Sir Isaac Pitman & Sons Ltd, London, 1968
[112]
Dobrolenszkij J. P.: Dinamika poljota v nyeszpakojnoj atmoszfere, Masinosztroenyije, Moszkva, 1969.
[113]
Hacker T.: Flight Stability and Control, American Elsevier Publishing Company, Inc., New York, 1970.
[114]
Horváth Dezső: A repülőgép dinamikai tulajdonságának vizsgálata hosszirányú mozgás esetén. Tudományos Kiképzési Közlemények, Szolnok, 1994/2-3.
[115]
McCormick W. B.: Aerodinamics, Aeronautics, and Flight Mechanics, John Wiley & Sons, New York-Chichester-Brisbane-Toronto, 1964.
[116]
Sznyesko J. I.: Iszledovanyija v poljote usztojcsivosztyi i upravljaemosztyi szamoljota. Masinosztroenyije, Moszkva, 1971.
[117]
Biushgens G. S. and Studniev R. V.: Aircraft Aerodynamics – Dynamics of the Lateral and Longitudinal Motion. Mashinostroenie, Moscow, 1979 (in Russian).
[118]
Biushgens G. S. and Studniev R. V.: Aircraft Dynamics – Spatial Motion, Mashinostroenie, Moscow, 1983 (in Russian).
[119]
Ed. by Mhitarian, A. M.: Flight Dynamics, Mashinostroenie, Moscow, 1971 (in Russian).
[120]
Aslanian, A. E.: Automatic Flight Control Systems, Airforce Institute of Kiev, University Press, 1984 (in Russian).
[121]
McLean, D.: Automatic Flight Control Systems, Prentice Hall International Ltd, 1990.
[122]
Ogata, K.: Modern Control Engineering, Prentice-Hall International Inc., 1990.
[123]
Kuo, B. C.: Automatic Control Systems, Prentice-Hall International Inc., 1991.
[124]
Kuo, B. C.: Automatic Control Systems, Prentice-Hall Inc., Englewood Cliffs, New York, 1982.
[125]
Maciejowski, J. M.: Multivariable Feedback Design, Addison-Wesley Publishing Company, 1989.
[126]
Shahian, B. and Hassul, M.: Control System Design using MATLAB®, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 1993.
[127]
Ogata, K.: Designing Linear Control Systems with MATLAB® Pentice-Hall, International, Inc., 1994.
[128]
Ogata, K.: Solving Control Engineering Problems with MATLAB® Prentice-Hall, International, Inc., 1994.
122
[129]
Chipperfield, A. J. and Fleming, P. J.: MATLAB® Toolboxes and Applications for Control, Peter Peregrinus Ltd., 1993.
[130]
MATLAB® – The Language of Technical Computing, User's Guide, The MathWorks, Inc., 1997.
[131]
MATLAB® – Control System Toolbox, User's Guide, The MathWorks, Inc., 1996.
[132]
Korn, G. A.-Korn,T. M.: Matematikai kézikönyv műszakiaknak, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1975.
[133]
Stevens, B.L.-Lewis, F.L.: Aircraft Control and Simulation, John Wiley and Sons, New York, 1992.
[134]
Brogan, W.L.: Modern Control Theory, Prentice-Hall International, Inc., Englewood Cliffs, 1991.
[135]
Dr. Gedeon József: Az oktatás szerepe a repülés biztonságban és gazdaságosságban. Szolnok, Repüléstudományi Közlemények 2000. XII. évfolyam 29. szám 169-177 p.
[136]
Dr. Gedeon József: Sztohasztikus módszerek a repüléstudományban. Szolnok, Repüléstudományi Közlemények 1999. XI. évfolyam 26. szám
[137]
I. M. Szingyejev: Diagnosztyíroványije i prognozíroványije tyehnícseszkovo szasztojányija aviácionnava aborúdoványija. Mmoszkva, 1984, „Transzport”. (oroszul)
[138]
Zadch L. a. – Polak E. : Rendszerelmélet. Budapest 1972, Műszaki Könyvkiadó
[139]
Ovári Gyula: MH repülőeszközeinek üzemeltetése és tervezett tipusváltás lehetőségei. Budapest, 1997, ZMNE
[140]
Czövek László: Repülőgépek állapot szerinti üzemeltetéséhez szükséges információszolgáltatás új formája. Budapest, 2003, Haditechnika 2003/1 16-18p.
[141]
Pokorádi László: Karbantartás elmélet. Debrecen, 2002, Tansegédlet.
123
