Обобщенная структура модернизированного пилотажно-навигационного комплекса истребителя Су-27

Московский авиационный институт

(национальный исследовательский университет)

Кафедра № 305

Задание

на курсовой проект (работу) по курсу

Измерительно-управляющие комплексы

Тема проекта (работы)

Обобщенная структура модернизированного пилотажно-навигационного комплекса истребителя Су-27

студенту Груздевой Н. В. группы _03−510

Начало проектирования 06 марта 2013

Конец проектирования 25 мая 2013

Исходные данные

Обосновать состав и разработать структуру модернизированного ПНК истребителя Су-27.

Основное внимание уделить разработке структуры комплекса с учетом алгоритмов комплексной обработки информации в ПНК.

Основные вопросы, подлежащие разработке:

o Анализ особенностей задач, измерительных средств и динамики истребителя Су-27

o Обоснование состава комплекса навигационных систем.

o Разработка общего облика системы управления

o Структурная схема ПНК

o Структурная схема первичной обработки информации.

o Структурная схема комплексной обработки информации.

ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА

СУ-27- многоцелевой высокоманёвренный всепогодный истребитель четвёртого поколения разработанный в ОКБ Сухого и предназначенный для завоевания превосходства в воздухе.

Основной задачей является перехват высотных скоростных целей в любое время суток и в любых погодных условиях.

Технические характеристики:

Максимальная линейная скорость на высоте — 2500 км/ч, у земли — 1380 км/ч Практическая дальность — 3680 км Практический потолок — 18 500 м

Угловые скорости :

По крену — 360 °/с По тангажу — 40 °/с Углы:

Тангаж — 90°

Крен — 180°

Курс — 0−360°

Максимальное ускорение — 9g

ОБОСНОВАНИЕ СОСТАВА КОМПЛЕКСА НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Пилотажно-навигационный комплекс обеспечивает ручное, директорное или автоматическое управление полетом при наведении на цель в дальнем ракетном бою (при управлении от СУВ), безопасное маневрирование по краю ограничений, в ближнем маневренном бою, выход на запрограммированную наземную цель, полет по маршруту, возвращение на заданный аэродром, межсамолетную навигацию. ПНК включает радиотехническую систему ближней навигации (РСБН), две бесплатформенные инерциальные навигационные системы (БИНС), систему воздушных сигналов (СВС), систему автоматического управления (САУ), автоматический радиокомпас (АРК), спутниковую навигационную систему (СНС), радиовысотомер (РВ) и специальный цифровой вычислитель. При полете по маршруту в память вычислителя вводятся координаты восьми промежуточных пунктов маршрута, пяти радиомаяков и трех аэродромов. С целью повышения скрытности работы ПНК имеется режим «радиомолчание», а также режим направленного запроса, когда излучение осуществляется только в сторону радиомаяка. Система дистанционного управления (СДУ) обеспечивает устойчивость самолета во всем диапазоне скоростей и высот.

Радиотехническая система ближней навигации:

РСБН обеспечивает:

— определение дальности и азимута при работе по радиомаякам РСБН;

— определение дальности и отклонения от курса и глиссады при посадке по ПРМГ (посадочные радиомаячные группы);

— определение дальности и отклонения от нулевого пеленга при встрече для дозаправки;

— определение взаимных координат при взаимодействии группы ВС;

— прием и передачу координатной и служебной информации.

Радиовысотомер:

Принцип действия радиовысотомера основан на определении времени прохождения радиосигнала от передающей антенны до отражающей поверхности и обратно, к приемной антенне. Зная время задержки сигнала можно определить высоту над подстилающей поверхностью.

Автоматический радиокомпас:

Автоматический радиокомпас — самолетный радиопеленгатор для автоматического определения направления на наземные передающие широковещательные радиостанции и радиомаяки.

Система воздушных сигналов:

СВС предназначена для измерения следующих параметров:

— число M;

— истинную воздушную скорость V;

— индикаторную скорость V_и;

— относительную барометрическую высоту H_отн;

— абсолютную барометрическую высоту H;

— температуру наружного воздуха T;

— отклонения ДM, ДH, ДV числа M, высоты H, скорости V_и от заданных значений;

— углов атаки б и скольжения в.

Бесплатформенная инерциальная навигационная система:

БИНС обладает хорошими массогабаритными параметрами, а так же достаточной степенью надёжности. Основной задачей БИНС является обеспечение бортовых потребителей в реальном времени навигационными параметрами (координаты ЛА, высота, составляющие вектора скорости), а также параметрами ориентации. Однако БИНС обладает существенным недостатком — ошибки носят нарастающий во времени характер.

Спутниковая навигационная система:

Приёмник СНС обеспечивает прием и обработку навигационных сигналов спутников GPS и ГЛОНАСС, формирует, индицирует и выдает потребителям навигационные параметры: текущие координаты, высоту, составляющие вектора скорости, путевой угол и точное время. СНС позволяет потребителю получить координаты с точностью порядка 10−15 м.

Одним из основных методов повышения точности определения местонахождения объекта является дифференциальный режим, основанный на применении принципа дифференциальных навигационных измерений.

Дифференциальный режим DGPS позволяет установить координаты с точностью до 3 м в динамической навигационной обстановке и до 1м — в стационарных условиях. Дифференциальный режим реализуется с помощью контрольного GPS-приёмника, называемого опорной станцией. Она располагается в пункте с известными координатами, в том же районе, что и основной GPS-приёмник. Сравнивая известные координаты с измеренными, опорная станция вычисляет поправки, которые передаются потребителям по радиоканалу в заранее оговоренном формате. Аппаратура потребителя принимает от опорной станции дифференциальные поправки и учитывает их при определении местонахождения потребителя.

Результаты, полученные с помощью дифференциального метода, в значительной степени зависят от расстояния между объектом и опорной станцией.

ОСНОВНЫЕ ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ СНС И БИНС

Достоинства БИНС:

Высокая скорость выдачи информации (до 100 Гц), полный набор необходимой информации для управления, включая ориентацию, полная автономность, неподверженность внешним помехам.

Недостатки БИНС:

Неограниченный рост ошибок во времени, необходимо знание модели гравитационного поля.

Достоинства СНС:

Высокая точность, ошибки не зависят от времени.

Недостатки СНС:

Низкая скорость обновления информации (1−10 Гц), отсутствие информации об ориентации, подверженность помехам.

Коррекция БИНС и СНС:

Основным измерителем является БИНС с коррекцией от СНС. СНС работает в дифференциальном режиме и выдает корректированные измерения. Такое объединение позволяет ограничить рост погрешностей БИНС и снизить шумовую составляющую ошибок СНС, повысить темп выдачи информации, существенно увеличить точность.

Описание кабины пилота.

Кабина имеет двухсекционный фонарь, состоящий из неподвижного козырька и открывающейся вверх-назад сбрасываемой части. Рабочее место летчика оборудовано катапультируемым креслом К-36ДМ. В базовой модели СУ-27 кабина была оборудована обычным набором аналоговых циферблатов и маленьким дисплеем радара (последний был снят с самолётов группы «Русские витязи»). Поздние модели оснащены современными многофункциональными жидкокристаллическими дисплеями с пультами управления и индикатором отображения навигационной и прицельной информации на фоне лобового стекла. Рычаг рулевого управления имеет на передней стороне кнопки управления автопилотом, джойстики триммирования и целеуказания, переключатель выбора оружия и кнопку стрельбы на обратной стороне.

Пилотажно-посадочный индикатор предназначен для световой сигнализации положения шасси, закрылков, носков и тормозного щитка. Если одна из стоек шасси не заняла выпущенное или убранное положение, то в центре индикатора загорается лампа красного цвета.

Высотомер предназначен для измерения относительной барометрической высоты и выдачи её для визуального наблюдения. Шкала внутреннего кольца высотомера проградуирована в пределах от 0 до 30 000 метров.

Цена деления — 1000 метров. Шкала внешнего кольца проградуирована в пределах от 0 до 1000 метров. Цена деления — 10 метров. Значение высоты полета получается путем суммирования показаний обеих шкал.

Указатель углов атаки и перегрузки предназначен для индикации текущих значений местного угла атаки и нормальной перегрузки. На левой стороне указателя отображаются значения углов атаки в градусах. Значения нормальной перегрузки отображаются на правой шкале указателя. Для индикации максимальной величины достигнутой в полете нормальной перегрузки служит специальный индекс.

Указатель вертикальной скорости (вариометр) предназначен для измерения и индикации вертикальной скорости самолета, т. е. скорости подъема или спуска. Указатель скольжения дублирует указатель скольжения на КПП. Указатель скольжения указывает на направление скольжения, однако, она не может дать количественную информацию о величине скольжения

КОМАНДНО-ПИЛОТАЖНЫЙ ПРИБОР (КПП)

Командно)пилотажный прибор (КПП) предназначен для индикации текущих значений углов тангажа и крена самолета. В нижней части прибора расположен указатель скольжения. Отклоняя с помощью педалей рули направления можно ликвидировать возникающее скольжение, добиваясь центрального положения указателя. Возникающее скольжение необходимо парировать отклонением педалей. На лицевой части прибора расположены директор крена и директор тангажа, которые показывают отклонение траектории полета самолета от заданной. Когда обе планки находятся в центральном положении, самолет находится на заданной траектории полета.

При инструментальной посадке, маневром самолета необходимо добиваться минимального отклонения планок директора высоты и директора курса от центрального положения.

ПРИБОР НАВИГАЦИОННЫЙ ПЛАНОВЫЙ (ПНП)

Прибор навигационный плановый (ПНП), предназначен для контроля положения самолета относительно заданной линии пути в горизонтальной плоскости, стран света, а также радиоориентиров при полете по маршруту и заходе на посадку. Подвижная шкала текущего курса вращается относительно неподвижной метки. Метка текущего курса находится в верхней части прибора. На счетчике дальности отображается расстояние до текущей точки маршрута. Внутри курсовой шкалы имеется указатель заданного курса. Она показывает направление на заданный пункт маршрута. Дальность измеряется в километрах.

Указатель курсового угла на навигационный ориентир всегда показывает направление на текущую точку маршрута. Планка отклонения от равносигнальной зоны курсового радиомаяка расположена в центральной части прибора. Она отображает отклонение текущего положения самолета от линии заданного курса. При посадке по ILS эта планка показывает отклонение самолета от посадочного направления.

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ПНК

КНС КОИ

РСБН — радиосистема ближней навигации СВС — система воздушных сигналов АРК — автоматический радиокомпас СНС — спутниковая навигационная система РВ — радиовысотомер БИНС — бесплатформенная инерциальная навигационная система

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

В состав комплекса систем-источников первичной обработки ПНК входят различные измерители параметров движения, основанных на различных физических принципах. Исходя из этого, предусматриваются специальные аппаратурные и программные средства, согласующие информацию от этих систем. Эта информация может быть представлена в различных системах координат, может поступать от избыточного количества однотипных измерителей, иметь аналоговый или цифровой характер.

Таким образом, главными задачами алгоритмов первичной обработки является:

1. осреднение однотипных избыточных показаний;

2. осреднение показаний отдельно взятого устройства на заданном интервале времени;

3. пересчет показаний различных измерителей к одним осям;

4. аналого-цифровые преобразования информации;

5. вычисление требуемых навигационных параметров по данным об измеренных параметрах движения.

При наличии избыточного числа измерителей одной физической природы возможно осреднение данных — БИНС и СВС. Осреднение данных возможно провести используя метод наименьших квадратов.

Первичную измерительную информацию в системах СНС, СВС, РВ, РСБН, АРК требуется сгладить, усреднить на некотором малом интервале времени. Необходимость сглаживания обусловлена сильной шумовой составляющей ряда сигналов измерительных систем (РВ, РСБН, АРК), частота выдачи информации существенно превышает частоту навигационного алгоритма и алгоритма ориентации (СНС, СВС).

Алгоритмы координатных преобразований возникают при необходимости свести данные от различных систем в единую систему координат — географическую. Сигналы с СВС, пересчитываются из связанной в географическую систему координат.

С помощью АЦП подготовленный аналоговый сигнал преобразуется в цифровую форму.

Системы СВС, РВ, РСБН, АРК не выдают навигационные параметры, позволяющие строить алгоритм ПНК непосредственно по сигналам этих систем. Чаще по первичным данным организуют вычисление требуемых навигационных параметров необходимых для работы ПНК. Основная задача алгоритма вычисления навигационных параметров — пересчет исходных измерений бортовых систем в параметры, необходимые для работы алгоритмов ПНК.

Выходные данные систем БИНС и СНС представлены в виде координат в системе ПЗ-90.

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА КОМПЛЕКСНОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

Задача комплексирования подсистем современного ПНК связана с оцениванием векторов состояния погрешностей ПНК.

Z_i — вектор измерений навигационных параметров. Этот вектор формируется как разность измерений полученных от БИНС и других систем.

Контроль допусков — это проверка параметров на принадлежность к допустимому диапазону значений.

Процедура фильтрации позволяет получить оценку параметров удовлетворяющих требуемым критериям качества на основе избыточных измерений, полученных от разных систем.

истребитель пилотажный навигационный инерциальный

ВЫВОД

В данной работе была разработана структура ПНК для военного истребителя СУ-27, удовлетворяющая всем требованиям, предъявляемым к исследуемому объекту, обеспечивает необходимую точность пилотирования и безопасность полётов.

В системе предусмотрена скоростная и позиционная коррекция обеспечения заданной точности определения навигационных параметров и повышения надежности системы. Составлены структурные схемы первичной и комплексной обработки информации.

1. «Lock On. Современная боевая авиация»

2. Конспект лекций по курсу «Алгоритмическое и программное обеспечение ПНК» Веремеенко К.К.

3. «Задачи программно-алгоритмического обеспечения навигационно-пилотажного комплекса» А. В. Репников, Ю. В. Мручко, А. В. Вальдовский. — 1990 г.

4. www.airwar.ru