A SZOJKA III PILÓTA NÉLKÜLI REPÜLŐGÉP REPÜ LÉSSZABÁLYOZÓ RENDSZER ZAVARELHÁRÍTÁSÁNAK VIZSGÁLATA II.

Átírás

1 HADTUDOMÁNY SZEGEDI PÉTER A SZOJKAIII PILÓTA NÉLKÜLI REPÜLŐGÉP REPÜ LÉSSZABÁLYOZÓ RENDSZER ZAVARELHÁRÍTÁSÁNAK VIZSGÁLATA II. A repüléabáloó renderekkel emben támatott alapvető követelmén, hog minimálja a külő é belő ajok repülőre gakorolt hatáát. A repülőgépre ható külő avaráokat általában a légköri turbulenciára korlátoák, amelnek matematikai modelleéével a [1, 2, 4, 5, 6] publikációk foglalkonak. A légköri turbulencia determinitiku matematikai modelljét [6] irodalom, míg a tochatiku modelleét a [1, 2, 4, 5] publikációk adják meg. A repüléabáloó renderek belő ajai általáno lefoláú tochatiku folamatok, íg matematikai modelleéük a gakorlatban meglehetően nehéke. A [7] cikkben található P-típuú abáloóval öeállított repüléi magaág tabiliáló render avarelhárítái vigálatai bebionították, hog a árt abáloái render nem bitoítja a ideáli avarelhárítát. A tatiku hiba minimáláára a abáloó erőítéi téneőjének növeléét, vag jelformálát oká alkalmani. Mivel a pilóta nélküli repülőgépeken a villamo energia cak korlátoott menniégben áll rendelkeére, eért a jelformálá alkalmaáa célerűbb. Sabáloátechnikából imert, hog a avarelhárítái képeég integráló jellegű jelformáláal javítható. A integráló jelformálá alkalmaáának hátrána, hog a alapjel-követé orán növeli a tranien időt, vagi laítja a árt abáloái render működéét. Eért célerű olan ávűrő megterveée é alkalmaáa, amel biono frekvenciatartománon integráló jelformáló hatáal bír, má tartománban nem váltotatja a jelátviteli tulajdonágokat. A jelformáláho a magaág tabiliálá orán kialakuló tatiku hiba minimáláára a követelméneknek megfelelő abáloó legen eg megfelelő törépontokkal rendelkeő PDT1 (aráno-differenciáló-egtároló) típuú ávűrő. KÜLSŐ ZAVARÁSOK MODELLEZÉSE Repülé orán a repülőgépek mogáát kiámíthatatlan, előre nem látható körülmének befoláolhatják, mint például a pilóta váratlan kormánmodulata, külő függetmének váltoáa követketében fellépő áramlátani váltoáok, 117

2 NEMZETVÉDELMI EGYETEMI KÖZLEMÉNYEK elektromágnee ajok, a kormán meghibáodáa, é/vag a légkör egenlőtlenégei a éllökéek. Eek a repülőgépekre ható külő avaráok dinamiku jellegű, goran váltoó, okor ütéerűen lejátódó folamatok. A légkörben a éllökéek megoláa rendeetlen é véletlenerű, íg időbeli lefoláuk nem imert. A repüléabáloó renderek terveééhe imernünk kell a repülőgépekre gakorolt hatáukat. A különböő turbulen hatáokat determinitiku é tochatiku matematikai modellekkel köelítve vigáljuk. A éllökéek a függőlege ebeég váltoáától függően lehetnek (determinitiku modellek) [6]: éleélű éllöké a éllöké ugráerűen jelentkeik, hatáa jól modellehető egégugrá vigáló jellel; fokoato éllöké a függőlege ebeég kb. 3 m-en fokoatoan (lineárian) növekik, hatáa jól modellehető egégebeég vigáló jellel. A gor lefoláú éllökéek általánoan elfogadott matematikai modellje a 1co dikrét éllöké függvén. A függvén: v ( t ) k ( 1 co( 2 π ) t ) = alakban adott, T T ahol: k éllökéténeő, a éllöké intenitáát jellemi; T a éllöké lefoláának időtartama [3, 5]. A SojkaIII pilóta nélküli repülőgép avarelhárítáának analíiére a determinitiku jelek köül a egégugrá, é a egégebeég vigáló jeleket alkalmaom. A éleélű éllöké hatáának modelleéére a egégugrá vigáló jelet, a fokoato éllöké hatáának vigálatára a egégebeég jellel gerjetem a repüléi magaág tabiliáló árt rendert. A külő avaráok tochatiku modelleéére ávhatárolt Gau eloláú é 1 érték köött váltoó amplitúdójú fehérajból űrt veérlőjeleket állítottam elő. A űrő terveééhe felhanáltam a követkeő egenleteket [1]: v x ' ' ( v ) + b ( v ) = σ ( 3 1) v v + b v x + b + b v x ( v ) = σ ' = σ x + bv 2b ξ = σ 2b ξ x b ξ 3b ξ (1) ahol: b x;; = L x;; /v; 118

3 HADTUDOMÁNY L x;; integrál léptékténeő; v repüléi ebeég; σ x;; turbulencia tatitikai jellemője (órá) [1, 2,3]. A SZABÁLYOZOTT RENDSZER ZAVARELHÁRÍTÁSI VIZSGÁLATA A Sojka III pilóta nélküli repülőgép repüléi magaág tabiliáló é dőléi ög tabiliáló rendereinek avarelhárító képeégét vigáltam a 1(t) vigálójel, é a előállított tochatiku aj öetevők egítégével. A vigálatokat állandó tömegű (m=135 kg), állandó magaágon (4 m), 11, 13, 15, 17, 19 km/h ebeéggel repülő repülőgépre terjetettem ki. A magaág tabiliáló render a 1.., a dőlé ög tabiliáló render, pedig a 2.. ábrán látható. Eeken láthatók a adott renderek vigálatáho ükége tochatiku vigálójelek előállítáára hanált űrők karakteritikái i. H ref K c 2 1 ( t ) ϑ ref K D aj ( t ) 2 σ b + + b δ m R e p ü l ő g é p ω K c 1 á t v i t e l i f ü g g v é n e 1 ϑ F e h é r a j - g e n e r á t o r 3,556 H K 1.. ábra. A avarelhárítá vigálata iránú éllöké eetén γ ref 1 ( t ) K c D aj ( t ) K δ c σ + 2 b b R e p ü l ő g é p á t v i t e l i f ü g g v é n e ω x F e h é r a j - g e n e r á t o r 1 γ K 2.. ábra. A avarelhárítá vigálata iránú éllöké eetén 119

4 NEMZETVÉDELMI EGYETEMI KÖZLEMÉNYEK A ábrákon látható K kapcolóval jeletem, hog a vigálatokat determinitiku, majd tochatiku bemenőjelekre i elvégetem. A SojkaIII pilóta nélküli repülőgép magaág tabiliáló rendere egerű, P-típuú abáloóval a külő avarát tatiku hibával űri ki. A külő avará hatáára létrejött,91,5 m amplitúdójú magaág lengéeket figelhetünk meg. A függőlege él a repüléi magaág tabiliáláa orán ~1,92,2 perióduidejű lengéeket oko [7]. A tatiku hiba cökkentéére a 3.. ábrán látható PDT1 e abáloóval ellátott magaág tabiliáló render alkalmaáát javalom. A PDT1 ávűrőt ω aló = 2,62 rad/; ω felő = 3,93 rad/ határfrekvenciákra hangoltam, majd a továbbiakban vigáltam a űrő hatáát. (t) D aj H ref ( + 2,4 ) K c2 +,16 ϑ ref K c1 δm Repülőgép átviteli függvéne ω ϑ 3,55H 1 K 3.. ábra. Zavarűré a magaág abáloó renderben A SÁVSZŰRŐVEL MŰKÖDŐ MAGASSÁGSTABILIZÁLÓ RENDSZER ANALÍZISE FREKVENCIATARTOMÁNYBAN A PDT1-e abáloóval ellátott magaágtabiliáló render Bode-diagramja a 4.. ábrán, a P-abáló tabiliáló render Bode-diagramja a 5.. ábrán látható. 12

5 HADTUDOMÁNY 4 2 v=11km/h v=13km/h v=15km/h v=17km/h v=19km/h v=11km/h v=13km/h v=15km/h v=17km/h v=19km/h A ávűrő okota váltoá 4.. ábra. A PDT1-e abáloóval működő magaágtabiliáló render Bode-diagramja v=11km/h v=13km/h v=15km/h v=17km/h v=19km/h v=11km/h v=13km/h v=15km/h v=17km/h v=19km/h 5.. ábra. A P-abáloóval működő magaágtabiliáló render Bode-diagramja [7] Öehaonlítva a P-típuú abáloóval működő magaág tabiliáló render 5.. ábrán látható Bode-diagramját a 4.. ábrán látható Bode-diagrammal megállapíthatjuk, hog a erőíté körfrekvencia görbéken a váltoá ki értékű, míg a fáikarakteritikákon a váltoá megfigelhető. A PDT1-e abáloóval ellátott magaágtabiliáló render frekvenciatartománbeli minőégi jellemőit a 1.. tábláat, a P-abáloó magaágtabiliáló render minőégi jellemőit a 2.. tábláat tartalmaa. 121

6 NEMZETVÉDELMI EGYETEMI KÖZLEMÉNYEK 1.. tábláat A PDT1-e felnitott render amplitúdó- (G m ), é fáitartalékai (φ m ) Repüléi ebeég [km/h] G m [db] φ m [fok] 11 14,264 49, ,811 53, ,94 56, ,17 59, ,77 61, tábláat A P-abáloó felnitott render amplitúdó- (G m ), é fáitartalékai (φ m ) Repüléi ebeég [km/h] G m [db] φ m [fok] 11 15,59 62, ,956 66, ,11 69, ,89 72, ,92 74,24 A 1.. tábláatot öevetve a 2.. tábláattal, elmondható, hog a ávűrő alkalmaáa a render amplitúdótartalékait, é a fáitartalékait i cökkentette, de aok a általáno iránítátechnikai minőégi követelméneknek továbbra i megfelelnek. A PDT1-ES SÁVSZŰRŐVEL MŰKÖDŐ SZABÁLYOZÁSI RENDSZER ALAPJEL-KÖVETÉSÉNEK VIZSGÁLATA 122

7 HADTUDOMÁNY A PDT1 ávűrővel működő abáloái render alapjel-követéi tulajdonágait egégugrá, gerjetére vigálom. A egégugrá bemenő jelre a vála függvének é a, a 6.. ábrán láthatók (válajel, a folamato vonal a aggatott vonal) v=11km/h v=13km/h v=15km/h v=19km/h v=17km/h 6.. ábra. A magaág, h ref(t) = 1(t) bemenő jelre adott vála- é függvénei A 6.. ábrán látható, hog a ávűrővel bővített render a 1(t) jelet maradó hiba nélkül követi. A tranien idő 1 < t tr < 1,9. A 7.. ábrán a P-abáloóval (űrő nélküli) é a PDT1-abáloóval (űrővel ellátott) működő magaágtabiliáló renderek működéét haonlíthatjuk öe v=11km/h v=13km/h 1.5 v=11km/h ûrõvel v=15km/h v=19km/h v=15km/h ûrõvel v=19km/h ûrõvel v=13km/h ûrõvel v=17km/h v=17km/h ûrõvel 7.. ábra. A magaág, h ref(t) = 1(t) bemenő jelre adott vála öehaonlítáa űrővel ellátott é a űrő nélküli abáloá eetén 123

8 NEMZETVÉDELMI EGYETEMI KÖZLEMÉNYEK A 7.. ábra alapján megállapítható, hog a válajelek nagága 1,3-1,67 m- ről 1 m-re cökkent. A repülőgép PDT1-abáloóval működő magaág tabiliáló rendere tatiku hiba nélkül leköveti a egégugrá bemeneti jelet. A ábráról leolvaható, hog h ref (t) = 1(t) bemenő jel eetén a PDT1-abáloó adott ávéleégen ható integráló jellege miatt nő a tranien idő. A PDT1-abáloó truktúra a átmeneti folamat megnövekedett tranien ideje mellett i megfelel a általáno iránítátechnikai minőégi követelméneknek. A REPÜLŐGÉP PDT1-SZABÁLYOZÓVAL MŰKÖDŐ MAGASSÁG STABILIZÁLÓ RENDSZER ZAVARELHÁRÍTÁSÁNAK VIZSGÁLATA A PDT1-abáloóval működő magaág tabiliáló render avarelhárítáának vigálata orán legen a árt abáloái render vigálati jel D aj (t) = 1(t) alakú. A magaág tabiliáló render válajelei é ei a 8.. ábrán láthatók..1.5 v=11km/h v=19km/h v=13km/h v=15km/h v=17km/h 8.. ábra. A ávűrővel működő magaág abáloái render tranien függvénei A 8.. ábráról látható, hog a magaágtartá orán a tatiku hiba,62 méter é a válafüggvén tranien ideje 1,2 t tr 1,4. A 9.. ábrán a P- illetve a PDT1-abáloóval működő magaág tabiliáló renderek válajeleit haonlíthatjuk öe. 124

9 HADTUDOMÁNY -.5 v=11km/h ûrõvel v=19km/h ûrõvel v=13km/h ûrõvel -1 v=19km/h -1.5 v=11km/h v=15km/h ûrõvel v=13km/h v=17km/h ûrõvel 9.. ábra. D aj(t) = 1(t) függvénre adott válaok öehaonlítáa v=15km/h v=17km/h Öehaonlítva a P-abáloóval működő magaág tabiliáló render é a PDT1-abáloóval működő render vála- é eit elmondható, hog: a tranien idő t tr < 1,3 -ról 1,2 t tr 1,4 -ra váltoik; a magaágtartá orán tatiku hiba viont 1,3-1,67 m-ről,62 m-re cökken. A 9.. ábrán látható, hog a PDT1-abáloóval működő render avarvédettége jobb, mint a P-abáloóval működő renderé. A avaró jelek hatáára bekövetkeő 1,2-1,7 m-e magaágváltoát a PDT1-abáloó keveebb, mint,8 m-re cökkentette. A 1.. ábrán a magaág tabiliáló rendere ható függőlege él a repüléi ebeég értékében paramétereett időfüggvénei láthatók. 125

10 NEMZETVÉDELMI EGYETEMI KÖZLEMÉNYEK v=11km/h v=19km/h D aj be v=13km/h v=15km/h D aj be Idõ [ec] v=17km/h 1.. ábra. A tochatiku függőlege él vigáló jelei Idõ [ec] A repülőgép magaág tabiliáló renderének tochatiku külő avarára adott válafüggvénei a 11.. ábrán láthatók v=11km/h H [m] -.2 v=19km/h v=13km/h Idõ [ec] 11.. ábra. A repüléi magaág válajelei H [m] -.2 v=15km/h v=17km/h Idõ [ec] A 11.. ábrán jól látható, hog a PDT1-abáloóval működő magaág tabiliáló render,23-,8 m nagágú lengéeket hajt végre. A külő avará hatáára a P-típuú abáloóval működő renderben ébredő ~1,9-2,2 perióduidejű lengéek amplitudója ámottevően cökken. A P-abáloóval 126

11 HADTUDOMÁNY é a PDT1-abáloóval ellátott repüléi magaág tabiliáló render tochatiku analíiének eredméne a 12.. ábrán látható. -.2 v=11km/h ûrõ vel v=19km/h ûrõvel v=13km/h ûrõvel v=11km/h v=19km/h v=15km/h ûrõvel v=15km/h v=13km/h v=17km/h ûrõvel v=17km/h 12.. ábra. A tochatiku analíi válafüggvénei ávűrővel, é ávűrő nélkül A 12.. ábra alapján können belátható, hog a javaolt PDT1-abáloó alkalmaáa lénegeen cökkenti a tatiku hiba nagágát é a árt abáloái render lengéi hajlamát. KÖVETKEZTETÉSEK Öehaonlítva a P-abáloóval működő, é a PDT1-abáloóval működő magaág tabiliáló renderek Bode-diagramjait é a frekvencia tartománbeli minőégi jellemőit, egértelműen megállapítható, hog a új PDT1- e abáloó megengedhető mértékben lerontja a frekvenciatartománbeli minőégi követelméneket. A SojkaIII pilóta magaág tabiliáló render ámára a PDT1-abáloó alkalmaáa előnö, mert javítja a alapjel-követéi tulajdonágokat é megfelel a előírt minőégi követelméneknek. A SojkaIII pilóta nélküli repülőgép magaágtabiliáló rendere ámára a javaolt PDT1 truktúrájú abáloó determinitiku külő avará eetén ideáli gakorlatilag tatiku hiba nélküli avarelhárítát valóít meg. A repüléi magaágtabiliáló árt render a PDT1-abáloó alkalmaáával a tochatiku külő avarára cak ki mértékben éréken. Öeégében megállapítható, hog a SojkaIII pilóta nélküli repülőgép bitonágo légi üemeltetééhe a magaágtabiliáló render ámára PDT1-127

12 NEMZETVÉDELMI EGYETEMI KÖZLEMÉNYEK abáloó alkalmaáa előnö, mert nagmértékben javítja a avarelhárítái tulajdonágokat é megfelel a előírt iránítátechnikai minőégi követelméneknek. FELHASZNÁLT IRODALOM [1] SZOJKAIII/TV kooperáció fejleté tudománo technikai adatai, IV. fejeet. Zelong Intr., Brno, [2] SZABOLCSI, R.SZEGEDI, P. Modeling Atmopheric Diturbance Affecting Motion of the UAV. Pannonian Applied Matematical Meeting PC141, Ma, pp. (in print), Balatonalmádi, Hungar, 23. [3] MILF8785C Fling Qualitie of Piloted Airplane, [4] MILC18244A (AS) Control and tabiliation tem: automatic, piloted aircraft general pecification for, [5] MCLEAN, D.: Automatic Flight Control Stem. Prentice Hall, International Ltd., 199. [6] RÁCZ, E.: Repülőgépek. Tankönvkiadó, Budapet, [7] SZEGEDI, P.: A SojkaIII pilóta nélküli repülőgép repüléabáloó render avarelhárítáának vigálata I. Nemetvédelmi Egetemi Kölemének, Budapet, 25. [8] SZEGEDI, P.: A SojkaIII pilóta nélküli repülőgép repüléabáloójának terveée LQRmóderrel. Repülétudománi Kölemének, Solnok, 25. [9] SZEGEDI, P.:, SojkaIII oldaliránú mogá abálóinak előete terveée pólu átheleé móderével. Repülétudománi Kölemének, Solnok,