Дослідження ефективності застосування методу образного сприйняття динаміки руху ЛА через фізіологічні відчуття при викладенні дисципліни блоку «Аеродинаміка, динаміка польоту та практична аеродинаміка»

Abstract

Робота складається з вступу, трьох основних розділів, висновків та списку використаних джерел. У вступі обґрунтовано актуальність теми дослідження, яка полягає в тому, що на сучасному етапі сучасних систем навчання курсантів льотних спеціальностей, в умовах високого рівня автоматизації управління повітряними судами, істотно змінюється характер професійної діяльності льотного складу. З метою більш досконалої підготовки курсантів льотних спеціальностей постає необхідність удосконалення інтерактивних методів викладання навчальних дисциплін циклу “Аеродинаміка, динаміка польоту та практична аеродинаміка”. Основним напрямком удосконалення інтерактивних методів викладання навчальних дисциплін циклу “Аеродинаміка, динаміка польоту та практична аеродинаміка” є впровадження в систему пілотажних властивостей літака в значній мірі залежить від точності використовуваної математичної моделі керуючих дій льотчика, її відповідності реальним даним, отриманим в експерименті. Необхідність знання моделі льотчика виникає і при вирішенні інших прикладних задач ручного управління. Основною метою підготовки курсантів льотних спеціальностей є поетапне навчання виконанню складових елементів польоту та фігур пілотажу для самостійного безпечного виконання льотчиком польотів і бойових завдань згідно з призначенням літака. Враховуючи той факт, що в кожному окремому польоті виконуються як цільові елементи вправ, так і стандартні елементи польоту (зліт, посадка, тощо), необхідно до переліку вправ, що надасть змогу виявляти тенденції в опануванні льотним складом техніки пілотування та контролювати стабільність досягнутого рівня і його розвиток. Математична модель поведінки пілота дозволяє краще зрозуміти взаємодію між пілотом і літаком, з'ясувати вимоги до характеристик динаміки літака. Пілот в подібній моделі, як динамічне ланка, представляє з себе складну багатоканальну, адаптивну та самонавчальну систему управління. У процесі управління пілот пристосовується до літака таким чином, щоб забезпечити стійкість і керованість системи. Під адаптацією пілота розуміється налагодження нейро-м’язової і центральної нервової систем. В рамках цього дослідження розглядається модель поведінки пілота, розроблена на основі теорії автоматичного управління. Модель використовується для розуміння пілотажних характеристик пілота і визначення ступеня чутливості до коливань системи, викликаними діями пілота. З усього різноманіття факторів, що визначають динаміку польотів, в даній роботі розглядається математичний опис поведінки пілота в компенсаторному режимі, а саме, управління однієї фазової координатою руху літака за допомогою одного керуючого органу. На основі моделі з застосуванням частотних методів оцінки якості системи і з урахуванням властивостей адаптації поведінки пілота пропонується провести комп'ютерну імітацію параметрів моделі поведінки пілота в завданні ручного пілотування. В сучасних льотних тренажерах, які розроблені на території України, вже закладено імітування усіх особливих випадків польоту, які передбачені керівництвом з льотної експлуатації, але помилки пілотування не закладаються, тому необхідно в навчаннях курсантів вводити такі помилки, їх наслідки та усунення помилок. У вступі також визначені мета, об’єкт, предмет і задачі дослідження. У першому розділі розглянуті питання оцінки, аналізу існуючих методів визначення маневрених характеристик та можливості удосконалення методу визначення узагальнених характеристик маневреності літаків. Другий розділ визначає порядок розрахунку узагальнених характеристик маневреності літаків по відомим аеродинамічним характеристикам, побудови, ідентифікації математичної моделі характеристик маневреності, вибору методу ідентифікації математичної моделі та визначення часткових показників маневреності в горизонтальній і вертикальній площині. Вдосконалено метод визначення узагальнених характеристик маневреності шляхом побудови регресійних математичних моделей узагальнених характеристик маневреності та їх ідентифікації по результатам льотного експерименту, який включає до себе несталі режими польоту, а також широко використовує розрахункові процедури і автоматизований аналіз результатів за допомогою ПЕОМ. Також обґрунтовано застосування методу найменших квадратів при ідентифікації математичної моделі узагальнених характеристик маневреності літаків. В третьому розділі визначений перелік вправ, які підлягають оцінці по техніці пілотування розроблені алгоритми експрес-аналізу та оцінювання техніки пілотування. Вперше розроблені пропозиції до системи навчання курсантів льотних спеціальностей моделювання дій в особливих випадках польоту та оцінки помилок курсанта-льотчика припілотуванні ЛА та алгоритми автоматизованої системи оцінювання льотчиком-інструктором виконання польотного завдання курсантами льотних спеціалізацій. У висновках підведені підсумки дослідження. Робота обсягом 95 сторінок друкованого тексту, має 33 найменування використаних джерел. The work comprises an introduction, three main chapters, conclusions, and a bibliography. The introduction justifies the relevance of the research topic, highlighting that at the current stage of advanced training systems for aviation cadets, the nature of professional activities for aviation personnel is significantly changing due to the high level of automation in aircraft management. To improve the preparation of aviation cadets, it becomes necessary to enhance interactive teaching methods for the disciplines in the "Aerodynamics, Flight Dynamics, and Practical Aerodynamics" cycle. The primary direction for improving interactive teaching methods in these disciplines is the integration of simulator training, modeling special flight cases, and evaluating cadet-pilot errors during aircraft piloting. The success of evaluating and selecting the flight characteristics of an aircraft largely depends on the accuracy of the mathematical model of the pilot's controlling actions and its conformity to real experimental data. Knowledge of the pilot model is also required when solving other applied manual control tasks. The primary goal of training aviation cadets is the step-by-step learning of flight elements and aerobatic maneuvers to safely and independently conduct flights and perform mission tasks according to the aircraft's purpose. Considering that every flight involves both target maneuversand standard operations (takeoff, landing, etc.), the list of exercises must allow for identifying trends in mastering piloting techniques, monitoring stability in achieved proficiency levels, and their further development. The mathematical model of pilot behavior provides deeper insights into the interaction between the pilot and the aircraft and clarifies the dynamic requirements for the aircraft's characteristics. In such a model, the pilot, as a dynamic link, represents a complex, multi-channel, adaptive, and self-learning control system. During management, the pilot adapts to the aircraft to ensure system stability and controllability. This adaptation involves tuning the neuro-muscular and central nervous systems. This study examines a pilot behavior model developed based on automatic control theory. The model is utilized to understand the piloting characteristics and assess sensitivity to system oscillations caused by pilot actions. From the vast array of factors influencing flight dynamics, this work focuses on a mathematical description of the pilot's compensatory behavior, specifically managing one phase coordinate of aircraft motion with a single control.Using the model and frequency evaluation methods for system quality, along with considering the adaptive properties of pilot behavior, a computer simulation of the pilot behavior model parameters in manual piloting tasks is proposed. Modern flight simulators developed in Ukraine already simulate all special flight scenarios outlined in the flight operation manual. However, piloting errors are not included. Thus, introducing such errors, their consequences, and corrective actions into cadet training programs is necessary. The introduction also outlines the purpose, object, subject, and tasks of the study. Chapter 1 discusses the assessment and analysis of existing methods for determining maneuvering characteristics and potential improvements in the generalized characteristics of aircraft maneuverability. Chapter 2 defines the procedures for calculating generalized maneuverability characteristics based on known aerodynamic parameters, constructing and identifying the mathematical model of maneuvering characteristics, selecting the identification method, and determining partial indicators of maneuverability in horizontal and vertical planes. The study improves the method for determining generalized maneuverability characteristics by developing regression mathematical models based on flight experiment results, which include unsteady flight regimes and extensive use of computational procedures and automated result analysis using personal computers. It also substantiates the application of the least squares method for identifying mathematical models of generalized maneuverability characteristics. Chapter 3 identifies the list of exercises subject to evaluation in piloting techniques, develops algorithms for express analysis and piloting evaluation, and provides novel proposals forcadet-pilot training systems. These proposals include modeling actions in special flight cases, evaluating cadet-pilot errors, and algorithms for automated evaluation systems to be used by flight instructors for assessing cadet-pilot task performance. The conclusions summarize the study results. The thesis consists of 95 pages of printed text and includes 33 references.