Валидация простейших алгоритмов обнаружения вихревых структур датчиками скоса воздушного потока в трубном эксперименте

Авторы

Кривощапов А. А.

Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского (ЦАГИ), ул. Жуковского, 1, Жуковский, Московская область, 140180, Россия

e-mail: alex5000.89@mail.ru

Аннотация

Исследована работоспособность простейших алгоритмов обнаружения вихревых структур датчиками скоса воздушного потока. Валидационное тестирование проведено на основе эксперимента в аэродинамической трубе для случаев одного вихря и вихревого следа за прямыми крыльями различных удлинений с симметричным профилем, обтекаемыми воздушным потоком под углом атаки. Оценена величина ошибки поиска. Проанализирована устойчивость поиска, и сформированы рекомендации по организации измерений датчиками скоса воздушного потока. Показано, что наиболее эффективной является конфигурация из трех датчиков. Исследовано влияние расстояния между датчиками на устойчивость поиска. Выявлено, что практическое использование данных алгоритмов для автоматического обнаружения вихревого следа за летательными аппаратами в составе бортовых систем осложнено возникновением существенной систематической погрешности от взаимной интерференции вихрей и возможно только при выполнении измерений датчиками скоса воздушного потока в непосредственной близости к ядру одного из них. 

Ключевые слова:

алгоритмы обнаружения вихревых структур, датчики скоса воздушного потока, бортовая система поиска вихрей, валидация на основе эксперимента в аэродинамической трубе

Список источников

1. Брутян М.А., Вышинский В.В., Ляпунов С.В. Основы дозвуковой аэродинамики. М.: Наука, 2021. 296 с.
2. Макеев П.В., Игнаткин Ю.М., Шомов А.И., и др. Исследование возможности попадания рулевого винта в режимы "вихревого кольца" под воздействием несущего винта // Вестник Московского авиационного института. 2024. Т. 31. № 1. С. 7-18. URL: https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=179102
3. Головнев А.В., Данилов С.М., Нечаев В.А. Процедура интерполяции возмущенной тангенциальной скорости для определения ее значения в произвольной точке области вихревого следа // Вестник Московского авиационного института. 2023. Т. 30. № 2. С. 24-34. DOI: 10.34759/vst-2023-2-24-34
4. Вышинский В.В., Зоан К.Т. Исследование аэродинамических характеристик самолёта при попадании в зону турбулентности ясного неба и вопросы безопасности полёта // Инженерный журнал: наука и инновации. 2022. № 12(132). С. 1–14. DOI: 10.18698/2308-6033-2022-12-2235
5. Вышинский В.В., Зоан К.Т. Обтекание горного ландшафта в окрестности аэропорта Дананг атмосферным ветром и вопросы безопасности полёта // Научный вестник МГТУ ГА. 2021. Т. 24, № 06. С. 27–41. DOI: 10.26467/2079-0619-2021-24-6-27-41
6. Желанников А.И., Замятин А.Н. О возможности дозаправки в воздухе гражданских воздушных судов // Научный вестник МГТУ ГА. 2016. Т. 19, № 01. С. 12–18.
7. Горшков М.И., Иванов Б.А. Установка «лазерный нож» для визуализации пространственного обтекания моделей в аэродинамической трубе // Труды ЦАГИ. Выпуск 1881. M.: Издательский отдел ЦАГИ, 1977.
8. Степанов Р.П., Кусюмов А.Н., Михайлов С.А., и др. Экспериментальное исследование концевых вихрей за крылом конечного размаха // Труды МАИ. 2019. № 107. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=107894
9. Бурдин И.Ю., Песецкий В.А. Исследование особенностей кинематики отрывных вихревых течений методом ЛДИС // Ученые записки ЦАГИ. 1993. Т. XXIV. № 4. С. 55–63.
10. Michel D.T., Dolfi-Bouteyre D., Goular D., et al. Onboard wake vortex localization with a coherent 1.5 µm Doppler LIDAR for aircraft in formation flight configuration // Optics Express. 2020. Vol. 28. No. 10, pp. 14374–14385. DOI: 10.1364/OE.377049
11. Головнев И.Г., Вышинский В.В., Желанников А.И., и др. Принципы построения бортовой системы раннего предупреждения пилота о вхождении в вихревой след от другого воздушного судна // Научный вестник МГТУ ГА. 2018. Т. 21. № 4. С. 84–95. DOI: 10.26467/2079-0619-2018-21-4-84-95
12. Грязин В.Е. Повышение безопасности полёта в условиях турбулентности спутного следа путём автоматизации режима директорного захода на посадку // Ученые записки ЦАГИ. 2000. Т. XXXI. № 1–2. С. 163–173.
13. Говорухин В.Н. Алгоритм идентификации вихрей по векторам скорости течения на основе простейшей математической модели вихревой динамики // Компьютерные исследования и моделирование. 2023. Т. 15. № 6. С. 1477–1493. DOI: 10.20537/2076-7633-2023-15-6-1477-1493
14. Вышинский В.В., Головнев А.В., Данилов С.М. и др. О возможности обнаружения когерентных вихревых структур при полете в атмосфере // Ученые записки ЦАГИ. 2025. Т. LVI. № 1. С. 42-50. 
15. Вышинский В.В., Кривощапов А.А., Курулюк К.А. и др. Тестовый случай для валидации алгоритмов поиска когерентных вихревых структур датчиками скоса потока на основе трубного эксперимента // Труды ЦАГИ. Выпуск 2823. M.: Издательский отдел ЦАГИ, 2024. С. 3–24.
16. Филиппов Р.Н., Титова Е.А. Влияние вихревого спутного следа на взаимную безопасность крылатых летательных аппаратов, следующих по одному маршруту // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2021. № 10(739). С. 65–73. DOI: 10.18698/0536-1044-2021-10-65-73
17. Кривощапов А.А., Николаев Н.В. Исследование влияния скорости воздушного потока на собственное аэродинамическое сопротивление ленточной подвески в аэродинамической трубе Т-102 ЦАГИ // Труды МФТИ. 2023. Т. 15. № 3. С. 163–187.
18. Андрушевский Н.М. Анализ устойчивости решений систем линейных алгебраических уравнений: Учебное пособие. М.: Издательский отдел факультета ВМиК МГУ имени М.В. Ломоносова; МАКС Пресс, 2008. 71 с.
19. Зленко Н.А. Определение границ допустимых областей установки датчиков системы воздушных сигналов // Ученые записки ЦАГИ. 2018. Т. XLIX. №3. С. 54–67.
20. Ефремов А.А., Сысоев В.В., Макаров И.А., и др. Разработка математической модели системы измерения высотно-скоростных параметров самолёта SSJ-NEW по результатам испытаний в аэродинамических трубах // Материалы XXXIII научно-технической конференции по аэродинамике (15–16 декабря 2022; Жуковский). Жуковский: ЦАГИ, 2022. С. 58a.