Комплексные проблемы техносферной безопасности. материалы V Международной научно-практической конференции. Колодяжный С.А

УДК 530.182

С.Л. Кирносов, А.А. Абрамченко, Д.С. Лаухин

НАСТРОЙКА ПАРАМЕТРОВ УСТОЙЧИВЫХ РЕЖИМОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ МЕТЕОЗАВИСИМЫХ АВИАЦИОННЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Рассмотрено введение блока настройки параметров функционирования метеозависимой авиационной динамической системы на устойчивые режимы в систему поддержки принятия решений на выполнение задач в сложных метеоусловиях.

Ключевые слова: детерминированный хаос, метеорологические условия, нелинейная система, устойчивый режим, метод локализации, аттрактор.

Тематика исследований относится к области знаний, направленных на повышение эффективности и безопасности полетов авиации в метеорологическом отношении, и может использоваться в конструировании систем поддержки принятия решений на основе информации о степени устойчивости функционирования метеозависимых авиационных динамических систем, под которыми понимаются авиационные подразделения, выполняющие летные задачи в сложных метеорологических условиях.

Эффективность и безопасность функционирования любой организационнотехнической системы (ОТС), к которым также относятся метеозависимые авиационные системы (АС), находятся в существенной зависимости от состояния окружающей среды, важным элементом которой являются метеорологические условия [1]. При диагнозе и прогнозе этих условий, равно как и при распознавании различных природных и техногенных объектов, в настоящее время активно применяются технологии представления функционирования ОТС в виде динамических систем (например, «человек – машина – окружающая среда») и их дальнейшего анализа в условиях детерминированного хаоса [1].

В частности, при принятии решений на выполнение метеозависимых авиационных задач целесообразно рассмотреть динамическую АС «летчик – воздушное судно – метеоусловия». Элементы такой системы находятся в существенной нелинейной зависимости между собой и с внешней средой. Кроме того, параметры такой системы являются гиперчувствительными к начальным условиям. Поэтому анализ характеристик выделенной системы предлагается выполнять с использованием элементов теории детерминированного хаоса [1].

Настройка численных значений характеристик функционирования метеозависимой АС на устойчивый режим будет способствовать повышению эффективности и безопасности ее функционирования [1, 2].

На рис. 1 представлена блок-схема существующей в настоящее время системы поддержки принятия метеозависимых решений, на один из входов вычислительного блока которой предлагается включить новый блок – блок настройки параметров авиационной системы на устойчивые режимы работы. Таким образом, динамически меняющаяся информация о текущем состоянии авиационной системы будет подаваться на вход блока настройки параметров и корректироваться вычислительным устройством. Техническим результатом введения нового блока настройки будет повышение эффективности и безопасности функционирования АС на основе использования численных значений скорректированных параметров для последующего принятия более адекватного решения, исходя из текущей системной ситуации. Следует отметить, что без вводимого блока настройки корректирующая информация в системе поддержки принятия метеозависимых решений будет недоступна.

Настройка параметров авиационной системы на устойчивые режимы работы будет выполняться только при условии выхода функционирования АС на тот или иной аттрактор. Поэтому поиск такого аттрактора (часто скрытого) является ключевой основой работы вводимого в систему поддержки нового блока настройки.

_________________________________

© Кирносов С.Л., Абрамченко А.А., Лаухин Д.С., 2019

460

аттрактора достаточно проверить часть универсального сечения, попавшего в локализирующее множество. Возможен также случай, когда оба множества – локализирующее и универсальное, не ограничены, но часть универсального сечения, попавшая в локализирующее множество, может оказаться ограниченной. Выделив компактную часть универсального сечения, можно искать аттрактор по этой части [2].

Сущность метода локализации поясняется рис. 2–5. На рис. 2 представлено локализирующее множество, которое было получено в результате численного моделирования динамической системы. На рис. 3 представлено пересечение локализирующего множества с универсальным сечением исследуемой системы. На рис. 4 наглядно представлена область, по которой осуществляется поиск аттрактора в результате численного моделирования. На рис. 5 представлен окончательный результат численного моделирования.

Рис. 2. Пример найденного локализирующего множества исследуемой системы

Рис. 3. Пересечение найденного локализирующего множества и универсального сечения исследуемой системы

462

Практическая реализация предлагаемого метода локализации осуществляется следующим образом. Рассматривается автономная непрерывная динамическая система, представленная выражением (1),

В качестве локализирующих можно использовать любые гладкие функции, определенные на фазовом пространстве системы, ограничений здесь нет. Однако неудачный выбор локализирующей функции может привести к тому, что локализирующее множество

тривиальным. Другая проблема, возникающая при решении задач локализации, – решение двух экстремальных задач, связанных с вычислением значений inf и sup . В общем случае

требуется предварительный анализ экстремальных задач. Решение этих задач упрощается, если универсальное сечение является замкнутым многообразием (или компактно), тогда для вычисления значений inf и sup используется метод множителей Лагранжа или различные

численные методы [4].

Очевидно, что, рассматривая различные локализирующие функции, можно получить целое семейство локализирующих множеств, пересечение которых дает в итоге более адекватный результат. При подготовке статьи были рассмотрены работы [5-24].

Таким образом, использование вводимого блока настройки параметров АС на устойчивые режимы работы и выполнение поиска скрытых аттракторов в данном блоке на основе метода локализации, будет способствовать повышению эффективности и безопасности функционирования АС в сложных метеорологических условиях за счет использования численных значений скорректированных параметров для последующего принятия более адекватного решения, исходя из текущей системной ситуации.

Литература

1.Михайлов, В.В. Модель принятия метеозависимых решений на выполнение посадки самолета в условиях детерминированного хаоса [Текст]: / В.В. Михайлов, С.Л. Кирносов // Системы управления и информационные технологии, № 2(56), 2014. – С. 80–84.

2.Канатников, А.Н. Инвариантные компакты динамических систем [Текст]: / А.Н. Канатников, А.П. Крищенко. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2011.

3.Буркин, И.М. О структуре глобального аттрактора многосвязных систем автоматического регулирования [Текст]: / И.М. Буркин, Д.В. Соболева – ТулГУ.: Известия ТулГУ. Естественные науки, 2012. Вып. 1. С. 5-16.

4.Крищенко, А.П. Локализация инвариантных компактов динамических систем [Текст]: // Дифференциальные уравнения, 2005. Т. 41, № 12. С. 1597–1604.

5.Kuznetsov N., Leonov G., Vagaitsev V. Analytical-numerical method for attractor localization of generalized Chua’s system// IFAC Proceedings Volumes (IFAC-PapersOnline). 2010. No 1.

464

6.Сазонова, С.А. Результаты вычислительного эксперимента по апробации метода решения задачи статического оценивания для систем теплоснабжения / Сазонова С.А. // Вестник Воронежского института высоких технологий. - 2010. - № 6. - С. 93-99.

7.Сазонова, С.А. Результаты вычислительного эксперимента по апробации математических моделей анализа потокораспределения для систем теплоснабжения / Сазонова С.А.

//Вестник Воронежского института высоких технологи. - 2010. - №6. – С. 99104.

8.Сазонова, С.А. Разработка модели структурного резервирования для функционирующих систем теплоснабжения / С.А. Сазонова // Вестник Воронежского института высо-

ких технологий. - 2008. - № 3. - С. 082-086.

9.Сазонова, С.А. Разработка модели анализа потокораспределения возмущенного состояния системы теплоснабжения / С.А. Сазонова // Моделирование систем и информационные технологии сборник научных трудов.– Воронеж, 2007. - С. 52-55.

10.Звягинцева, А.В. Моделирование процессов и совершенствование мероприятий по улучшению условий труда на горно-обогатительном комбинате / А.В. Звягинцева, С.А. Сазонова, В.Ф. Асминин // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 2. - С. 10-16.

11.Звягинцева, А.В. Моделирование неорганизованных выбросов пыли и газов в атмосферу при взрывных работах на карьерах горно-обогатительных комбинатов / А.В. Звягинцева, С.А. Сазонова, В.В. Кульнева // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т.

12. - № 2. - С. 17-25.

12.Звягинцева, А.В. Моделирование процессов и разработка мероприятий по сокращению пылегазовыделения на карьерах горно-обогатительного комбината / А.В. Звягинцева, С.А. Сазонова, В.В. Кульнева // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 2. -

С. 26-32.

13.Асминин, В.Ф. Функциональные и конструктивные особенности облегченных звукоизолирующих панелей / В.Ф. Асминин, Е.В. Дружинина, С.А. Сазонова, Д.С. Осмоловский // Вестник Воронежского института высоких технологий. - 2019. - № 2 (29). - С. 4-7.

14.Иванова, В.С. Физическое моделирование аппарата пылеочистки скруббер Вентури для улучшения условий труда на производствах / В.С. Иванова, С.Д. Николенко, С.А. Сазонова, В.Ф. Асминин // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 1. - С. 48 -55.

15.Звягинцева, А.В. Мониторинг стихийных бедствий конвективного происхождения по данным дистанционного зондирования с метеорологических космических аппаратов: монография / А.В. Звягинцева, А.Н. Неижмак, И.П. Расторгуев. Воронеж: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2013. - 162 с.

16.Звягинцева, А.В. Прогнозирование опасных метеорологических явлений в определении характера и масштабов стихийных бедствий»: монография под общ. ред. И.П. Расторгуева / А.В. Звягинцева, И.П. Расторгуев, Ю.П. Соколова. Воронеж: ГОУВПО «ВГТУ»,

2009. - 247 с.

17.Власов, Н.М. Математическое моделирование водородной проницаемости металлов: монография / Н.М. Власов, А.В. Звягинцева. - Воронеж: ВГТУ, 2012. - 247 с.

18.Звягинцева, А.В. Структурные и примесные ловушки для точечных дефектов: монография / А.В. Звягинцева. Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2017. 180 с.

19.Zvyagintseva, A.V. Increase of solubility of hydrogen in electrolytic alloys NI-B / A.V. Zvyagintseva, Y.N. Shalimov // NATO Science for Peace and Security Series C: Environmental Security. - 2011. - Т. 2. - С. 519-528.

20.Zvyagintseva, A.V. Laws of diffusion of hydrogen in electrolytic alloys on the basis of nickel / A.V. Zvyagintseva, Y.N. Shalimov // NATO Science for Peace and Security Series C: Environmental Security. - 2011. - Т. 2. - С. 529-534.

21.Звягинцева, А.В. Моделирование воздействия ртутьсодержащих отходов объектов техносферы на окружающую среду и разработка мероприятий по охране атмосферного воздуха / А.В. Звягинцева, С.А. Сазонова, В.В. Кульнева // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 3. - С. 17-26.

465

22.Звягинцева, А.В. Моделирование техногенного воздействия ТЭЦ на окружающую среду и разработка инженерно-технических природоохранных мероприятий / А.В. Звягинцева, С.А. Сазонова, В.В. Кульнева // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 3.

-С. 27-34.

23.Звягинцева, А.В. Оценка процесса техногенного загрязнения атмосферы объектами теплоэнергетики и разработка инженерно-технических природоохранных мероприятий / А.В. Звягинцева, С.А. Сазонова, Н.В. Мозговой // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 3. - С. 34-41.

24.Сазонова, С.А. Математическое моделирование параметрического резерва систем теплоснабжения с целью обеспечения безопасности при эксплуатации / С.А. Сазонова, С.Д. Николенко, А.В. Звягинцева // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 3. -

С. 71-77.

ФГКВОУ ВПО «Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военновоздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина», г. Воронеж

S.L. Kirnosov, A.A. Abramtchenko, D.S. Laukhin

SETTING OPTIONS FOR SUSTAINABLE OPERATION MODES OF

WEATHER-DEPENDING AIRCRAFT DYNAMIC SYSTEMS

Considered the introduction of block parameter settings of the operation of weather-depending aircraft dynamic system on the stable modes into a system of support of decision-making for task execution in adverse weather conditions.

Key words: deterministic chaos, weather conditions, non-linear system, the steady mode, the method of localization, attractor.

Federal State Official Military Educational Institution of Higher Professional Education Military Educational Research Centre of Air Force «Air Force Academy named

after professor N.E. Zhukovsky and Yu.A. Gagarin», Voronezh

466

УДК 551.509.55

В.В. Дорофеев, А.В. Степанов, Ю.М. Подгузов, Н.М. Биболов

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ДАЛЬНОСТИ ВИДИМОСТИ МАЛОРАЗМЕРНЫХ ОБЪЕКТОВ ДЛЯ ЭКИПАЖЕЙ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ,

ВЫПОЛНЯЮЩИХ ПОИСКОВО-СПАСАТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ

Продемонстрирована методика, которая позволяет оценить наклонную полетную дальность видимости малоразмерных объектов при различных типах распределения горизонтальной видимости под облаками, при этом использованы математические модели: модель горизонтальной дальности видимости обнаружения малоразмерного объекта и модель наклонной полетной дальности видимости для различных типов распределения горизонтальной видимости под облаками.

Ключевые слова: наклонная полетная дальность видимости, горизонтальная дальность видимости, малоразмерный объект, поисково-спасательная работа.

При метеорологическом обеспечении поисково-спасательных работ (ПСР) авиацией возникает противоречие из-за несоответствия метеорологической дальности видимости (МДВ), в прогнозе погоды и видимостью, необходимой для экипажей воздушных судов, выполняющих поисковые и спасательные работы, особенно если речь идет о поиске и спасении малоразмерных объектов с линейными размерами 1-4 метра (автомобиль, палатка, человек и.т.д.) [1-3].

Противоречие обусловлено тем, что отождествлять метеорологическую дальность видимости, которую измеряют и прогнозируют специалисты-метеорологи и видимость объектов (ориентиров) с борта воздушного судна на земной поверхности, то есть наклонной полетной дальностью видимостью (НПДВ), недопустимо [1].

Для разрешения противоречия необходимо решить научную задачу по оценке НПДВ малоразмерных объектов при полетах на малых и предельно малых высотах по правилам визуальных полетов [2, 3].

Поэтому целью статьи является повышения качества метеорологического обеспечения ПСР путем разработки методики оценки НПДВ малоразмерных объектов при различных типах распределения горизонтальной видимости под облаками (оптическими моделями

(ОМ)) [1].

Методика оценки НПДВ реализована комплексным использованием двух математических моделей [1]:

-моделью горизонтальной дальности видимости обнаружения малоразмерного объекта;

-моделью НПДВ для различных типов распределения горизонтальной видимости под облаками [4].

Зависимость горизонтальной дальности видимости обнаружения малоразмерного объ-

екта (S'о) с угловыми размерами менее 15', рассчитанного по формуле 1, от линейного размера (Lor) в однородной атмосфере представлена на графике (рисунок 1)

где Lor – линейные размеры малоразмерной цели; К – контрастность объекта; - пороговая чувствительность глаза; Sо – метеорологическая дальность видимости.

НПДВ малоразмерного объекта определяется графоаналитическим способом по зависимости НПДВ от горизонтальной дальности видимости обнаружения малоразмерного объекта от ОМ.

В качестве примера, результаты расчетов НПДВ рассмотрим в IV и I ОМ и различных явлениях погоды.

_________________________________

© Дорофеев В.В., Степанов А.В., Подгузов Ю.М., Биболов Н.М., 2019

467