cahtНаучный вестник МГТУ ГАCivil Aviation High Technologies2079-06192542-0119Moscow State Technical University of Civil Aviation (MSTU CA)10.26467/2079-0619-2017-20-4-41-51caht-1117Research ArticleТранспортTransportМОДЕЛИРОВАНИЕ ОТКАЗОВ В АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ ВОЗДУШНЫМ СУДНОМFAULT DIAGNOSIS OF AN AIRCRAFT CONTROL SURFACES WITH AN AUTOMATED CONTROL SYSTEMОгунвоулБ. Д.OgunvoulB. D.

аспирант МГТУ ГА

г. Абуджа, Нигерия

PhD student of Moscow State Technical University of Civil Aviation

Abuja, Nigeria 

dams4iboko@mail.ruБаланчукЕ. А.BalanchukE. A.

аспирантка МГТУ ГА

г. Москва

PhD student of Moscow State Technical University of Civil Aviation

Moscow

gedeonburkhard@mail.ruКандыбаК. С.KandybaK. S.

аспирант МГТУ ГА

г. Химки

PhD student of Moscow State Technical University of Civil Aviation

Khimki

kskandyba@gmail.comНациональное агентство космических исследований и разработокНигерияNational Space Development and Research AgencyNigeriaДепартамент производственного планирования ЗАО «ЮТи-Джи»РоссияDepartment of production planning, ZAO "UTG"Russian FederationАО «Международный аэропорт Шереметьево»РоссияSheremetyevo International AirportRussian Federation2017110920172044151Copyright © Огунвоул Б.Д., Баланчук Е.А., Кандыба К.С., 20172017Огунвоул Б.Д., Баланчук Е.А., Кандыба К.С.Ogunvoul B.D., Balanchuk E.A., Kandyba K.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://avia.mstuca.ru/jour/article/view/1117

Исследуется вопрос управляемости воздушного судна при допущении отказов органов управления (ОУ) путем моделирования характеристики управления с учетом особенности его системы автоматического управления. Приводятся виды отказов органов управления самолетом, такие как клинение, колебание, увод в крайнее положение и снижение производительности.Обосновано, что при допущении отказа вследствие потери привода (actuator) или разрушения конструкции ОУ эксплуатационно-летные характеристики самолета значительно ухудшаются. Гражданские воздушные суда (ВС) нередко могут находиться в зонах конфликтов и террористической активности, где не исключена вероятность обстрела, например, в Сирии, Ираке, Южном Судане и т. д. Следовательно, необходима модель отказов, способная идентифицировать отказы вследствие разрушения конструкций и отказов компонентов, органов управления.Результаты данного исследования показывают, что адекватная модель отказов является первым шагом в сторону решения задач потери управляемости ВС при допущении отказов и частью дальнейшей адаптационной модели управления. Таким образом, можно обеспечить высокую эксплуатационную живучесть и надежность ВС, а также экономически рационально повысить уровень безопасности его полетов (БП).Результаты исследования, полученные в данной статье на основе моделирования нелинейного движения ВС при стабилизации углов по тангажу и крену, позволят в дальнейшем разработать алгоритм своевременного выявления отказа конкретной ОУ, который будет использован при проектировании автоматизированной системы управления самолета и на стадии разработки перспективных бортовых систем управления (БСУ). Внедрение полученных результатов позволит эффективно повысить отказоустойчивость ОУ, надежность элементов конструкции ЛА и поддерживать приемлемый уровень БП при допущении частичной или полной потери управляемости ВС из-за разрушения конструктивных компонентов органов управления и отказов ОУ ВС.

This article is devoted to studying of fault diagnosis of an aircraft control surfaces using fault models to identify specific causes. Such failures as jamming, vibration, extreme run out and performance decrease are covered.It is proved that in case of an actuator failure or flight control structural damage, the aircraft performance decreases significantly. Commercial aircraft frequently appear in the areas of military conflicts and terrorist activity, where the risk of shooting attack is high, for example in Syria, Iraq, South Sudan etc. Accordingly, it is necessary to create and assess the fault model to identify the flight control failures.The research results demonstrate that the adequate fault model is the first step towards the managing the challenges of loss of aircraft controllability. This model is also an element of adaptive failure-resistant management model.The research considers the relationship between the parameters of an i th state of a control surface and its angular rate, also parameters classification associated with specific control surfaces in order to avoid conflict/inconsistency in the determination of a faulty control surface and its condition.The results of the method obtained in this article can be used in the design of an aircraft automated control system for timely identification of fault/failure of a specific control surface, that would contribute to an effective role aimed at increasing the survivability of an aircraft and increasing the acceptable level of safety due to loss of control.

система управлениямодель отказовуправляемостьорган управлениярулевая поверхностьотказоустойчивостьaircraftcontrol systemfaults modelcontrollabilityfaultcontrol surfaceReferencesАкимов А.Н. Метод идентификации отказов динамических систем // Автоматика и телемеханика. 1992. № 6.Akimov A.N. Metod identifikacii otkazov dinamicheskih sistem [Method of identifying failures of dynamic systems]. Automation and Telemetry, 1992, No. 6.Акимов А.Н., Воробьев В.В. Обнаружение и идентификация отказов органов управления с помощью функций чувствительности // Обеспечение безопасности полетов: научно-методические материалы / под ред. С.А. Попыталова. М.: ВВИА им. Н.Е. Жуковского, 1989. С. 85–91.Akimov A.N., Vorobyov V.V. Obnaruzhenie i identifikacija otkazov organov upravlenija s pomoshh'ju funkcij chuvstvitel'nosti [Detection and identification of control surface failures using sensitivity functions. Safety Management: Research and teaching materials. Ed. S.A. Popytalova]. M., VVIA im. N.E. Zhukovsky, 1989, pp. 85–91.Гришин Ю.П., Казаринов Ю.М. Динамические системы, устойчивые к отказам. М.: Радио и связь, 1985.Grishin Y.P., Kazarinov Y.M. Dinamicheskie sistemy, ustojchivye k otkazam [Dynamic systems that are resilient to failures]. M., Radio and communication, 1985.Jacobson Steven R. Aircraft Loss of Control Causal Factors and Mitigation Challenges, NASA Dryden Flight Research Center, Edwards, California, 93523.Jacobson Steven R. Aircraft Loss of Control Causal Factors and Mitigation Challenges, NASA Dryden Flight Research Center, Edwards, California, 93523.Christopher E., Thomas L., Hafid S. Fault Tolerant Flight Control URL: https://books.google.ru/books?id=R9lsCQAAQBAJ&pg=PA205&lpg=PA205&dq=loss+of+control+due+to+Flight+control+surfaces+faults&source=bl&ots= (дата обращения 29.12.2016).Christopher E., Thomas L., Hafid S. Fault Tolerant Flight Control URL: https://books.google.ru/books?id=R9lsCQAAQBAJ&pg=PA205&lpg=PA205&dq=loss+of+control+due+to+Flight+control+surfaces+faults&source=bl&ots= (accessed 29.12.2016).Loss of Control [Электронный ресурс]. URL: https://aviation-safety.net/ (дата обращения 29.12.2016).Loss of Control [Электронный ресурс]. URL: https://aviation-safety.net/ (accessed 29.12.2016).Edwards C., Lombaerts T.J.J., and Smaili M.H., Eds. Fault Tolerant Flight Control: A Benchmark Challenge. Springer, 2010.Edwards C., Lombaerts T.J.J., and Smaili M.H., Eds. Fault Tolerant Flight Control: A Benchmark Challenge. Springer, 2010.Jiang J. and Yu X. Fault-tolerant flight control system design against control surface impairments. IEEE Aerospace and Electronics Systems, 2012, vol. 20 (4), pp. 871–886.Jiang J. and Yu X. Fault-tolerant flight control system design against control surface impairments. IEEE Aerospace and Electronics Systems, 2012, vol. 20 (4), pp. 871–886.Ducard G. and Geering H.P., Efficient nonlinear actuator fault detection and isolation system for unmanned aerial vehicles. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2008, vol. 31 (1), pp. 225–237.Ducard G. and Geering H.P., Efficient nonlinear actuator fault detection and isolation system for unmanned aerial vehicles. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2008, vol. 31 (1), pp. 225–237.Henry D., Zolghadri A., Cieslak J., Efimov D.V. A lpv approach for early fault detection in aircraft control surfaces servo-loops in Proc. 8th IFAC Symp. on Fault Detection, Supervision and Safety of Technical Processes, SAFEPROCESS 2012, Mexico, 2012, pp. 806–811.Henry D., Zolghadri A., Cieslak J., Efimov D.V. A lpv approach for early fault detection in aircraft control surfaces servo-loops in Proc. 8th IFAC Symp. on Fault Detection, Supervision and Safety of Technical Processes, SAFEPROCESS 2012, Mexico, 2012, pp. 806–811.Shafai E. Einf¨uhrung in die Adaptive Regelung. Lecture Notes, IMRT, ETH Zurich, 2003.Shafai E. Einf¨uhrung in die Adaptive Regelung. Lecture Notes, IMRT, ETH Zurich, 2003.Tao G., Chen S., Tang X., Joshi S.M. Adaptive Control of Systems with Actuator Failures. Springer-Verlag, London Berlin Heidelberg, 2004.Tao G., Chen S., Tang X., Joshi S.M. Adaptive Control of Systems with Actuator Failures. Springer-Verlag, London Berlin Heidelberg, 2004.Ducard G.J.J. Fault-tolerant Flight Control and Guidance Systems. Springer Verlag, 2009.Ducard G.J.J. Fault-tolerant Flight Control and Guidance Systems. Springer Verlag, 2009.Wu N.E. Coverage in fault-tolerant control. Automatica, 2004vol. 40, no. 4, pp. 537–548.Wu N.E. Coverage in fault-tolerant control. Automatica, 2004vol. 40, no. 4, pp. 537–548.Theilliol D., Ponsart J.C., Noura H., Vela Valdes L.G. A Multiple Model Based Approach for Sensor Fault-Tolerant Control of Nonlinear Systems. In Proceedings of the Congreso Latinoamericano de Control Automatico, October 2004.Theilliol D., Ponsart J.C., Noura H., Vela Valdes L.G. A Multiple Model Based Approach for Sensor Fault-Tolerant Control of Nonlinear Systems. In Proceedings of the Congreso Latinoamericano de Control Automatico, October 2004.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.