В настоящее время в связи со всевозрастающей степенью сложности проектирования, производства и эксплуатации летательных аппаратов все более важным направлением в области развития информационно-измерительных систем становится совершенствование существующих и разработка новых способов измерения параметров вибрации элементов механических конструкций летательных аппаратов. Целью данной работы является анализ возможности и перспективности построения системы для измерения вибраций элементов конструкции самолета на основе использования микромеханических инерциальных измерительных блоков в качестве основных виброметрических измерителей. При этом объектом исследования является система измерения параметров вибрации, а предметом – ее структура, состав, алгоритмы функционирования и ожидаемые точностные характеристики. Для достижения поставленной цели строится информационно-измерительная система на базе инерциальных приборов, а также датчиков для непосредственных измерений перемещений, используются численные и аналитические методы высшей математики и теоретической механики, методы теории случайных процессов и оптимального оценивания. В статье рассмотрены принципы построения такой системы на примере варианта системы измерения параметров вибраций крыла самолета, представлен краткий обзор существующих решений в предметной области и обоснована актуальность и целесообразность предложенного варианта технического решения. Приведены базовый состав и структура системы, описаны основные принципы ее работы, основанные на использовании данных датчиков перемещения, инерциальных измерителей и оптимального калмановского оценивания и коррекции. Показаны основные алгоритмы работы системы, включая алгоритмы ориентации и навигации, оценивания и коррекции при замкнуто-разомкнутой схеме включения оптимального фильтра Калмана, алгоритм вычисления параметров вибрации, представленыматематические модели ошибок основных измерителей системы, показаны полученные предварительные результаты имитационного моделирования, демонстрирующие работоспособность системы и ее ожидаемые приемлемые точностные характеристики, подтверждающие возможность эффективного использования системы и перспективность выбранного направления работ.
At present, because of the ever-increasing degree of complexity of aircrafts design, production and operation, the improvement of the existing methods and development of new ones for vibration parameters measurement of aircrafts mechanical structural elements is still an important direction in the field of information-measurement systems development. The purpose of this work is to analyze the possibility and prospects of constructing a system for measuring vibrations of aircraft structural elements based on the use of micromechanical inertial measurement units as the main vibrometric transducers. In this case, the object of research is the vibration parameters measurement system, and the subject is its structure, composition, operations algorithms and the expected accuracy characteristics. To achieve this purpose, an information-measurement system is built on the basis of inertial devices, as well as sensors for direct displacements measurements, numerical and analytical methods of higher mathematics and theoretical mechanics, methods of random processes theory and optimal estimation are used. The article discusses the principles of constructing such system taking as an example a system for measuring the vibration parameters of an aircraft wing, provides a brief overview of the existing solutions in this field of applications and substantiates the relevance and expediency of the proposed methodology of the technical solution. The basic components and structure of the system are presented, the basic principles of its operation are described, based on the use of data from displacement sensors, inertial meters and optimal Kalman estimation and correction. The main algorithms of the system operation are shown, including the orientation and navigation algorithm, estimation and correction algorithm for a closed-open scheme of optimal Kalman filter inclusion in the system, algorithm for calculating vibration parameters, beside the mathematical errors models of the main system sensors and channels are presented, preliminary results of simulation modeling are shown and they demonstrate the operability of the system and its expected acceptable accuracy characteristics, confirming the possibility of the effective use of the proposed system and the prospects of the chosen direction of work.
Application of Optimal Kalman Filter to Improve the Accuracy of Aircraft Wing Vibration Parameters Measurement System
