Системы автоматического пилотирования.Системы автоматического пилотирования управляют полетом самолета. Это 4 самостоятельных системы: • автоматическая система повышения устойчивости и управляемости; • вычислительная система управления полетом (DFCS); • вычислительная система самолетовождения (FMCS); • вычислительная система управления тягой. Типичная схема взаимодействия систем автоматического пилотирования изображена на рис.1.1. Автоматическая система повышения устойчивости и управляемости (АСУУ) предназначена для обеспечения требуемых характеристик управляемости самолета в ручном режиме, т.е. когда автопилот отключен. Ее функции: - изменение загрузки рычагов управления элеронами и рулем высоты в зависимости от скоростного напора; - ручная балансировка самолета по тангажу; - демпфирование колебаний по курсу или по всем осям; - изменение коэффициента передачи от педалей до руля направления в зависимости от воздушной скорости и положения закрылков; - координация разворота, обеспечиваемая механической проводкой от элеронов к рулю направления; - непосредственное управление подъемной силой путем управления закрылками, интерцепторами и воздушными тормозами; - согласование отклонения элеронов и интерцепторов; - изменение эффективности элеронов в зависимости от воздушной скорости и положения закрылков; - ограничение отклонения закрылков в зависимости от воздушной скорости; - ограничение отклонения руля направления по режимам полета; - автоматическое парирование разворачивающего момента при отказе одного двигателя; - снижение влияния турбулентности/порывов ветра; - подавление флаттера. стабили-руль направ- затор (лев.) ления (верх.)
упр-я стабили - руль направ- затор (прав.) ления (нижн.) Рис.1.1. Системы автоматического пилотирования: ВСС – вычислитель системы самолетовождения, ВСУП – вычислитель системы управления полетом, ВСУТ – вычислитель системы управления тягой, РУД – ручка управления двигателем Состав, структура и характеристики АСУУ сильно зависят от конкретного типа ЛА. В связи с высокими требованиями по надежности система имеет несколько независимых каналов. Например, система АСШУ-204 самолета ТУ-204 содержит основной и резервный контуры. Основной контур состоит из трехкратно резервированных цифровых блоков, резервный контур обеспечивает формирование управляющих сигналов с помощью аналоговых вычислителей. Самолет способен летать с одной только АСУУ - без трех других систем, которые, напротив, используются не в ручном, а в других режимах управления. Кроме ручного управления бывают еще автоматический, совмещенный и директорный режимы управления. Автоматическое управление обеспечивает управление ЛА без участия пилота. При совмещенном управлении в управлении активно участвуют и пилот, и системы автоматического управления: измеряются усилия, прилагаемые пилотом к штурвалу по крену и тангажу и пропорционально им формируются управляющие сигналы для достижения требуемого углового положения. В режиме директорного управления роль систем автоматического управления пассивная: только выдача сигналов управления по крену, тангажу и ошибки по скорости на пилотажный индикатор. А непосредственное пилотирование осуществляет пилот, пользуясь при этом подсказками систем автоматического пилотирования на пилотажном индикаторе. Кроме того может быть режим стабилизации какого-либо параметра – высоты, скорости, числа М, и т.д. В режиме стабилизации системы автоматического пилотирования обеспечивают выдерживание того значения параметра, которое было достигнуто в момент включения режима. Распределение функций между системами автоматического пилотирования приведено в таблице 1.1. Вычислительная система управления полетом (ВСУП) выполняет основные автопилотные функции и управляет автоматической посадкой самолета. Независимо от включенного режима ВСУП предотвращает выход самолета за допустимые пределы по скорости, т.е. полет со скоростью меньше минимально-допустимой и больше максимально-допустимой скорости. Система содержит: - от 1 до 3 вычислителей, содержащих все интерфейсные, обрабатывающие и управляющие устройства; - пульт управления системами автоматического пилотирования; - блок сигнализации для информирования экипажа о включенных режимах ВСУП и о рабочем состоянии систем; - датчики усилий на штурвале (по одному на каждом штурвале) для восприятия усилий, приложенных летчиком по крену и тангажу при совмещенном управлении; - кнопка отключения автопилота на штурвале, которая отключает сервопривод ВСУП; - пульт состояния/техобслуживания. Для решения задач управления система принимает информацию от систем первичной информации (ИНС, СВС), радионавигационных систем (ILS, РВ, DME), самолета (положение закрылков, руля направления, элеронов, руля высоты, шасси) и других систем автоматического пилотирования (ВСС, ВСУТ, АСУУ). Выходные управляющие сигналы ВСУП поступают на руль высоты, элероны и руль направления. Для управления используются сигналы обратной связи о положении как сервоприводов, так и самих управляющих поверхностей. Вычислительная система управления тягой (ВСУТ) вычисляет предельную тягу, возможную для данного режима полета, и осуществляет автоматическое управление тягой двигателей по вычисленной предельной тяге или в ответ на команды других систем автоматического управления.
Таблица 1.1 Функции систем автоматического пилотирования
1) Взлет - выдача управляющих сигналов, соответствующих заданному профилю взлета на пилотажный индикатор. 2) Управление по сигналам VOR (ILS) - захват и следование по лучу VOR (по лучам ILS - курсовому и глиссадному).
3) Экономичный режим - наибольшая экономия топлива при одновременном выполнении требований навигации. 4) Автоматический заход на посадку и посадка - по лучам ILS (курсовому и глиссадному). Исполнительный сервопривод задает двигателю нужную тягу, двигая ту же самую ручку управления двигателем (РУД), которой пользуется для этой цели пилот. В состав системы входят: - 1-2 одинаковых вычислителя; - пульт управления тягой, с помощью которого пилот включает режимы и функции управления тягой; - переключатель для включения ВСУТ (на РУД); - переключатель для включения режима ухода на второй круг; - сервопривод; - муфта сцепления РУД, обеспечивающая отключение сервопривода при отключении ВСУТ. Кроме того ВСУТ использует пульт управления, блок сигнализации и пульт состояния/техобслуживания системы ВСУП. Для решения задачи управления тягой система принимает информацию от систем ИНС, СВС, РВ, от двигателя (обороты, расход топлива, отбор воздуха) и от других систем автоматического пилотирования. Вычислительная система самолетовождения (ВСС) обеспечивает самолетовождение по оптимальным траекториям на всех фазах полета в соответствии с заложенным планом полета. Оптимизация может производиться по критериям минимума времени полета, минимальной стоимости, минимального расхода топлива или максимальной дальности полета. Для решения этой задачи ВСС формирует и выдает: - команды траекторного наведения в вертикальной и боковой плоскости - в систему ВСУП; - команды управления скоростью/тягой - в систему ВСУТ; - сигналы отклонения от заданной траектории для индикации пилотам - в систему индикации. ВСС хранит навигационную базу данных и базу характеристик ЛА. Введенный план полета и навигационные данные пролетаемого участка местности (радиомаяки, точки обязательного донесения, аэродромы и т.д.) ВСС передает в систему индикации для построения изображения схематической радионавигационной карты. Другие функции ВСС: - автоматический выбор и настройка бортовых радионавигационных систем на наземные радиомаяки VOR, DME, ILS, MLS, АРК в соответствии с программой полета; - инициализация инерциальных систем перед полетом (установка координат места и магнитного курса);
- расчет расстояния и времени полета до заданной точки пространства; - расчет времени подъема/спуска до заданной высоты; - ввод плана полета, вызов/корректировка введенного плана. В состав системы входят 1-2 вычислителя и 1-2 пульта управления и индикации. При необходимости в состав может включаться и дополнительный накопитель для хранения баз данных. В вычислителе производится вся обработка информации, а при помощи пульта управления и индикации пилот взаимодействует с системой. Для этого пульт содержит экран и кнопочную клавиатуру. С их помощью пилот вводит план полета, производит необходимые настройки и расчеты. Пример исполнения вычислителя и пульта ВСС производства Universal Avionics показан на рис.1.2. Успехи микроэлектроники позволяют в новых ВСС встраивать вычислитель в пульт управления и индикации, не увеличивая габаритов последнего. Для решения своих задач система принимает информацию от систем первичной информации (ИНС, СВС), радионавигационных систем (ILS, VOR, DME), электронного хронометра, а также от других систем автоматического пилотирования (ВСУП, ВСУТ). Системы ВСС нового поколения сопрягаются также со спутниковой навигационной системой, что позволяет обеспечить более высокую точность самолетовождения, чем при использовании одной только ИНС. В перспективе ВСС должна обеспечить 4-мерное самолетовождение, то есть доставку самолета из одной точки пространства в другую в заданное время.
|
