Автоматическое управление полетом самолетов
Технический прогресс в области автоматического управления полетом самолетов потребовал нового подхода к изучению авиационного оборудования. Это явилось причиной существенного изменения ряда курсов учебных дисциплин в вузах гражданской авиации и коренной переработки методического материала согласно новым учебным планам.
Учебник написан в соответствии с новой программой учебной дисциплины. В нем изложены основы теории автоматического управления полетом, принципы действия и особенности технической реализации различных средств автоматического управления.
В разделе I рассмотрен самолет как объект управления. Изложены основные положения динамики управления полетом, математические модели пространственного движения самолета, динамика продольного и бокового движения. В разделе II рассмотрены вопросы автоматизированного управления полетом: управление рулями, демпфирование колебаний по угловым параметрам, улучшение устойчивости и управляемости, управление аэродинамическими силами. В разделе III рассмотрены вопросы автоматического управления полетом: стабилизация и управление угловым положением, управление траекторным движением на маршруте, при заходе на посадку, на взлете и при посадке.
Учебник имеет двухуровневую структуру, что позволяет изучать материал по двум уровням обучения. Первый уровень обучения позволяет познакомиться с основными принципами автоматизации управления полетом. Для этого не требуется глубокой математической подготовки. Второй уровень обучения предусматривает углубленное изучение математических моделей автоматического управления движением самолета.
Авторы выражают искреннюю признательность С. А. Арнольд, подготовившей рукопись к изданию. Ценные советы и конструктивные предложения профессора, доктора технических наук Г. П. Чигина и доктора технических наук А. В. Майорова позволили существенно повысить качество учебника.
В 1914 г. на Всемирной выставке в Париже был зарегистрирован первый официальный полет самолета с автоматическим управлением. Пролетая над изумленной публикой на высоте 100 м, пилот высунулся из кабины, подняв руки над головой. Успех был достигнут благодаря электрогироскопическому стабилизатору, обеспечивающему неподвижное положение в пространстве небольшой площадки. Отклонение самолета относительно этой площадки немедленно фиксировалось и выправлялось при помощи пневматических рулевых машинок, связанных с органами управления. Таким образом самолет удерживал определенное угловое положение относительно Земли. Так было положено начало практической автоматизации управления полетом самолетов.
Необходимость автоматизации управления полета самолетов первоначально была обусловлена их недостаточной устойчивостью и управляемостью. Полет на таких самолетах требовал высокой техники пилотирования. Использование автоматических средств стабилизации самолета по крену и тангажу облегчало труд пилота и делало полет менее опасным. По мере увеличения продолжительности и дальности полетов возникла потребность разгрузить экипаж от утомительных и однообразных функций стабилизации самолета не только по крену и тангажу, но и по курсу.
В 1920 г. был сконструирован автопилот с гироскопическим чувствительным элементом крена и тангажа-прототипом современных авиагоризонтов и гировертикалей, а также с курсовым гироскопом-прототипом гирополукомпаса. Первый отечественный автопилот АВП-1 бьш разработан в 1932 г. Принципиальным был переход от пневматических рулевых машин к электрическим и электрогидравлическим.
Последующее развитие, автопилотостроения привело к созданию прототипа всех современных отечественных автопилотов и систем автоматического управления — автопилота АП-5. Этот автопилот устанавливался на самолеты Ил-12, Ил-14, Ил-18, Ту-104, Ту-124. Затем на смену АП-5 пришел АП-6. На Ту-114 устанавливался АП-15. До настоящего времени около 40 лет эксплуатируется на самолете Ан-24 автопилот АП-28, На самолете Як-40 установлен АП-40. Автоматизация управления вертолетами осуществляется автопилотом АП-34 и его модификациями.
На ранних этапах развития авиационной техники вождение самолетов по заданной траектории осуществлялось простейшими визуальными методами навигации путем наблюдения за наземными ориентирами. Развитие инструментальных методов навигации позволило осуществить автоматическое управление полетом самолетов в крейсерском полете по маршруту. 4 —
Повышение требований по безопасности и регулярности полетов потребовало автоматизации процессов пилотирования на таких сложных участках полета, как заход на посадку, посадка и взлет. Это привело к созданию сложных, многофункциональных и многорежимных систем автоматического управления полетом.
На самолетах Ил-18 и Ту-134 были установлены бортовые системы управления заходом на посадку БСУ-ЗП. Самолет Ил-62 управляется с помощью САУ-1Т-62. На самолете Ту-154 автоматическое управление полетом обеспечивается АБСУ-154, прошедшей целый ряд модификаций. На смену БСУ-ЗП на самолете Ту-134 пришла АБСУ-134. Дальнейшее развитие системы САУ-1Т позволило установить ее на самолет Ил-86 в соответствующей модификации. Автоматическое управление самолетом Як-42 осуществляется с помощью САУ-42. .
Новый этап развития САУ характеризуется ужесточением требований к их точности и цадежноети, переходом на цифровую схемотехнику вычислителей, дальнейшим углублением комплексирования, стандартизации. Это реализуется в базовом комплексе стандартного цифрового пилотажно-навигационного оборудования самолетов Ил-96, Ил-114, Ту-204, Ту-334. Составными элементами комплекса являются цифровые САУ.
За 80 лет развития автоматические средства управления полетом самолетов прошли путь от простейшего пневматического автопилота до сложнейшей цифровой САУ. Научно-технические проблемы автоматического управления полетом самолетов всегда были и остаются поныне кардинальными проблемами развития авиации.