ПРИМЕНЕНИЕ НАВИГАЦИОННОГО. КОМПЛЕКСА ВЕРТОЛЕТА
§ 1. Задачи автоматизации вертолетовождения
Расширение возможностей новых типов вертолетов в решении боевых задач значительно изменяет условия работы экипажа в полете и предъявляет повышенные требования к точности вертолетовождения.
Эти требования могут быть выполнены только при комплексном использовании всех технических средств вертолетовождения, устанавливаемых на современных вертолетах.
Увеличение числа независимых датчиков для измерения различных параметров полета и определения текущих координат вертолета повышает объем информации, обрабатываемой экипажем. Маневренные качества вертолетов требуют высокой оперативности при сборе и обработке информации, выполнении вычислительных и логических операций, необходимых для решения задач вертолетовождения и пилотирования. Кроме того, увеличивается и объем исходных данных для решения навигационных задач, которые экипаж порой не может полностью использовать при ручном способе вычислений. При этом аналитические зависимости заменяются приближенными соотношениями, что приводит к ошибкам в определении места вертолета и решении навигационных задач в целом.
Недостаточное быстродействие человека-оператора при восприятии и обработке информации, малая оперативная память, утомляемость при выполнении однообразных операций в условиях полета, необходимость повышения точности и оперативности принятия решений при пилотировании вертолета—все это вызывает потребность совершенствования процесса управления полетом на основе автоматизации решения задач навигации и пилотирования с использованием вычислительных устройств (ВУ).
Использование ВУ увеличивает скорость и точность вычислительных и простейших логических операций, оперативную память, ускоряет реакцию на внешние сигналы, уменьшает ошибки при повторяющихся действиях.
Решая основную задачу навигации — выход на цель с определенного направления в назначенное время, экипаж вертолета должен управлять процессом вертолетовождения.
При неавтоматизированном процессе вертолетовождения экипаж при подготовке к полету составляет программу полета на земле. Эта программа хранится на карте в виде проложенного маршрута, в бортовом журнале, штурманском плане полета или в памяти членов экипажа.
Для контроля за выполнением программы во время полета экипаж снимает с приборов навигационную информацию о параметрах полета (курсе, скорости, высоте полета, времени и др.), оценивает, преобразовывает ее, определяет фактическое положение вертолета и его режим полета.
Сравнивая фактическое положение вертолета во времени с заданным (запрограммированным), экипаж определяет уклонение от ЛЗП, оставшееся расстояние и время полета до заданной точки. После этого он изменяет режим полета для устранения рассогласования между фактическим положением вертолета с заданным (программным). Следовательно, в процессе неавтоматизированного полета экипажу приходится решать ряд математических и логических операций, связанных с решением задач вертолето — вождения.
При автоматизированном вертолетовождении все вышеперечисленные программные операции, поддающиеся математическому решению, выполняют вычислительные устройства навигационных систем.
Автоматизированные навигационные системы, устанавливаемые на вертолетах, решают значительную часть задачи оптимального управления вертолетом под контролем и управлением экипажа, осуществляющего ответственные, но несложные (в основном логические) операции. Эти системы не заменяют экипаж, а обеспечивают ему осуществление точного и надежного вертолетовождения.
Процесс автоматизации вертолетовождения по маршруту возможен, если его рассматривать как сумму связанных между собой отдельных простых операций, поддающихся математическому или логическому описанию. Выполнение этих операций обеспечивает последовательный вывод вертолета в очередную заданную точку (ИПМ, ППМ, площадку десантирования, КПМ), принадлежащую ЛЗП.
Необходимые параметры для управления полетом по маршруту могут быть получены при рассмотрении способов вывода вертолета в заданную точку.
Вертолет может быть выведен в заданную точку (ЗТ) маршрутным, путевым и курсовым способами.
При маршрутном способе вывода вертолета в ЗТ (рис. 10.1) параметрами управления являются линейное боковое уклонение (г) и оставшееся расстояние до заданной точки S3T. При автоматизированном полете эти параметры могут определяться в одной из двух систем координат.
В первой системе ось S совпадает с линией заданного пути, а ось Z направлена перпендикулярно к ней. Началом отсчета является заданная точка. В этой системе координат автоматизировано
Рис. ЮЛ. Ц расчету параметров маршрутного способа вывода вертолета в заданную точку |
только формирование управляющего сигнала при полете по ЛЗП, принцип выработки которого рассмотрен в § 6 главы 10. Первоначальное определение направления для полета в ЗТ выполняет экипаж.
В другой системе координат боковое уклонение z и расстояние 5ЗТ выражаются через координаты ЗТ х3 и y3i счисленные координаты вертолета х и у и заданный путевой угол (З3 этого этапа по формулам: ^
(ЮЛ)
В этом случае управляющие параметры определяются в вычислительном устройстве по вычисляемым непрерывно текущим координатам и по координатам ЗТ и р3, введенным в ВУ вручную.
В путевом способе (рис. 10.2) параметрами управления являются угол доворота вектора путевой скорости УД и даль-
х:^Х
Рис. 10.2. К расчету параметров путевого способа вывода вертолета в задан-
ную точку
ность до заданной точки Д3т. При УД = 0 полет будет происходить по кратчайшему расстоянию. По известным текущим координатам вертолета и координатам заданной точки можно определить пеленг заданной точки Пзт и ее дальность и рассчитать угол доворота с учетом угла сноса по формулам:
Пзт = arctg ———;
Уз — У
Дзт =V(x3- х)2 +| (у3 — у)2;
УД = Пзт — к — УС.
Рассчитанные в ВУ дальность и угол доворота индицируются на приборах для определения направления полета в ЗТ. Выдер
живание этого направления осуществляется вручную или с помощью автопилота.
В курсовом способе (рис. 10.3) параметрами управления являются курсовой угол заданной точки КУзт и дальность до нее Дзт. По известным текущим координатам и координатам заданной точки рассчитывается ее пеленг и дальность по формулам (10.2), а курсовой угол определяется по формуле
КУзт=Язт —К. (Ю. З)
Текущие значения параметров управления определяются вычислительными устройствами и передаются на индикаторы или в автопилот для выработки сигналов управления вертолетом.
Рис. 10.3. 1 расчету параметров курсового способа вывода вертолета в заданную точку |
Все указанные способы предполагают непрерывное знание текущих координат вертолета, которые определяются в основном счислением пути.
Однако точность счисления текущих координат вертолета с увеличением пройденного расстояния ухудшается. Поэтому для обеспечения необходимой точности полета по маршруту требуется периодически или непрерывно определять координаты вертолета более точными средствами и производить коррекцию (исправление) счисленных координат.
Таким образом, при автоматизированном вертолетовождении должны автоматически вестись счисление пути, коррекция счисленных координат, определение параметров управления для вы-: вода вертолета в заданную точку и передача их в устройства управления, индикации и сигнализации.
Процесс автоматизации в настоящее время идет по пути создания навигационно-пилотажного комплекса вертолета (НПК), состоящего из навигационного комплекса вертолета (НКВ) и системы автоматического управления (САУ) или пилотажного комплекса вертолета (ПКВ).
Совокупность конструктивно связанных между собой навигационных средств различных принципов действия, обеспечивающих измерение, сбор и обработку навигационной информации для вывода вертолета в заданную точку, называется навигационным комплексом вертолета.
Система автоматического управления служит для преобразования навигационной информации, вырабатываемой вычислительным устройством, в сигналы управления вертолетом по крену и тангажу. Она обеспечивает стабилизацию высоты, скорости и заданного путевого угла.
Пилотажный комплекс вертолета представляет собой группу бортовых устройств, предназначенных для автоматического, полуавтоматического и ручного управления вертолетом при взаимодействии летчика и НКВ. Взаимодействие НКВ и ПКВ состоит в том, что на основе вырабатываемой в НКВ навигационной информации в ПКВ формируются командные пилотажные сигналы, реализуемые в системе автоматического управления или в командно-пилотажных (директорных) приборах.