ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА АВТОМАТИЧЕСКОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ
Попытки создания устройств для автоматического управления самолетом были сделаны вскоре же после появления самолета [42]. Эти устройства, получившие название автопилотов, с течением времени совершенствовались и быстро заняли свое место в оборудовании самолета.
Задачи, которые ставили перед собой конструкторы автопилотов, сводились к превращению самолета в стабилизированную платформу, что было необходимо либо для разгрузки летчика от пилотирования при длительных маршрутных полетах, либо для повышения точности бомбометания, либо для обеспечения комфорта пассажиров и т. п. Это направление в развитии автопилотов для самолетов долгое время было и продолжает оставаться основным. На этом пути происходит дальнейшее расширение функций автопилота как автоматического регулятора. Наиболее ярким примером развития этого направления служит создание
в последние годы систем автоматической посадки пассажирских самолетов, где автопилот по сигналам наземных радиомаяков, принимаемых бортовыми радиоприемниками, осуществляет управление самолетом в процессе захода на посадку вплоть до приземления.
С появлением скоростных реактивных самолетов в развитии автопилотов выявилось новое самостоятельное направление. Его началом можно считать установку демпферов рысканья на тяжелых самолетах для повышения недостаточного собственного демпфирования по курсу на больших высотах полета [43].
Особенно остро встала проблема обеспечения нужных характеристик управляемости с появлением сверхзвуковых и гиперзвуковых самолетов. Их характеристики настолько сильно отличаются на различных режимах полета, что для того, чтобы летчик вообще мог управлять таким самолетом, необходима автоматическая система, меняющая его параметры в зависимости от режима полета таким образом, чтобы характеристики управляемости самолета с такой системой оставались бы неизменными [44]. Такие системы в отечественной технической литературе иногда называют системами полуавтоматического управления. В англоамериканской литературе они называются «Stability augmentation systems», что означает системы повышения устойчивости.
По принципу работы эти системы не отличаются от обычных автопилотов, они такие же замкнутые системы автоматического регулирования. Однако различие в целевом назначении определяет и различие в конструкции.
Основным конструктивным отличием автоматических систем улучшения характеристик управляемости от обычных автопилотов является принцип включения исполнительных органов — рулевых машин — в систему управления. В автопилотах, которые осуществляют автоматическое управление без участия летчика, рулевые машины включаются п а — раллельно (т. е. отклоняют и орган управления и рычаг управления одновременно «вместо летчика»),
В автоматических системах улучшения управляемости рулевые машины включаются дифференциально, т. е. так, что отклонение органа управления является суммой отклонения рычага управления и сигнала автоматического устройства (такое включение может быть выполнено, если рулевая машина будет действовать наподобие «раздвижной тяги», встроенной в жесткую механическую проводку управления).
Таким образом, летчик, воздействуя обычным рычагом управления, управляет уже не исходным объектом, а новым, имеющим измененные характеристики динамики.
С появлением вертолетов выяснилось, что они в гораздо большей мере, чем самолеты нуждаются в системах автоматической стабилизации.
Первые автопилоты, установленные на вертолетах, были заимствованы из самолетной практики и предназначались в основном для стабилизации заданного режима полета. Они имели параллельно включенные рулевые машины.
Впоследствии, по мере накопления опыта эксплуатации этих автопилотов, выяснилось, что для вертолета больше подходит другой тип автопилота, стоящий ближе к системам улучшения управляемости. Однако вместе с задачей улучшения управляемости нужно было решать и задачу стабилизации вертолета на заданном режиме полета.
В итоге совершенствования конструкции автопилотов на основе указанных принципов были разработаны совершенно новые специфические автопилоты для вертолетов, представляющие собой, по существу, комбинацию обычного автопилота, выдерживающего заданный режим’ полета, с автоматической системой повышения устойчивости. Подобно системам повышения устойчивости, они используют дифференциально включенные рулевые машины, но в отличие от этих систем способны стабилизировать вертолет на заданном режиме полета.
В дальнейшем на вертолетных автопилотах расширяются их функции как устройств, автоматически управляющих вертолетом (полностью автоматическое выполнение отдельных элементов полета: взлет, заход на посадку, снижение и посадка и т. п.) и повышения их надежности как устройств, улучшающих характеристики управляемости.
В процессе эксплуатации первых автопилотов на вертолетах была в полной мере выяснена важность проблемы безопасности полета с автопилотом. При параллельном включении рулевых машин отказ автопилота может привести к практически мгновенной перекладке управления по какому-нибудь каналу в крайнее положение. Это заставляет вводить специальные устройства, отключающие автопилот при отказе. В случае применения дифференциальных рулевых машин мощным средством повышения безопасности служит ограничение хода рулевой машины. Обычно этот ход составляет 10—25% полного диапазона отклонения органа управления, вследствие чего отказ автопилота приводит лишь к незначительному рывку, который легко парируется при вмешательстве летчика в управление. Однако ограничение хода усложняет работу автопилота как стабилизатора при изменении режимов полета в связи с необходимостью обеспечить установившееся положение штока рулевой машины вблизи нейтрали на различных режимах полета. Для этого применяются специальные меры, описанные ниже.