СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОЛЕТОМ
С развитием авиации все более широкое применение находят устройства, осуществляющие автоматическое управление полетом.
Потребность в автоматическом управлении полетом возникла в связи с необходимостью облегчить труд пилота при длительных полетах и обеспечить высокую точность выдерживания заданных
характеристик полета. При современных скоростях полета, вследствие ограниченных возможностей человека, быстрая реакция и точная координация действия могут быть обеспечены только средствами автоматики.
Устройства для автоматического выполнения отдельных операции по управлению полетом появились по существу вместе с самолетом. По мере развития самолетостроения, роста скоростей, высот и дальностей полета росли и развивались средства автоматического управления режимами полета.
Любой режим полета характеризуется рядом параметров: высотой, скоростью, углами крена, тангажа, отклонения от заданного направления полета (угол рыскания), атаки, скольжения, наклона траектории, линейными отклонениями от траектории и т. д. Названные параметры можно разделить на две группы:
1) характеризующие угловые движения самолета относительно его центра масс;
2) определяющие движения самого центра масс самолета. Следовательно, и управление полетом складывается из управления Движением самолета вокруг центра масс и управления движением центра масс.
Под автопилотом понимают устройство, осуществляющее автоматическое управление тем или иным движением летательного аппарата.
Под понятием «управление» следует различать стабилизацию заданного значения того или иного параметра режима полета (режим стабилизации) и изменение этого параметра по заданному закону или произвольно (режим управления).
В настоящее время широкое применение нашли автопилоты, осуществляющие управление в основном угловыми движениями. В режиме стабилизации они поддерживают заданные значения углов крена, тангажа, рыскания заданную высоту полета и курс.
В режиме управления автопилот позволяет осуществлять координированный разворот, набор высоты или снижение, приведение самолета к горизонту и т. д.
Следует отметить, что стабилизация угловых положений самолета не обеспечивает стабилизации траектории его движения, так как изменение траектории полета может произойти и без изменения углов, на которые реагирует автопилот.
Так же как летчик при ручном управлении, автопилот воздействует на рули самолета. Руль высоты вызывает появление момента Мг и вращение самолета относительно поперечной осп Z. Элероны вызывают поперечный крен, т. е. появление момента Мх и поворот самолета относительно продольной оси X, а при крене самолет обязательно будет совершать вращение вокруг вертикальной оси У. Руль направления создает момент Му я вызывает вращение самолета относительно вертикальной оси У, а разворачивающийся самолет имеет тенденцию к крену и вращению относительно оси X.
В соответствии с тремя органами управления, автопилот содержит три канала: тангажа, крена и курса.
Структура каналов современных автопилотов в основном одинакова, а всякого рода различия обусловлены особенностями их конструктивного решения.
На рис. 225 изображена в общем виде блок-схема одного канала автопилота как стабилизатора углового положения самолета (вертолета). Здесь 0* угол тангажа о; у — Угол крена; Ч-— курс самолета; 0г и — скорость и ускорение изменения этих параметров. Структурно каждый автопилот (канал автопилота) можно рассматривать состоящим из двух частей — сервопривода автопилота и датчиков сигналов управления. Сервопривод включает в себя сумматор сигналов 2, усилитель УС, исполнительный механизм ИМ (рулевая машина РМ) и обратную связь ОС.
По характеру обратной связи сервоприводы, а следовательно, и автопилоты бывают: с жесткой обратной связью, со скоростной обратной связью и с изодромной обратной связью.
В автопилотах с жесткой обратной связью в установившемся режиме, после того как переходный процесс закончится, положение управляющего органа б (например, угол руля) пропорционально величине сигнала на входе в сервопривод.
В автопилотах со скоростной обратной связью величина сигнала на входе в сервопривод пропорциональна скорости изменения координаты управляющего органа (например, скорости перекладки руля).
Изодромные автопилоты в переходном режиме ведут себя как автопилоты со скоростной обратной связью, а в установившемся режиме — как автопилоты с жесткой обратной связью.
По роду потребляемой сервомотором энергии автопилоты делят на электрические, гидравлические и пневматические.
В качестве датчиков сигналов стабилизации угловых положений самолета применяются трехстепенные гироскопы (ДПС —
|
Рис. 225. Структурная схема одного канала автопилота: 2 — сумматор сигналов; УС — усилитель; ИМ fPM) — исполнительный механизм (рулевая машина); ДПС — датчик позиционных сигналов; ДДС—датчик демпфирующих сигналов; ЗСУ — задатчик сигналов управлення; ОС — обратная связь; —регулируемый параметр полета; и —скорость и ускорение изменения параметра ©j |
датчики позиционных сигналов), позволяющие измерять углы отклонения самолета от заданного направления, скоростные и ускорительно-скоростные гироскопы (ДДС — датчик демпфирующих сигналов), измеряющие скорости и ускорения изменения этих углов.
Структура сигналов управления (закон управления) и их порции (передаточные числа) выбираются таким образом, чтобы обеспечить максимальную точность управления при сохранении устойчивости системы.
Задатчики сигналов управления (ЗСУ) разделяются на задатчики по положению (когда положению задатчика соответствует угол наклона самолета) и задатчики по скорости (когда, положению задатчика соответствует скорость вращения самолета).
Широкое применение на новых самолетах получили демпферы и автоматы устойчивости, которые повышают собственную устойчивость самолета.
Эти устройства работают и при ручном управлении самолетом, осуществляя демпфирование колебаний посредством отклонения руля по сигналам угловой скорости самолета.
Центральное место в оборудовании современных самолетов стали занимать комплексные системы автоматического управления полетом, которые объединяют автоматизацию функций пилотирования и навигации.