Электрическая система дистанционного управления без резервной механической системы

Переход на “чисто” электрическое дистанционное управление (без механической проводки управления) стал возможным благодаря достижению высокого уровня надежности электрических систем, соизмеримого с уровнем надежности механической системы управления. На основе применения совершенной элементной базы, эффективных методов резервирования, глубокого контроля состояния системы, надежного электропитания можно обеспечить сохранение работоспособности СДУ при практически любых возможных отказах ее элементов и взаимодействующих подсистем.

Как уже упоминалось, основное достоинство СДУ состоит в том, что она позволяет достаточно легко сформировать любой закон управления и при необходимости его модифицировать без существенных материальных затрат. Например, известно, что летчик управляет самолетом в соответствии с общепринятой техникой пилотирования, основанной на устойчивом объекте пилотирования. Этот стереотип должен быть сохранен и при неустойчивом объекте. Это позволяет сделать автоматическая система, которая с учетом команд летчика формирует нужный сигнал управления самолетом.

Следует отметить, что как и при механической системе управления (МСУ) с устройствами автоматизации, так и при СДУ на неустойчивом самолете команда летчика подвергается существенней коррекции с учетом характеристик самолета. Эта операция может быть проще решена в рамках СДУ, чем в МСУ, посколько в последней необходимо механическое суммирование сигналов летчика и исполнительных устройств автоматики.

На основе СДУ (без механической системы) могут быть получены следующие преимущества:

—улучшены динамические характеристики системы управления благодаря исключению механической проводки большой протяженности, как несовершенного средства передачи сигналов управления (люфты, трение, упругость, инерционность);

—улучшены характеристики управляемости по усилиям вследствие существенного уменьшения сил трения в системе. Уровень усилий в СДУ без механической системы позволяет применить в качестве рычагов управления боковые ручки или другие небольшие рычаги управления, что практически невозможно сделать при наличии резервного механического управления;

—существенно может быть расширен диапазон режимов полета, который ограничивался возможностями МСУ в обеспечении характеристик управляемости (например, при неустойчивом самолете);

—при переходе к аэродинамически неустойчивым компоновкам или компоновкам с малыми запасами устойчивости (т£*~ 0) может быть получен выигрыш в весе конструкции самолета;

—СДУ является хорошей основой для комплексирования автоматических систем, для осуществления требуемой координации в

www. vokb-la. spb. ru — Самолёт своими руками?!

отклонении имеющихся на самолете органов управления с целью получения максимального эффекта при управлении самолетом (например, для управления вертикальной и боковой силами), для проведения реконфигурации системы управления в случае отказов части поверхностей управления, направленной на сохранение требуемого уровня характеристик управляемости в условиях отказов, и т. д.

Первые СДУ были аналоговыми (АСДУ). По мере развития цифровой техники аналоговые системы все больше вытесняются цифровыми (ЦСДУ), которые имеют более широкие возможности в решении задач, связанных с пилотированием самолета, в реализации сложных законов управления, в осуществлении многорежимного управления (изменение форм движения простым нажатием кнопки), в обеспечении более высокой точности пилотирования, в более глубокой’ и эффективней организации контроля системы и обмена данными и

Т. Д.

Однако слаботочные электронные системы, выполняющие важные с точки зрения безопасности полета функции, к которым как раз и относится СДУ, потребовали поиска путей обеспечения их высокой надежности при различных видах отказов каналов. Практика показала, что в таких системах возможны так называемые отказы общего типа (множественные или лавинные отказы), которые обычно не обнаруживаются системой контроля. Их возникновение во многом связано с наличием скрытых общих точек между каналами на различных уровнях (датчики, вычислители, системы контроля, системы питания и т. д.), а также их чувствительность к внешним и локальным электромагнитным воздействиям.

Эти особенности в известной мере сдерживали внедрение на пассажирских самолетах “чисто” электрической дистанционной системы. В связи с внедрением цифровой техники в системы управления добавились еще проблемы, специфичные для таких систем. Как известно, надежность цифровых систем определяется как аппаратурной надежностью, так и надежностью программного обеспечения (ПО). При этом для создания надежных средств ПО требуются не меньшие усилия и материальные з’атраты, чем при

обеспечении аппаратурной надежности. В связи с этим при применении цифровых систем управления часто для повышения надежности управления используют прямые методы резервирования как программного обеспечения, так и всей цифровой системы (например, использование аналогового резерва). Такие меры осуществлены, например, на самолетах А320, Ту-204.

Подверженность СДУ, в силу своей природы, электромагнитным воздействиям требует принятия специальных мер по их защите. Эффективность этих мер должна быть подтверждена на специальных установках, воспроизводящих возможные электромагнитные воздействия. К сожалению, эти испытания практически должны проводиться уже на самолете с установленным оборудованием, когда внесение изменений в конструкцию в случае неблагоприятных результатов испытаний может быть связано с большими сложностями.

Поэтому в последнее время приобретают все большую актуальность работы по созданию электронных систем с повышенной помехозащищенностью. В частности, к таким системам, как указывалось ранее, относятся СДУ на основе волоконно-оптических линий связи. Через эта связи производится обмен данными между различным оборудованием расположенным в различных местах самолета.

На рис.7.25 показана структура СДУ без резервной механической системы управления, которая включает в себя датчики положения рычагов управления и датчики параметров полета {coz, щ, а…), вычислители СДУ, рулевые приводы интегральной компоновки, системы электрического и гидравлического питания. Обмен информацией между этими устройствами осуществляется по цифровым мультиплексным шинам. До поступления сигналов на шину от каждого устройства (датчики, вычислители, приводы) осуществляется, оперативный контроль состояния этих устройств с использованием различных методов контроля, включая контроль с применением мажоритарных элементов, которые одновременно осуществляют синхронизацию сигналов каналов (в данном случае предусматриваются три основных уровня контроля системы-после датчиков, вычислителей и приводов). В случае применения волоконно­оптических линий связи устройства СДУ должны иметь преобразователи электрических сигналов в световые и обратно в электрические. Для исключения полного отказа СДУ из-за отказа общего типа каждый вычислитель выдает управляющий сигнал только в одну конкретную шину, а получает информацию от всех шин, используемую для контроля. Кроме того, каждый вычислитель состоит из 3-х независимых каналов. Каждый канал вычислителя отличается типом используемого процессора и языком высокого уровня для создания ПО. Всего таких вычислителей три. Все эти меры направлены на обеспечение высокой надежности (вероятность отказа 1 ’ 10-9…1 * 10“10 на час полета) и исключение отказов общего типа. Если по каким-либо причинам система контроля вычислителей “пропустит” ложную информацию на шину, то эта информация будет локализована рамками одной шины. Взаимодействие рулевых приводов с цифровыми шинами управления осуществляется через блоки управления и контроля (БУК) приводов, которые выполняют многочисленные функции. Эти функции БУКов будут рассмотрены ниже.

Для обеспечения требований к надежности управления и безопасности полета СДУ без резервной механической системы должна иметь 3-х—4-х кратный уровень резервирования, при котором сохраняется работоспособность системы, как минимум, после двух последовательных отказов ее каналов.

Для обеспечения безопасности полета, особенно на этапе отработки сложных цифровых СДУ (имеющих ограниченные ресурсы по быстродействию вычислителей и программному обеспечению) бывает оправданным применение совместно с ЦСДУ автономной резервной аналоговой СДУ, имеющей свои датчики, вычислители и линии связи. Подключение аналоговой СДУ к рулевым приводам в случае отказа ЦСДУ осуществляется через БУКи приводов.

Учитывая, что надежная работа ЦСДУ непосредственно зависит прежде всего от надежности систем электро-гидропитания и системы воздушных сигналов (СВС),эти взаимодействующие с ЦСДУ системы должны иметь также соответствующий уровень резерви­рования, обеспечивающий сохранение работоспособности ЦСДУ при

указанном числе отказов. Принципы построения надежней системы энергопитания ЦСДУ рассмотрены в разделе 7.3.