Законы управления и схемы систем автоматического. управления продольным движением самолета. при посадке

Для выравнивания самолета по экспоненциальной траектории Йеобходимо, чтобы вертикальная скорость снижения самолета ме­нялась в функции высоты полета в соответствии с уравнением

1 Подробно о программном приземлении см. 130].

(3.154 или 3.155). Иначе говоря, эти уравнения определяют задан­ное значение вертикальной скорости, т. е.

По аналогии с предыдущим простейший закон управления сис­темы автоматического управления выравниванием может быть представлен в виде

где tr3 — заданный тангаж;

передаточное отношение по вертикальной скорости;

И — текущая вертикальная скорость самолета.

Часто в закон управления системы вводится член, пропорцио­нальный интегралу отклонения текущей вертикальной скорости от ее заданного значения. Такой закон имеет вид:

К= І% {нз — Й) + — L — (Н3 — Н).

Р

Тогда с учетом (3.156)

Оо =/

или с учетом (3.157)

1а(^+й^-й)+-£-{т + Йп*№>~ й) • (ЗЛ58)

Для реализации этих законов управления необходимо иметь информацию о текущей высоте полета самолета и его вертикаль­ной скорости. Датчиками сигналов высоты полета относительно земной поверхности h служат точные радиовысотомеры, принцип действия которых подробно рассмотрен в гл. 2. Датчики сигналов высоты полета относительно асимптоты Н отсутствуют. Однако та­кую информацию можно получить суммированием сигналов h, по­лучаемых от радиовысотомера, с постоянным сигналом Яас, сни­маемым со специального задатчика.

Сигналы вертикальной скорости формируются путем комплекс­ного использования информации от двух различных датчиков. Ча­ще всего такими датчиками являются или радиовысотомер и аксе­лерометр (датчик вертикальных ускорений), или барометрический высотомер (вариометр) и акселерометр. Во всех случаях сигналы акселерометра используются для компенсации запаздывания сиг­налов вертикальной скорости на фильтрах.

Структурная схема вычислителя выравнивания, использующего информацию радиовысотомера и акселерометра, приведена на рис. 3.85. Здесь сигнал заданной вертикальной скорости Я3 формирует­ся в соответствии с уравнением (3.157). Для этого сигнал текущей

высоты h от радиовысотомера с порцией —суммируется с постоян­ным сигналом Яприз, снимаемым с задатчика вертикальной скорости приземления.

Для формирования сигналов текущей вертикальной скорости Я используются сигналы того же радиовысотомера. Сигналы радио­высотомера дифференцируются, ограничиваются, а затем подаются

на фильтр“—-—Ограничитель ОГР-1 предотвращает формиро­вание сигнала вертикальной скорости, превышающего сигнал нор­мальной скорости снижения по глиссаде. Это необходимо на тот случай, если поверхность земли перед порогом ВПП имеет значи­тельные неровности. При отсутствии ограничителя с выхода диффе­ренцирующего устройства в таких случаях на вход фильтра по­даются большие сигналы. Накапливаясь на фильтре, эти сигналы могут исказить сигналы вертикальной скорости в начальной стадии выравнивания.

Для компенсации запаздывания сигнала вертикальной скорости на фильтре используется сигнал Н, снимаемый с акселерометра. Для исключения постоянной составляющей из сигнала Я, возни­кающей при ft =7^=0, иногда этот сигнал пропускают через изодром — ный фильтр с большой постоянной времени.

Разностный сигнал (Н^—Н) поступает в две цепи. Одна из них формирует сигнал + Другая цепь, содержащая

В результате суммирования этих двух сигналов получается сигнал заданного угла тангажа й3 в соответствии с уравнением (3.158).

Ограничитель ОГР-2 предотвращает выдачу больших сигналов 03 в систему управления. Иногда сигналы Фз пропускаются через ограничитель с несимметричной характеристикой, предотвращаю­щей выдачу в автопилот больших сигналов на пикирование.

В процессе выравнивания на систему самолет—• БСАУ воздей­ствуют различного рода возмущения, приводящие в конечном ито­ге к рассеиванию траекторий выравнивания и точек касания. К ним относятся турбулентность, изменения скорости полета, тяги двига­телей, веса и центровки самолета и др.

Особенностью выравнивания является его кратковременность: длительность выравнивания соизмерима с полупериодом длинно­периодического колебания самолета. Поэтому при выборе переда­точных отношений бортовой системы автоматического управления приходится сталкиваться с противоречивыми требованиями. Для уменьшения рассеивания целесообразно увеличивать передаточные отношения. Однако это может привести к потере устойчивости дви­жения. Уменьшение передаточных отношений увеличивает длитель­ность переходных процессов. Оно способствует рассеиванию траек­торий и точек касания.

Динамика выравнивания значительно улучшается при комби­нированном управлении. В этом случае в вычислитель вводится еще один сигнал, величина которого является функцией времени. На рис. 3.85 цепь этого сигнала U^ показана штрихами. Закон управ­ления при этом приобретает вид:

»з = 4 [-J + "приз — ")+ 4" (т + ^приз-Я) — f 4®» • (3- 159)

Первые два слагаемых правой части уравнения (3.159) форми­руются в замкнутом контуре, а третье — в разомкнутом. Можно считать, что разомкнутый контур обеспечивает движение самолета по программе. Если бы на систему самолет — БСАУ не действовали возмущения, траектория выравнивания была бы близка к некото­рой средней заданной траектории. Заметим, что величина сигнала Uj, подаваемого на вход интегрирующего устройства, определяет угловую скорость заданного угла тангажа и тем самым вид траек­тории движения. Замкнутый контур управления используется для коррекции этой траектории с тем, чтобы в момент приземления са­молет имел заданную вертикальную скорость.

В комбинированной системе управления передаточные отноше­ния замкнутого контура существенно меньше, чем в системе без него. Так, в комбинированной системе управления выравниванием, разработанной фирмой Бендикс для самолетов Боинг-707, переда точные отношения замкнутого контура подобраны такими, чтобы за счет этого контура обеспечивалось немногим более половины по­требного изменения скорости.

Определенный интерес представляет решение вопросов выравнп — вания в системе автоматической посадки, применяемой на самоле­тах «Каравелла». Для общности картины рассмотрим также рабо г продольного канала этой системы в режиме стабилизации на глис­саде. В продольном канале системы (рис. 3.86) используется п: формация от ГРП, радиовысотомера (РВ), датчика вертикальні-и

Рис. 3.86. Упрощенная схема продольного канала системы автоматического управ­ления посадкой самолетов типа «Каравелла»

■скорости, гировертикали (ЦГВ) и датчика угловой скорости (ДУС) ■тангажа.

Сигнал £ с ГРП подается на функциональный потенциометр Яг — радиовысотомера, служащий для уменьшения этого сигнала в за­висимости от высоты полета. Движок потенциометра перемещается ‘ледящей системой, отрабатывающей сигнал, пропорциональный "ысоте полета h. Рабочий участок обмотки потенциометра соответ­ствует высотам 15—200 м. Два других участка (0—15 м и 200— ;750 м) закорочены. Этим достигается получение сигналов, пример­но пропорциональных линейному отклонению АН самолета от глис — ~ады на участке высот 30—200 м. Начиная с высоты 30 м, сигналы

изменялось бы это передаточное отношение при отсутствии кор­рекции сигнала £ по высоте. С помощью электромеханического ин­тегрирующего устройства в вычислителе формируется также сигнал, пропорциональный интегралу отклонения самолета от глиссады.

Потенциометр Пі радиовысотомера вступает в действие с высо­ты 21 м. Последовательно с ним включен потенциометр Я3, поло­жение движка которого устанавливается в зависимости от принято­го смещения асимптоты Яас. Благодаря такой схеме с движка потенциометра Пх снимается сигнал, пропорциональный высоте по­лета относительно асимптоты Я. Заметим, что при h = 0 движок по­тенциометра Пі находится в крайнем положении «О» и с него сни­мается сигнал, пропорциональный Яас. Сигнал заданной вертикаль­ной скорости Н3 формируется в соответствии с уравнением (3.156). В момент приземления расчетное значение Ящ,™ —0,40-^0,45 м/сек.

Для выдачи сигнала текущей вертикальной скорости Н фирмой Лир-Сиглер разработан специальный «вычислитель мгновенной вертикальной скорости». Чувствительными элементами вычислителя являются вариометр, реагирующий на изменение барометрическо­го давления, и акселерометр. Сигналы акселерометра необходимы для компенсации инерционных ошибок вариометра. Информация о текущей вертикальной скорости, получаемая от вычислителя, ис­пользуется также при снижении по глиссаде. Благодаря этому от­падает необходимость в переключениях в схеме при переходе на выравнивание, что является определенным достоинством системы.

В системе предусмотрен режим автоматического ухода на вто­рой круг. При перемещении РУД на режим полного газа включает­ся реле Рь через контакты которого в автопилот подается сигнал на набор высоты с вертикальной скоростью Явк = 3,6 м/сек.