БЕЗОПАСНОСТЬ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОЛЕТА

§ 1. БЕЗОПАСНОСТЬ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОЛЕТА

Понятие о критической ситуации. Условия обеспечения
безопасности автоматического полета

Современные автопилоты (бортовые системы автоматического управления полетом) обеспечивают управление самолетом в боль­шом диапазоне режимов полета от набора высоты до захода на по­садку. Такое широкое использование автопилотов предъявляет очень высокие требования к их надежности. Удовлетворение этих требо­ваний достигается путем применения высоконадежных схем, эле­ментов и конструкций, высоким уровнем производства и контроля, систематическим техническим обслуживанием во время эксплуата-

227

щи. Однако создание абсолютно надежных автопилотов принци — іиально невозможно. В связи с этим возникает необходимость рас — мотреть вопрос о последствиях возможных отказов автопилотов, а акже проанализировать методы повышения безопасности полета іри появлении наиболее опасных отказов автопилота.

Естественно, что наиболее опасными являются такие отказы, которые вызывают отклонение рулевыми машинками автопилотов оправляющих поверхностей самолета (руля высоты, элеронов, руля управления), поскольку при этом может возникнуть критическая (опасная) ситуация. Под критической ситуацией понимается іьіход самолета на недопустимые углы атаки, большие перегрузки іу и числа М, возникновение значительных кренов, сильного сколь — кения, нарушение нормальной работы двигателей и т. п. Для ре — кима захода на посадку также недопустимы отказы, приводящие х значительной потере высоты.

В случае возникновения неисправности в автопилоте, приводя — цей к отклонению управляющих поверхностей, летчик, разумеется, зыключит или пересилит (а потом и выключит) неисправный авто — іилот и начнет выводить самолет в режим нормального полета, однако это потребует некоторого времени. Назовем время, необхо­димое летчику для выявления факта неисправности и вывода са­молета в исходное или другое неопасное положение, потребным временем Тп. Оно может быть условно разбито на три составляю­щие[24].

1. Время восприятия отказа Оно уходит у летчика на то, чтобы заметить появление отказа автопилота (например, резкого отклонения органов управления) или отклонений от исходного ре­жима полета (например, изменений высоты или скорости полета, перегрузки; появлений или изменений крена, скольжения и др.). Чем значительнее эти отклонения и чем быстрее они нарастают, тем скорее летчик их замечает. Опыт показывает, что наиболее быстро летчик выявляет отказы, приводящие к изменениям пере­грузки. Вместе с тем в летной практике были зарегистрированы случаи отказов автопилота, когда параметры движения самолета изменялись весьма медленно. В этих случаях летчик замечал не­нормальность протекания полета, когда эти параметры уже суще­ственно отличались от исходных (например, крен самолета превы­шал 40—50°).

Если появление отказа в автопилоте сопровождается выдачей сигнала, то tn — время восприятия сигнала. Очевидно, что время восприятия сигнала тем меньше, чем более эффективны сигналь­ные средства.

Время восприятия появления отказа и, в частности, время вос­приятия сигналов зависит от психофизиологического состояния эки­пажа, степени его загрузки на данном этапе полета. С одной сторо­

ны, во время маршрутного полета, длящегося — несколько часов, летчик не может постоянно также внимательно следить за парамет­рами движения самолета, как он это делает во время относительно коротких этапов взлета и посадки. С другой стороны, при взлете и посадке общая нагрузка экипажа резко увеличивается. В делом на этапах взлета и посадки время восприятия меньше, чем на этапе маршрутного полета.

2. Время осмысливания, включая время принятия решения, t0. Оно зависит от объема и характера информации, получаемой летчи­ком для осмысливания. Если проявления последствий отказа харак­терны, то время осмысливания уменьшается. То же происходит, ес­ли экипаж получил соответствующую тренировку по выявлению и устранению отказов. Применение сигнализации ускоряет процесс осмысливания и выработки решения. В ряде автопилотов имеется сигнализация, указывающая, какой элемент отказал, например вы­дается сигнал «Отказ ЦГВ», «Отказ продольного канала». В этом случае летчик не получает информацию о характере нарушения ис­ходных параметров движения. Такую задачу помогает решать сиг­нализация, указывающая на достижение самолетом опасных режи­мов («Крен велик», «Скорость велика» и др.).

Заметим, что подобная сигнализация полезна и при ручном пилотировании. Весьма целесообразно для уменьшения времени t0 выдавать летчику сигнал-команду, указывающую, какие действия он должен предпринять в данной ситуации.

3. Время активных действий ід. Оно включает также время воз­вращения самолета в исходное или допустимое состояние. Даже после начала активных действий летчика самолет может еще неко­торое время продолжать уходить от исходного режима полета. Так, имея в момент вмешательства летчика некоторую вертикальную скорость снижения, самолет будет продолжать терять высоту, хотя летчик уже отклонил руль высоты вверх, стремясь восстановить исходный горизонтальный режим полета. Очевидно, что время ак­тивных действий зависит от тренированности экипажа по устране­нию создавшейся аварийной ситуации. Следует иметь в виду, что в ряде случаев при выводе самолета из такой ситуации летчик не должен допускать больших отклонений органов управления. Напри­мер, если вследствие отказа в продольном канале автопилота са­молет вышел на недопустимо большое число М, то, отклонив руль высоты на большой угол вверх, летчик рискует вывести самолет на недопустимо большой угол атаки.

Итак, Тп=ів + і04-іл.

Часто под потребным временем понимают промежуток времени от начала заметного проявления отказа автопилота или нарушения исходного режима полета до начала активных действий экипажа. Будем такое потребное время обозначать через Тп*. Тогда

“<в + *о-

Время Гп зависит от большого числа факторов и может варьи — ваться в широком диапазоне. В настоящее время отсутствуют на — жные методы расчета потребного времени, поэтому оно опреде — ется экспериментальным путем для каждого расчетного случая, отношении времени Гп* принято считать, что для маршрутного лета оно составляет 5 сек, а для взлета и посадки — 3 сек (иногда же меньше). Обозначим через Гр время, которым располагает ипаж с момента появления заметных признаков отказа автоли­за до момента возникновения критической ситуации.

Располагаемое время определяется характером отказа автоли­за и зависит от устойчивости и управляемости самолета. В связи последним оно оказывается сильно зависимым от режима полета, і котором произошел отказ.

Очевидно, что условие обеспечения безопасности полета при »зможных отказах автопилота может быть записано в виде

ТП<ТР. (4.1)

В тех случаях, когда оказывается, что это условие не удовлет — іряется, принимают специальные меры по обеспечению безопас — )сти полета при отказах автопилота. Суть их сводится в конечном юге к удовлетворению соотношения (4.1) за счет уменьшения >емени Гп и увеличения времени Гр.

Рассмотренный принцип оценки безопасности полета при отка — х в автопилотах может быть распространен и на командные пи — зажные системы. Как уже указывалось ранее, при управлении по змандному пилотажному прибору летчик стремится удержать шандные стрелки в нулевом положении. При этом предполагает — [, что летчик подобно автопилоту выполняет «готовые» команды на їздание крена и тангажа, не стремясь понять, правильно ли они формированы. Поэтому, получив неправильную команду от неис — завной командной пилотажной системы, летчик будет выполнять і (разумеется, если она не является очевидно неправильной) до їх пор, пока не заметит ненормальности протекания полета.

Пилотируя по командному прибору, летчик вынужден уделять лу большое внимание, что снижает его возможности наблюдать за жазаниями других приборов. Заметим, что в автоматическом по­зе летчик, освобожденный от необходимости непосредственно іравлять самолетом, имеет больше возможности для наблюдения анализа показаний ряда приборов. Поэтому во многих случаях эи возникновении неисправности в командной пилотажной системе эемя tB при ручном управлении больше, чем при автоматическом элете, когда командные стрелки удерживаются в нулевом поло — ;ении автопилотом.

Время активных действий при ручном пилотировании оказы — ается меньшим, чем в автоматическом полете, поскольку в пер — эм случае летчик включен в контур управления самолетом.

До сих пор возникновение критической ситуации мы связыва — и с выходом самолета на опасные эволюции вследствие отклоне-

І0

ния управляющих поверхностей самолета неисправным автопило­том. Отказы автопилота такого типа часто называют активными. Активные отказы, сопровождающиеся большими и быстрыми от­клонениями управляющих поверхностей самолета, получили назва­ние быстрых, или резких, отказов. Однако на этапах захода на по­садку и посадки критическая ситуация может возникнуть и при появлении других неисправностей.

Допустим, что в бортовой системе автоматического управления произошел отказ вычислителя, формирующего траекторные сигна­лы. Например, резко изменилось передаточное число по сигналу производной отклонения от заданной траектории. В таком случае самолет не выйдет на опасную эволюцию. Вместе с тем директор — ный и автоматический заход на посадку могут стать невозможны­ми. Если при этом метеорологические условия на аэродроме тако­вы, что без использования средств автоматики точный заход на по­садку не гарантирован, а запас топлива не позволяет уйти на запасной аэродром, то возникает критическая ситуация.

Отказы такого типа часто называют пассивными, или мед­ленными, отказами.