Совмещенное управление (управление через САУ)
При все увеличивающейся автоматизации управления современного пассажирского самолета на всех этапах полета от взлета до посадки решение проблемы рационального сочетания режимов штурвального (ручного) и автоматического управления заключается в использовании совмещенного управления, при котором обеспечиваются:
—автоматическое управление самолетом на всех режимах полета;
—поканальный переход с режима автоматического управления на штурвальное при вмешательстве пилота в управление посредством перемещения рычага управления;
—восстановление режима автоматического управления после окончания вмешательства летчика в управление самолетом;
—сохранение для летчика динамического стереотипа ручного управления.
Последнее свойство очень важно в условиях использования автоматического управления на всех режимах полета при внезапной необходимости быстрых и четких действий летчика при переходе на ручное управление (например, для осуществления экстренного снижения самолета при разгерметизации кабины и т. д.).
Режим совмещенного управления, когда в управлении одновременно участвуют и летчик и система автоматического управления (САУ), дает определенное улучшение характеристик как штурвального так и автоматического управления. Улучшение характеристик штурвального управления обеспечивается стабилизацией самолета через САУ после окончания вмешательства летчика в управление; при этом от летчика не требуется затрат энергии на поддержание заданного режима полета или задействование режима автоматической стабилизации через пульт управления САУ. Более того, при вмешательстве летчика в какой-либо отдельный канал управления в других каналах сохраняется автоматическое управление заданного для них режима, т. е. реализуется принцип разделения каналов, которое соответствует наиболее рациональному способу управления. Совмещенное управление позволяет обеспечить, например, продольное управление летчиком при автоматической стабилизации бокового движения, или координированный разворот при управлении штурвалом только по крену, или плоские развороты при перемещении только педалей. Совмещенное управление позволяет примерно в 2 раза уменьшить объем работы летчика при выполнении типовых маневров (смена эшелона, выпуск закрылков, выход из планирования, разворот самолета, смена эшелона с изменением курса и т. д. рис. 8.43).
штурвальное
управление
совмещенное
управление
В настоящее время на большинстве самолетов реализован режим совмещенного управления угловым движением самолета. В этом режиме осуществляется автоматическая стабилизация того углового положения самолета, которое имело место на момент окончания вмешательства летчика в управление. Так в продольном канале стабилизируется угол тангажа, а в поперечном канале-угол крена или курса. Если в момент окончания вмешательства летчика в управление поперечным каналом угол крена мал, то есть І у I <7 пор., то осуществляется стабилизация угла курса, в противном случае стабилизируется угол крена.
Режим совмещенного управления в соответствии с рекомендациями ARINC 701 "Автоматическая система управления полетом” [б] является одним из режимов этой системы.
В результате пульт САУ не содержит поканальных включателей режимов стабилизации углов тангажа и крена а также задатчиков этих параметров (строевых ручек). Включение САУ есть включение режима совмещенного управления, а задание углового положения осуществляет летчик путем естественного управления самолетом через рычаг управления.
Несколько отличный подход к этому режиму был в свое время развит В. Я.Вороновым. Режимы автоматической стабилизации,
используемые при совмещенном управлении, были реализованы в рамках автоматизированной системы штурвального управления (АШУ). Причем перечень используемых режимов был значительно более широким; кроме режимов угловой стабилизации использовались режимы стабилизации высоты, приборной скорости и даже стабилизации самолета на глиссаде.
Реализация режима совмещенного управления угловым движением как функции системы улучшения устойчивости и управляемости актуальна и в настоящее время и рассматривается в некоторых перпективных проработках.
Для реализации совмещенного управления необходимо:
—определить моменты начала и окончания вмешательства летчика в управление самолетом;
—отключить (снять) или преобразовать режим автоматического управления с целью. обеспечения летчику на время вмешательства традиционного стереотипа управления;
—по окончании вмешательства задействовать режим автоматической стабилизации.
В зависимости от схемы подключения или задействования САУ можно выделить два основных пути решения вышеперечисленных задач. Различают два способа отработки сигналов САУ.
Параллельный, при котором командный сигнал САУ отрабатывается всем трактом управления, т. е. и аэродинамическим органом и рычагом управления. Так реализованы практически все САУ современного парка пассажирских самолетов (за исключением, например, Ту-154, Ту-204, А320). Здесь рулевая машинка САУ параллельно подключается к механической проводке, либо для отработки сигналов САУ используется параллельно подключенная рулевая машинка системы автоматической загрузки (САЗ).
При такой реализации при включенной САУ летчик может переместить рычаги, только пересилив муфту сцепления, или, создав усилие, большее зоны нечувствительности по сигналу усилия, предусмотренной в вычислителе системы автоматической загрузки. Поэтому распознавание вмешательства летчика в управление основывается на анализе сигнала усилия, прикладываемого им к рычагу управления. Измерение усилий осуществляется датчиком усилий, устанавливаемом на рычаге либо в проводке управления. Схема такой организации САУ и совмещенного управления приведена на рис 8-44.
Рис.8.44. Блок-схема совмещенного управления при параллельном подключении РМ САУ
Последовательный способ отработки сигналов САУ не предусматривает собственной рулевой машинки САУ. Отработка сигналов САУ призводится на РМ СУУ, дифференциально подключенной к проводке управления. Поэтому при работе САУ рычаг не отслеживает ее командного сигнала. Такой принцип используется и при дистанционной системе ручного управления (например А320 или Ту — 204). Здесь при работе САУ летчик имеет возможность перемещать рычаги, поэтому распознать вмешательство летчика можно на основе анализа как сигнала усилий, так и перемещения рычагов. Однако, поскольку, в частности, для дистанционной системы, предусмотрены датчики перемещения рычагов, при организации совмещенного управления целесообразно ориентироваться на этот сигнал. Схема организации такой САУ и совмещенного управления представленана рис.8.45.
Наиболее целесообразно организовать логику совмещенного управления при наличии дистанционной системы по тому сигналу, на котором реализована сама СДУ.
Логйка определения вмешательства летчика в управление как для сигнала усилий, так и для сигнала перемещений может быть описана единым алгоритмом. Признак вмешательства (ПВ=1) вырабатывается в том случае, если сигнал усилия Р или перемещения X относительно их балансировочных значений превышает некоторый порог АР или АХ в течение заданного промежутка времени гь. Наоборот, признак невмешательства (ПВ = 0) вырабатывается в том случае, если сигнал усилия Р или перемещения X находятся ниже заданных порогов АР или АХ в течение промежутка времени большего тп. Вышеописанную логику формирования признака вмешательства ПВ удобно представить в следующем виде при использовании сигнала усилия.
1 при|Р(А*)|^АР, Afe[o, Го]
О при|Р(А£)|<САР, А/е[о, гп],
здесь A tхарактеризует отрезок времени, прошедший с момента последнего выполнения условия
|Р(»|=|Р(0)| = АР
При использовании сигнала X в приведенных формулах делается замена Р на X.
Признаки вмешательства вырабатываются отдельно для продольного (ПВ д) и поперечного (ПВг) каналов управления. Признака вмешательства в путевом канале обычно не
предусматривается. При вмешательстве летчика в управление самолетом через педали при работающей САУ либо отключается только путевой канал САУ, либо отключаются как путевой так и поперечный каналы. Пороговые величины и времена задержек, рекомендуемые для выработки признаков вмешательства, приведены в нижеследующей таблице:
|
АР, кг |
АХ, мм |
ГО, с |
Гя, С |
|
|
Тангаж |
14-2 |
24-3 |
од |
1-г2 |
|
Крен |
0,54-1,5 |
24-3 |
После определения факта вмешательства летчика в управление самолетом ему необходимо создать условия, сохраняющие традиционный для ручного режима стереотип управления.
Для САУ с параллельным подключением РМ при ПВ—1 командный сигнал автоматической стабилизации обнуляется и заменяется сигналом усилия Кш • (Р~ АР). Тем самым через вычислитель САУ организуется контур автоматической загрузки рычага управления. При наличии САЗ сигнал САУ при ПВ —1 обнуляется. На время вмешательства летчика в управление соответствующий канал САУ переводится в режим синхронизации углового положения самолета. Таким образом обеспечивается безударность вмешательства летчика в управление самолетом и минимум возмущения движения. Окончание вмешательства летчика в управление, определяемое в соответствии с (8.56) по условию ПВ—0, подразумевает обнуление усилия Р или отклонения рычага X от заданного значения, например, нуля. Это условие автоматически выполняется для продольного канала при наличии интегральной СУУ по нормальной перегрузке или угловой скорости. Задержка по времени тп при выработке признака ПВ —0 вводится для учета времени затухания переходного процесса после окончания перемещения рычага управления летчиком. Тем самым обеспечивается безударность перехода на режим автоматической стабилизации.
При статической СУУ возникает задача обнуления усилия Р или X после вмешательства. Наиболее рационально для этого является введение, например, автотриммирования при малых значениях
При| А ПуІ К. А Пупор И а<Одоп И $min ^ ^ іЯпах
при ІА Иу| ^ А Иупор или а>а ДОп. или 9maxa
или < t9mm
Введение автотриммирования повышает комфорт управления и положительно оценивается летчиком.
Аналогичным образом может быть решен и вопрос обеспечения автобалансировки при использовании сигнала ^е (8.56).
Синхронизация углового положения самолета, осуществляемая в САУ при ПВ=1, производится только в пределах заданных ограничений по углу тангажа, то есть при
9^<9<9тйХ (8.58)
Сохранение составляющей К»• Ад в составе отрабатываемого сигнала позволяет получить дополнительное свойство предупреждения о нарушении режима по углу тангажа. В пределах допустимых углов д сигнал К»А (9=о и летчик имеет традиционный стереотип управления. Однако для того, чтобы вывести самолет на угол, например, 9 > #max и сбалансироваться на этом угле летчик должен приложить усилие или создать перемещение.
АР=-^-Ад,
Ах
А9 = д — дтах(8.59)
Автотриммирование в этом случае блокируется (см. 8.57) и летчик получает информацию о превышении угла через усилие на рычаге. Нетрудно видеть, что при 9 > #тах и 9< #min реализуется пропорциональное управление по приращению угла Ад і АР). Аналогично решается вопрос предупреждения летчика о превышении угла крена.
Для защиты режимов траєкторного управления от непредна
меренного вмешательства летчика обычно предусматривается увеличение порогового усилия вмешательства АРТОр. Эта мера особенно необходима при заходе на посадку в условиях турбулентности, когда руки пилотов, находящиеся на рычагах, могут только от инерционных нагрузок создать пороговые усилия для снятия режима автоматического траєкторного режима. Отключение этого режима "через рычаг” следует считать особым случаем, так как вмешательство в него свидетельствует либо о неправильной работе режима, что мало вероятно, либо о создании особой ситуации из-за внешних факторов, которая требует экстренного изменения нормального режима полета.
Увеличение усилия отключения траєкторного режима САУ с параллельным подключением рулевой машинки САУ достигается увеличением порогового значения в выражении (8.56).
При использовании САУ с последовательно подключенной руле-
ъ
вой машинкой САУ целесообразно на рычаге установить поканально специальную муфту торможения, которая подсоединяется к рычагу при включении траєкторного режима САУ. Для пересиливания ее необходимо существенно большие усилия АР, чем порог страгивают рычага при совмещенном управлении угловым движением. При пересиливают муфта должна отключаться, после чего должен обеспечиваться нормальный режим совмещенного управления угловым положением.