Продольное движение

Для управления продольным движением самолета на разбеге используются отклонения руля высоты, стабилизатора, изменение тяги двигателей (в том числе реверс) и торможение главных ко­лес шасси. При нормальном ходе процесса разбега практически ис­пользуется только одно из перечисленных управляющих воздейст­вий— отклонение руля высоты, и то на последнем участке разбега, где начинается увеличение угла тангажа. Остальные воздействия используются только в случае необходимости прекратить взлет, на­пример, при отказе двигателя или при обнаружении другой серьез­ной неисправности. Поэтому основная задача управления продоль­ным движением сводится к непрерывному контролю процесса раз­бега и принятию решений о продолжении или прекращении взлета.

Очевидно, задача контроля должна решаться в два этапа. На первом необходимо рассчитать «эталонное» или программное из­менение параметров движения при разбеге в данных условиях, учи­тывая и возможные изменения этих условий. На втором, непосред­ственно в процессе разбега, необходимо сравнивать измеренные значения параметров с расчетными и принимать решение о про­должении или прекращении взлета.

Прежде всего, необходимо выбрать контролируемые параметры, а также сформулировать предположения о возможных изменениях неизвестных заранее возмущающих воздействий. По соображени­ям простоты и надежности системы число контролируемых пара­метров должно быть минимальным, но достаточным для однознач­ного решения.

К настоящему времени в различных странах запатентовано большое количество схем индикаторов взлета, где в качестве кон­тролируемых параметров выбраны продольное ускорение, скорость или пройденное расстояние к определенному моменту времени. Обоснованием служит обычно простота схемы и удобство измере­ния выбранного параметра. Однако, при наличии БЦВМ эти сооб­ражения отступают на второй план, и руководствоваться нужно точностью и надежностью решения. Прежде всего заметим, что вы­бор времени в качестве аргумента контролируемой зависимости не­удачен. Действительно, начало отсчета времени в процессе разбе­га достаточно неопределенно, поскольку тормоза отпускаются плав­но, и в течение первых двух — трех секунд система (1.26) недоста­точно точно описывает движение самолета. Пройденное за это вре­мя расстояние незначительно и практически не влияет на возмож­ность (или невозможность) успешно завершить процесс взлета. Но такой же сдвиг по времени момента принятия решения может при­вести к ошибочному решению. Не следует выбирать в качестве кон­тролируемой величины и ускорение, поскольку эта величина не входит в число переменных состояния системы, а определяется мгновенными значениями воздействий, входящих в правые части уравнений системы (1.26). Сколь угодно больше, но кратковремен­ные изменения этих воздействий практически не влияют на траек­торию системы, а потому не должны влиять и на решение о про­должении или прекращении взлета.

Из (1.26) следует, что продольное движение самолета описы­вается шестимерным фазовым вектором (Н^, xg, Vgyg< yg, сOr, ■&), так что в принципе необходимо сравнивать расчетную и ре­альную фазовую траекторию в шестимерном пространстве. Однако

особенности методики пилотирования современных самолетов та­ковы, что безопасная скорость отрыва достигается еще в процессе разбега в трехточечном положении, При этом возможности измене­ния величин Vgyg, yg, toz и & чрезвычайно сильно ограничены, и фазовая траектория обязательно проходит в окрестности некото­рого двумерного многообразия в шестимерном пространстве. По­этому для полного суждения о ходе ее достаточно рассмотреть про­екцию траектории на плоскость «свободных» фазовых координат Vg*g~Vg их*.

Условие окончания процесса разбега, т. е. возможности отрыва от поверхности ВПП, имеет вид

V>V0TP. (6.3)

Поскольку в качестве контролируемой переменной выбрана не воздушная, а путевая скорость Vg, необходимо учитывать возмож­ные изменения продольной составляющей скорости ветра

Wug<Wxg<W 2V (6.4)

Из неравенств (6.3) и (6.4) следует, что условия безопасного отрыва всегда выполняются при

Vg>Vc’v+W^g = Vgorp. (6.5)

Для того, чтобы взлетная дистанция не превышала допустимую, необходимо, чтобы скорость Vg отр была достигнута не ближе, чем на расстоянии LB до конца концевой полосы безопасности (КПБ), где Lв — расстояние, необходимое для набора безопасной высоты Яусл и скорости V2. Таким образом, фазовая траектория на плоско­сти VgOxg (рис. 6.3), при нормальном ходе процесса разбега долж­на пересекать линию l/g=Vg0Tp при

xg £впп-|- ^кпб — (6.6)

Это условие должно выполняться при всех возможных возму­щающих воздействиях, в том числе и при самых неблагоприятных. Следовательно, расчетная траектория должна строиться в пред­положении о самом неблагоприятном характере возмущающих воз­действий, а именно Wxg=WXg, И = Итах (х— коэффициент CO — противления качению колес). Кроме того, необходимо учесть воз­можность отказа двигателя при разбеге.

При отказе двигателя на разбеге взлет желательно прекратить. Но это возможно только тогда, если оставшаяся длина ВПП и КПБ достаточна для полной остановки самолета при использовании всех средств торможения. В противном случае взлет необходимо продолжать с отказавшим двигателем. Следовательно, на плоско­сти VgOxg необходимо выделить область, где прекращение взлета невозможно, и в этой области расчетную траекторию разгона строить в предположении об отказе критического двигателя.

Очевидно, границей, разделяющей области продолженного и прерванного взлета, является траектория торможения, заканчива —

кнцаяся в конце КПБ (см. рис. 6.3). Она должна строить­ся в предположении о самом неблагоприятном характере возмущающих воздействий, которые в данном случае уменьшают эффект торможе­ния; Ит==ЯттИь

Заметим сразу, что при по­строении траектории торможе­ния возникают определенные трудности, связанные с двух­точечным характером краевых условий. Действительно, часть из них задана на правом кон­це траектории: Уй=0 при

%=/,впп+£кпб , а осталь­ные— на левом. В момент при­нятия решения о прекращении взлета параметры движения и управляющие воздействия соответ­ствуют режиму разгона, а на приведение в действие всех имеющих­ся средств торможения требуется определенное время. Кроме того, необходимо учитывать и динамику изменения тяги двигателей при переводе на малый газ и при включении реверса. Двухточечный характер краевой задачи приводит к необходимости строить тра­екторию торможения путем последовательных приближений.

Проверка условий (6.3) …(6.6) для расчетных (самых неблаго­приятных) условий взлета должна быть проведена при подготовке к полету. Соответствующие расчеты могут выполняться как на бор­товой, так и на наземной ЭВМ. В последнем случае полученные в результате расчета данные должны быть переписаны в запомина­ющее устройство бортовой ЦВМ для использования непосредствен­но в процессе контроля взлета.

В процессе разбега на борту самолета ведется измерение вели­чин Vg и xg и сравнение измеренного значения скорости Vg с рас­четным для данного расстояния Kgp(*g). При условии

Vg ^ Vgр (Xg) (6.7)

разбег продолжается. При нарушении равенства (6.7) или при об­наружении отказа двигателя, или какой-либо другой серьезной не­исправности проверяется условие

Vg Vg7 (Xg). (6.8)

Если оно справедливо, выдается сигнал «прекратить взлет» и последовательно включаются все средства торможения (реверс тя­ги, колесные тормоза, интерцепторы и т. д.). Если неравенство (6.8) несправедливо, взлет продолжается

Одновременно с указанными операциями проводится сравнение измеренного значения скорости с рассчитанным заранее значением

корости подъема переднего колеса VR. При Vg^VR БЦВМ выдает и подсистему стабилизации тангажа заданное значение Оотр. а на­чиная с момента отрыва, определяемого по срабатыванию концевых выключателей на амортизаторах главных стоек шасси, начинает работать алгоритм управления движением на воздушном участке. Здесь также вычисляется заданное значение угла тангажа, которое обеспечивает выдерживание необходимого угла наклона траекто­рии с одновременным разгоном до безопасной скорости У2- По до­стижении этой скорости убирается шасси, и включается программа управления набором высоты.

Таким образом, в процессе взлета и набора высоты законы уп­равления, реализуемые на БЦВМ, неоднократно меняются. Рас­смотрим теперь подробнее требования, необходимые для выполне­ния отдельных программ.