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.