Современное самолетостроение характеризуется широким использованием систем автоматического управления ( САУ)

Современное самолетостроение характеризуется широким использованием систем автоматического управления ( САУ). Внедрение средств автоматизации в процесс управления самолетом диктуется изменением пилотажных характеристик самолета, главным образом, характеристик устойчивости и управляемости, а также возросшей потребностью обеспечения регулярности воздушного сообщения в любое время суток независимо от погодных условий.

В настоящее время бортовая система автоматического управления превратилась из средства, облегчающего летчику процесс управления самолета. Широкая автоматизация процесса управления самолетом не исключает летчика из контура управления, оставляя за ним функции включения САУ, их переключения и отключения, а также функции контроля процесса пилотирования самолета. Поэтому задача разработчика заключается в рациональном распределении и сочетании в рамках единой системы управления функций летчика и САУ.

На первом этапе развития авиации основным средством управления полетом самолета была система механической передачи усилий летчика на органы управления - рули высоты, направления и элероны. При этом ориентация самолета в пространстве осуществлялась летчиком визуально по видимому горизонту земной поверхности и простейшим приборам - индикаторам высоты, скорости полета, вариометру, магнитному указателю курса и гироскопическому указателю поворота. При дальнейшем развитии авиации информация летчика о режиме полета расширялась за счет применения большего количества приборов. Различные приборы на приборной доске группировались так. чтобы свести к минимуму охватываемое взглядом летчика пространство, начали применяться автопилоты. Первоначально использовались в основном автопилоты позиционного типа, которые при наличии датчиков отклонений относительно трех осей действовали по всем трем каналам управления.

При дальнейшем развитии выявилось, что аэродинамические характеристики короткопериодической устойчивости самолета недостаточны для демпфирования рыскания относительно средней траектории полета, присущей автоматическому управлению позиционного типа. Поэтому в автопилот была введена управляющая функция по угловой скорости, для того, чтобы обеспечить необходимое демпфирование в системе самолет - автопилот. Добавление этого параметра, а особенно суммирование сигнала угловой скорости с сигналом отклонения по углу, вызывало развитие электрических автопилотов, так как эти операции наиболее просто осуществлялись при электрических сигнальных системах.

Применение реактивных двигателей обеспечило более высокие скорости полета самолета, что значительно увеличило коротко-периодическую неустойчивость. Эти факторы в сочетании с большими усилиями на ручке управления, необходимыми для управления рулями, радикально изменили требования к системе ручного управления и привели к необходимости предусмотреть вспомогательные силовые устройства в каналах ручного управления и автоматическую стабилизацию по курсу, тангажу и крену. Переход к сверхзвуковым скоростям полета сопровождался прежде всего принципиально новыми формами аэродинамической компоновки сверхзвукового самолета с целью уменьшения волнового сопротивления и уменьшения тем самым потребной тяги двигателей, а также с целью улучшения характеристик устойчивости и управляемости самолета, особенно при полетах на околозвуковых и сверхзвуковых скоростях при больших высотах. Ухудшение динамических характеристик самолета выражалось в увеличение частоты собственных колебаний продольного движения и значительном уменьшении их затухания, в уменьшении боковой устойчивости и снижении эффективности руля направления и элеронов, что сильно затрудняло управление самолетом. Именно по этим причинам возникла необходимость в применении в системе управления автоматических устройств для повышения демпфирования собственных колебаний рыскания, а затем тангажа и крена - демпфер рыскания, тангажа и крена.

Для ряда типов самолетов в этот же период возник вопрос об улучшении продольной устойчивости и управляемости, так как эти самолеты на некоторых режимах полета становились нейтральными или даже "статически" неустойчивы и управлять ими практически было невозможно. Эффективным средством обеспечения боковой и продольной устойчивости, причем эти автоматы одновременно выполняли и функции демпферов колебаний. Оборудование самолета такими автоматами привело к тому, что летчик стал воспринимать в процессе управления продольное и боковое движение как движение самолета с хорошей устойчивостью и управляемостью. В этот период автоматика в виде демпферов короткопериодических колебаний и автоматов продольной и боковой устойчивости и управляемости самолета выступает как органически необходимый элемент для эксплуатации самолета.

С увеличением скорости полета самолетов выполнение ряда задач по пилотированию в сложных метеорологических условиях в любое время суток с высокой точностью исполнения полета по заданной траектории требует больших напряжений летчика, а иногда он просто не способен выполнить эту задачу при ручном управлении самолетом. К таким задачам относятся, например, заход на посадку в сложных метеорологических условиях и т.п. Эти и другие подобные задачи успешно и с большой точностью могут выполняться с помощью автопилота. При этом автопилот выполняет не только функции управления полетом по заданной траектории, но и обеспечивает необходимую устойчивость в продольном и боковом движениях самолета. Таким образом, из вспомогательного автоматического устройства для разгрузки летчика в дальних полетах автопилот превращается в основное средство управления полетом.

В данной книге излагаются методы анализа и расчета параметром систем автоматического управления при постановке задачи в линейной форме. Аппарат линейной теории позволяет достаточно глубоко рассмотреть и оценить на начальном этапе проектирования возможности простейших САУ и для каждого конкретного объекта управления определить необходимые средства автоматизации процесса управления полетом самолета. Из этого анализа могут быть рационально выбраны структура автопилота и средства его реализации.

исследование статических и динамических характеристик устойчивости и управляемости современных самолетов и решение задачи по оптимальному выбору структурных схем автопилотов позволили предложить простые методы расчета автопилотов.

В книге рассматриваются наиболее характерные для современных авиационных автопилотов режимы работы и выполняемые функции. Так как авторы ставили перед собой задачу изложить методы расчета параметров автопилотов для самолетов, т.е. автопилотов для пилотируемых человеком летательных аппаратов, то в данной книге уделено особое внимание роли летчика и автопилота в процессе управления полетом.

Источник: vk.com

Комментарии: