АВТОПИЛО́Т (от авто. и франц. pilote; от ср. -век. греч. πηδώτης – рулевой, кормчий), система устройств и программно-аппаратный комплекс для автоматического управления транспортным средством по определённой, заданной ему траектории. Для летательных аппаратов (самолёт, вертолёт) с целью сохранения заданного режима полёта авиационный А. обеспечивает автоматическую стабилизацию угловых (тангаж, крен, рыскание) и курсовых (высота, скорость, направление) параметров движения летательного аппарата (ЛА), а также заданную траекторию полёта (заход на посадку, посадка); при директорном управлении формирует командные сигналы, отслеживаемые (выполняемые) пилотом. Действие А. основано на принципе обратной связи: А. формирует управляющие сигналы на основе рассогласования текущих значений стабилизируемых параметров с их заданными значениями. включает в себя пульт задания режимов полёта; датчики, определяющие текущее положение ЛА в пространстве; устройства, формирующие управляющие сигналы; исполнительные рулевые машинки, или сервоприводы. Например, во время полёта самолёта в автоматическом режиме при отклонении какого-либо контролируемого параметра от заданного значения приводятся в действие аэродинамические органы управления самолётом (рули направления и высоты), восстанавливающие заданный режим полёта. Первый А. с гироскопическими датчиками создал Э. Сперри (США) в 1912–14; он обеспечивал автоматическое удержание курса полёта и стабилизацию крена. Первый отечественный А. разработан в 1932. В 1947 самолёт C-54 ВВС США совершил трансатлантический перелёт полностью под управлением А. (включая взлёт и посадку).
В современной авиации более глубокое развитие автоматизации полёта получили системы автоматического управления (САУ) или автоматическая бортовая система управления (АБСУ) и более сложные структурированные комплексы. В них интегрированы системы управления самолётом, двигателем, вооружением, шасси и т. САУ, помимо стабилизации самолёта в пространстве и на маршруте, позволяет также реализовать программное управление на различных этапах полёта. Наиболее сложные системы автоматического управления берут на себя значительную часть функций по управлению самолётом в «штурвальном режиме», делая управление для лётчика лёгким и единообразным, уменьшают болтанку, предотвращая сносы, скольжения, выходы на критические режимы полёта и даже запрещая или игнорируя некоторые действия лётчика. Всё чаще в кабинах современных самолётов применяются боковые ручки управления.
Знаковым событием был автоматический полёт 15. 1988 и особенно посадка из космоса на аэродром «Юбилейный» (Байконур) воздушно-космического корабля-ракетоплана «Буран» (советской многоразовой транспортной космической системы «Энергия-Буран»). Разработанный Московским опытно-конструкторским бюро «Марс» (МОКБ «Марс» – разработчик бортовых систем автоматического управления и навигации авиационными и космическими летательными аппаратами) автопилот обеспечил спуск с высоты 20 км до посадки, включая пробег по взлётно-посадочной полосе и остановку. При посадке, на высоте около 11 км, получив с наземной станции информацию о погодных условиях, АБСУ «Бурана» приняла решение совершить разворот на 180°, чтобы ещё больше погасить скорость и зайти на посадку по новой траектории. Этой разработке предшествовал опыт выполнения Лунной программы: мягкая посадка автоматической станции «Луна-9» на поверхность Луны 31. 1966; доставка на Землю лунного грунта 24. 1970 советской автоматической межпланетной станцией (АМС) «Луной-16»; запуск (10. 1970) и высадка на поверхность Луны (17. 1970) АМС «Луна-17», с планетоходом «Луноход-1» на борту.
используется также для управления транспортными средствами, движущимися по рельсовым путям. Понятие «автопилот» (иногда в жаргонной форме) включает в себя, помимо классического авиационного А. , также и системы автоматического пилотирования вождения или управления всевозможными шагающими, колёсными, плавающими или крылатыми машинами (роботами), системы автоматического управления автомобилем в условиях шоссе. Примером канала автоматического управления автомобилем может служить система стабилизации текущей скорости движения, известная как «круиз-контроль» (устройство, поддерживающее постоянную скорость автомобиля, автоматически прибавляя газ при снижении скорости движения и уменьшая при её увеличении без участия водителя). Современный автопилот позволяет автоматизировать все этапы полёта или движения другого транспортного средства.
Безопасность полетов всегда была приоритетной задачей для авиации. Создание автопилота обеспечило оптимальное выполнение полета гражданского судна и расширило возможности боевой авиации. Сегодня все современные самолеты имеют встроенный автопилот. Разработкой и производством устройств автоматического пилотирования занимаются предприятия, находящиеся под управлением Ростеха.
Автопилот строго поддерживает правильную ориентацию перемещающегося в пространстве летательного аппарата. Благодаря этому самолет или вертолет не сбивается с заданного курса и удерживается в воздухе.
Система автоматического пилотирования способна управлять самолетом по заданию летчика, подменяя его при взлете, наборе высоты или совершении поворотов и полете по прямой в направлении заданного курса, выполнять виражи и снижение под заданным углом.
При воздушной качке автопилот ведет самолет даже лучше опытного пилота, более плавно, смягчает толчки и броски самолета. Бывают и такие автопилоты, которые автоматически выводят самолет из любого положения в горизонтальное, если летчик вынужден почему-либо оставить управление.
Желание автоматизировать полет воздушного судна возникло одновременно с появлением самих самолетов.
Создателем первого автопилота считают Константина Циолковского. В 1898 году он разработал первую в мире схему автоматического управления дирижаблем. Конструкции подобных автопилотов относятся к группе маятниковых.
На заре зарождения авиации подобную «автоматику» еще можно было применять: первые самолеты летали со скоростью около 80 км/час. Достаточно вспомнить, что в 1910 году мировой рекорд скорости полета составлял всего 109 км/час.
На современных самолетах, преодолевающих скорость звука, использование подобных маятниковых автопилотов невозможно. Их заменили гироскопическими. Изобретателем такого автопилота считают американского летчика Сперри. В 20-х годах прошлого столетия фирма «Сперри» разработала автопилоты, которые сделали возможным полеты без участия летчика и даже управление летательными аппаратами на расстоянии.
Первоначально работы по созданию автопилота были поручены ОКБ при Управлении военных изобретений Красной Армии. В 1930 году был изготовлен действующий макет автопилота трех стабилизаций с автоматическим виражом. Этот автопилот испытывался на легендарном Р-1 конструкции Поликарпова – первом советском массовом самолете. Впервые перелет с автопилотом в нашей стране был совершен именно на самолете Р-1 по маршруту Ленинград – Москва.
Такой автопилот был громоздким и очень тяжелым – целых 180 кг, что ограничивало его применение. Но это была одна из первых попыток. А уже через три года был создан новый автопилот АВП-3. Вместо четырех гироскопов он имел три гироскопа, а вес его был в два раза меньше, чем у предшественника. К примеру, современные автопилоты тоже состоят из трех гироскопов, но их роторы уже весят около 400 граммов и свободно умещаются на ладони.
Производство первых автопилотов в нашей стране было налажено на мощностях завода «Метрон», входящего сегодня в КРЭТ.
В 50-х годах серийный выпуск гироскопических автопилотов начат на другом предприятии концерна – Уфимском приборостроительном производственном объединении.
Накопленный опыт позволил уже начиная с 1970-х годов строить в нашей стране вполне сложные многофункциональные системы автоматического управления летательными аппаратами.
Советский самолет Ту-154 впервые в мире был оснащен постоянно работающей в полете автоматической бортовой системой управления (АБСУ). Эта система работала и в режиме автопилота, полностью стабилизируя самолет: выдерживая заданные тангаж и крен, стабилизируя высоту, приборную скорость или число Маха и другие показатели.
Комплексные системы управления
Сегодня в авиации более глубокое развитие в автоматизации полета получили системы автоматического управления (САУ) и более сложные, например, комплексные системы управления (КСУ).
САУ, помимо стабилизации самолета в пространстве и на маршруте, берут на себя значительную часть функций по управлению машиной в «штурвальном режиме», делая управление для летчика легким, предотвращая выходы на критические режимы полета. Такая система может даже запретить или проигнорировать некоторые действия пилота.
Система управления в автоматических режимах не только способна вести самолет по заданному маршруту, но и реализует более сложную подпрограмму боевого применения. При этом подобные системы используют пилотажно-навигационную информацию от группы собственных датчиков, самолетных систем, наземных радионавигационных средств или даже выполняют команды бортового оборудования соседнего самолета. Ведь некоторые боевые самолеты или вертолеты могут работать в паре или группой, выполняя полетное задание в автоматическом или полуавтоматическом режиме.
Сегодня самые современные системы управления производятся специалистами КРЭТ, входящего в состав Ростеха. Эти системы обеспечивают пилотирование ряда новейших и перспективных летательных аппаратов, к примеру, боевого вертолета Ка-52 «Аллигатор», истребителей МиГ-29, Су-35, а также беспилотных летательных аппаратов.
По материалам официального сайта КРЭТ
Продолжаю выполнять заявки френдов из ноябрьского стола заказов по темам постов, которые их больше всего интересуют. Давайте сегодня вместе с вами узнаем и раскроем тему от res_man : «История Автопилота»
Автопилот представляет собой совокупность нескольких устройств, совместная работа которых дает возможность автоматически, без участия человека, управлять движением самолета или ракеты. Создание автопилота составило важную эпоху в истории авиации, так как сделало воздушные полеты гораздо более безопасными. Что же касается ракетной техники, где все полеты осуществляются в беспилотном режиме, то без надежных автоматических систем управления эта техника вообще не могла бы развиваться.
Главная идея автоматического пилотирования заключается в том, что автопилот строго поддерживает правильную ориентацию перемещающегося в пространстве аппарата. Благодаря этому аппарат, во-первых, удерживается в воздухе и не падает, а во-вторых, не сбивается с заданного курса, поскольку от правильной ориентации, прежде всего, и зависит траектория его полета. В свою очередь, ориентация аппарата в пространстве определяется тремя углами. Во-первых, это угол тангажа, то есть угол между продольной осью аппарата и плоскостью земли (или, как говорят, плоскостью горизонта). Отслеживание этого угла позволяет самолету сохранять продольную устойчивость — не «клевать носом», а ракете, совершающей полет по баллистической траектории — точнее поразить цель. Во-вторых, это угол рысканья, то есть угол между продольной осью аппарата и плоскостью полета (так мы назовем плоскость, перпендикулярную плоскости горизонта и проходящую через точку старта и точку цели). Угол рысканья указывает на отклонение аппарата от заданного курса. И, в-третьих, это углом крена, то есть угол, который возникает при повороте корпуса аппарата вокруг его продольной оси.
Своевременное исправление крена позволяет самолету сохранять поперечную устойчивость и гасит беспорядочное вращение ракеты. Автоматическое управление аппаратом было бы невозможно, если бы не существовало надежного и простого способа определения этих углов. К счастью, такой способ есть, и он основан на свойстве быстро вращающегося гироскопа сохранять неизменным в пространстве положение своей оси.
Иоганн Боненбергер, немецкий астроном и математик, изобрел гироскоп еще в 1817 году. Фуко, Жан Бернар Леон — французский физик, усовершенствовал гироскоп и дал ему его теперешнее название. Было замечено, что массивное твердое тело цилиндрической формы, вращающееся с большой скоростью вокруг своей оси, способно сохранять неизменное положение в пространстве при отсутствии внешних сил. Кроме того, при механическом воздействии на такое тело возникало явление прецессии гироскопа – вращение вокруг оси прецессии, перпендикулярной моменту внешних сил. Эффект был назван гироскопическим и лег в основу всех инерциальных систем навигации.
Простейшим гироскопом является детский волчок, быстро вращающийся вокруг своей оси. Попробуйте повалить его щелчком, и вы увидите, что это невозможно — волчок лишь отскочит в сторону и будет продолжать вращение.
Однако ось ОА волчка не имеет постоянной ориентации, поскольку ее конец А не закреплен. Гироскопы, применяемые в технике, имеют намного более сложное устройство: ротор (собственно волчок) закрепляется здесь в рамках (кольцах) 1 и 2 так называемого карданова подвеса, что дает возможность оси АВ занять любое положение в пространстве.
Такой гироскоп может совершать три независимых поворота вокруг осей АВ, DE и GK, пересекающихся в центре подвеса О, который остается неподвижным относительно основания.
Главное свойство быстро вращающегося гироскопа, как уже было сказано, состоит в том, что его ось стремится устойчиво сохранять в мировом пространстве приданное ей первоначальное направление. Например, если эта ось была изначально направлена на какую-то звезду, то при любых перемещениях самого прибора и случайных толчках она будет продолжать указывать на эту звезду даже тогда, когда ее ориентация относительно земных осей изменится. Впервые это свойство использовал в 1852 году французский физик Фуко для экспериментального доказательства вращения Земли вокруг ее оси. Отсюда и само название «гироскоп», что в переводе с греческого означает «наблюдать вращение».
Гироскопы нашли широкое применение в авиации. В главе, посвященной аэроплану, уже говорилось о том, какой важной проблемой для первых авиаторов было сохранение в полете правильной ориентации самолетов.
Многие конструкторы думали тогда над созданием автоматических стабилизаторов. В 1911 году американский летчик Сперри разработал первый автоматический стабилизатор с массивным гироскопом. Впервые самолет с таким стабилизатором поднялся в воздух в 1914 году. А в начале 20-х годов фирма Сперри создала уже настоящий автопилот.
СПЕ́РРИ (Sperry) Элмер Амброуз (12 октября 1860, Кортленд, штат Нью-Йорк — 16 июня 1930, Бруклин, штат Нью-Йорк), американский изобретатель и промышленник. Наиболее известные его изобретения — гироскопические компасы и стабилизаторы.
В детстве проявлял интерес к технике и электричеству. В возрасте 19 лет занялся усовершенствованием электрических машин и дуговых ламп. В 1880 он основал электрическую компанию «Сперри» для их производства и сделал первые изобретения в этой области. В 1888 основал компанию для производства горных электрических машин. В 1890 Сперри занялся проблемами транспорта, разработал электровоз и электрические моторы для трамваев, основал электрическую железнодорожную компанию. В 1894 разработал электрические автомобили с изобретенной им аккумуляторной батареей.
После 1900 вместе с С. Таунсендом основал электрохимическую лабораторию в Вашингтоне. Там они разработали процесс утилизации олова из старых канистр. В это же время основал в Чикаго компанию для производства проводов и плавких предохранителей.
К 1918 он начал производство дуговых прожекторов, дававших в 6 раз более яркий свет по сравнению с существовавшими в то время.
В течение десятилетий Сперри интересовался гироскопами и их практическим использованием. Первым гирокомпас осуществил немецкий изобретатель Х. Аншютс-Кемпф в 1908. Сперри основал компанию гироскопов в Бруклине в 1910, а в 1911 установил свой гирокомпас на американском линейном корабле «Делавер». Позднее он применил гироскопы в приборах для управления торпедами, судами и самолетами.
В начале 1920-х гг. фирма «Сперри» создала первый автопилот, управлявший рулями и следивший за сохранением заданного режима полета. Позднее были созданы автоматические системы управления рулями и двигателями самолета. Такие автопилоты позволили осуществлять полеты без участия летчика и даже управлять летательными аппаратами на расстоянии. Широкое применение системы автоматического управления на основе гироскопов нашли в ракетах.
За свою жизнь Сперри основал 8 производственных компаний и получил более 400 патентов. Основанная им корпорация «Сперри» и сегодня производит компьютеры, средства управления, электрическое и гидравлическое оборудование.
Раньше других с проблемой автоматического управления ракетой столкнулись немецкие конструкторы — создатели первой в истории баллистической ракеты «Фау-2». Автомат стабилизации «Фау-2» состоял из гироскопических приборов «Горизонт» и «Вертикант». «Горизонт» позволял определить плоскость горизонта и угол наклона (угол тангажа) ракеты относительно этой плоскости.
Уильям Лир родился в Ганнибале, штат Миссури, 14 мая 1902 года, и его детство нельзя назвать счастливым. Мать его развелась, когда Билл был еще несмышленым младенцем. Вскоре она снова вышла замуж, и вместе с новым мужем ударилась в религию. Жестокость этих религиозных фанатиков по отношению к своим детям была бы более уместна где-то в Средневековье, чем в начале XX века, и мальчик, не выдержав постоянного давления, ушел в себя.
Тайно от матери Билл запоем читал фантастику и журналы по электронике. В 12 лет он купил свой первый набор инструментов, собрал собственный приемник и выучил азбуку Морзе. В 17 лет терпение Билла лопнуло, он бросил школу, «добавил» себе один год и ушел служить во флот, навсегда расставшись со своими чересчур религиозными родителями.
Служба во флоте добавила Биллу множество знаний по радиоэлектронике. Выйдя в отставку, он занялся своим любимым делом: конструированием и изобретательством.
У Билла, помимо электроники, была еще одна «страсть»: из закомплексованного, забитого матерью ребенка он вырос в настоящего ловеласа и не мог спокойно пропустить ни одну женскую юбку. Это его «увлечение» и дало повод к первому изобретению.
Радио в машине
Лиру не давало покоя желание катать в авто красивых девушек под приятную музыку. Но в то время совместить эти две вещи было практически невозможно. Проблема состояла не только в том, что приемники представляли собой напичканные хрупкими лампами «бабушкины сундуки» красного дерева, занимали все заднее сиденье автомобиля (больше они никуда не влезали), да и по цене были сопоставимы со стоимостью самой машины.
Эта проблема дала повод Лиру проявить себя. Он затолкал громоздкий ящик под водительское сиденье, приделав к нему для удобства «салазки» (как и на всех современных магнитолах); что-то помудрил с антенной, после чего она приняла достойный вид; совместил систему питания приемника с автомобильным аккумулятором; разместил ось конденсатора переменной емкости, которым приемник настраивался на нужную частоту, не горизонтально, как делали все до него, а вертикально, после чего настройка почему-то перестала сбиваться и, наконец, с помощью нехитрых приспособлений перенес шкалу и все ручки настройки на щиток приборов.
Билл Лир оформил патент на свое изобретение, а его хороший знакомый, некто Поль Гэлвин, по достоинству оценив новую конструкцию приемника, с успехом начал ее продавать. Так, благодаря изобретению Лира и финансовым усилиям Гэлвина на свет появилась компания «Моторола».
Получив в 1931 году с «Моторолы» достойный дивиденд, Билл купил себе небольшой биплан и начал осваивать воздушное пространство — летать на самолете было его детской мечтой.
Как-то во время очередного полета, Лир заблудился в облаках и долго не мог отыскать свой аэродром. Это происшествие подвигло его на очередное изобретение — лироскоп — прибор, позволяющий определить местоположение и направление движения. Этот прибор, как и большинство его изобретений, стал промышленным стандартом — более половины всех американских самолетов оснащены изобретением, сделанным Лиром в тридцатых годах прошлого века.
Для выпуска своего лироскопа (то, что мы привыкли называть автопилотом) Билл организовал собственную компанию «Лир Инк». В 1940-х этот прибор уже полностью доминировал на рынке, а за годы войны их было выпущено более чем на 100 миллионов долларов.
Пилоты американских реактивных самолетов использовали исключительно его продукцию. В результате Лир скопил приличное состояние и приобрел в Швейцарии владение огромное ранчо. Он очень часто посещал ранчо и, как-то прогуливаясь по своей территории, случайно наткнулся на полуразобранный швейцарский истребитель. Эта «встреча» дала Биллу Лиру новую идею.
Создание «Лир Джет»
К тому времени Лиру стукнуло уже 60 лет. Его компания «Лир Инк» процветала. Казалось бы, что еще человеку надо? Но изобретатель был неутомим. Очередная идея-фикс — постройка частного реактивного самолета — захватила его на столько, что он продал свою фирму и организовал новую, назвав ее «Лир Джет».
Инженеры по аэронавтике говорили, что самолеты «Лир Джет» никогда не полетят. Эксперты аэрокосмической промышленности говорили, что это нелепая идея. Банкиры отказались финансировать проект и предрекали его поражение. Лир рассказывал: «Все банкиры обращались к моим конкурентам с вопросом: «Может ли он сделать реактивный самолет?» А те отвечали: «Он ничего не смыслит в авиации. Он не является аттестованным инженером по аэронавтике. У него не больше десяти миллионов долларов. Наверняка он не сможет этого сделать».
Однако, несмотря на все препятствия, результат оказался потрясающим. Самолет компании «Лир Джет» превзошел все сертификационные параметры Управления Авиации США. Уже через два года после появления на свет фирма Билла Лира стала лидером в своей области и остается ей до сих пор. К примеру, очередной Лир Джет 85, представление которого состоялось 30 октября 2007 года, через тридцать лет после смерти создателя компании, стал первым реактивным самолетом, полностью состоящим из композиционных материалов.
Но, вернемся в 60-е годы. Строя свой первый самолет, Лир пытался наполнить его самыми передовыми техническими новинками, как облегчающими управление, так и создающими комфорт. Одной из таких комфортных новинок считалась музыкальная стереосистема.
Проблема состояла в том, что компактных стереомагнитофонов, способных поместиться в салон самолета, попросту не существовало. И Билл, строя реактивный самолет, попутно решал эту «маленькую» на первый взгляд проблему. И благополучно ее разрешил. Так появился первый восьмидорожечный стереомагнитофон.
В 1950 году Билл Лир получил самую высокую награду авиации — «Коллиер Трофи» за изобретение автопилота. Он удостоился почетной докторской степени в области техники от Университета Мичигана в 1951 году. Пять других университетов удостоили Лира почетных докторских званий, самыми престижными из которых были Нотр-Дам и Карнеги-Меллон. Лир увековечен в Зале Славы Авиации и награжден Медалью Тайлена в 1960 году.
Системы автоматического пилотирования.
Системы автоматического пилотирования управляют полетом самолета. Это 4 самостоятельных системы:
• автоматическая система повышения устойчивости и управляемости;
• вычислительная система управления полетом (DFCS);
• вычислительная система самолетовождения (FMCS);
• вычислительная система управления тягой.
Типичная схема взаимодействия систем автоматического пилотирования изображена на рис.
Автоматическая система повышения устойчивости и управляемости (АСУУ) предназначена для обеспечения требуемых характеристик управляемости самолета в ручном режиме, т. когда автопилот отключен. Ее функции:
— изменение загрузки рычагов управления элеронами и рулем высоты в зависимости от скоростного напора;
— ручная балансировка самолета по тангажу;
— демпфирование колебаний по курсу или по всем осям;
— изменение коэффициента передачи от педалей до руля направления в зависимости от воздушной скорости и положения закрылков;
— координация разворота, обеспечиваемая механической проводкой от элеронов к рулю направления;
— непосредственное управление подъемной силой путем управления закрылками, интерцепторами и воздушными тормозами;
— согласование отклонения элеронов и интерцепторов;
— изменение эффективности элеронов в зависимости от воздушной скорости и положения закрылков;
— ограничение отклонения закрылков в зависимости от воздушной скорости;
— ограничение отклонения руля направления по режимам полета;
— автоматическое парирование разворачивающего момента при отказе одного двигателя;
— снижение влияния турбулентности/порывов ветра;
— подавление флаттера.
стабили-руль направ- затор (лев. ) ления (верх
стабили — руль направ-
затор (прав. ) ления ( нижн
Рис. Системы автоматического пилотирования:
ВСС – вычислитель системы самолетовождения, ВСУП – вычислитель системы управления полетом, ВСУТ – вычислитель системы управления тягой, РУД – ручка управления двигателем
Состав, структура и характеристики АСУУ сильно зависят от конкретного типа ЛА. В связи с высокими требованиями по надежности система имеет несколько независимых каналов. Например, система АСШУ-204 самолета ТУ-204 содержит основной и резервный контуры. Основной контур состоит из трехкратно резервированных цифровых блоков, резервный контур обеспечивает формирование управляющих сигналов с помощью аналоговых вычислителей.
Самолет способен летать с одной только АСУУ — без трех других систем, которые, напротив, используются не в ручном, а в других режимах управления. Кроме ручного управления бывают еще автоматический, совмещенный и директорный режимы управления.
Автоматическое управление обеспечивает управление ЛА без участия пилота. При совмещенном управлении в управлении активно участвуют и пилот, и системы автоматического управления: измеряются усилия,
прилагаемые пилотом к штурвалу по крену и тангажу и пропорционально им формируются управляющие сигналы для достижения требуемого углового положения. В режиме директорного управления роль систем автоматического управления пассивная: только выдача сигналов управления по крену, тангажу и ошибки по скорости на пилотажный индикатор. А непосредственное пилотирование осуществляет пилот, пользуясь при этом подсказками систем автоматического пилотирования на пилотажном индикаторе. Кроме того может быть режим стабилизации какого-либо параметра – высоты, скорости, числа М, и т. В режиме стабилизации системы автоматического пилотирования обеспечивают выдерживание того значения параметра, которое было достигнуто в момент включения режима.
Вычислительная система управления полетом (ВСУП) выполняет основные автопилотные функции и управляет автоматической посадкой самолета. Независимо от включенного режима ВСУП предотвращает выход самолета за допустимые пределы по скорости, т. полет со скоростью меньше минимально-допустимой и больше максимально-допустимой скорости.
— от 1 до 3 вычислителей, содержащих все интерфейсные, обрабатывающие и управляющие устройства;
— пульт управления системами автоматического пилотирования;
— блок сигнализации для информирования экипажа о включенных режимах ВСУП и о рабочем состоянии систем;
— датчики усилий на штурвале (по одному на каждом штурвале) для восприятия усилий, приложенных летчиком по крену и тангажу при совмещенном управлении;
— кнопка отключения автопилота на штурвале, которая отключает сервопривод ВСУП;
— пульт состояния/техобслуживания.
Для решения задач управления система принимает информацию от систем первичной информации (ИНС, СВС), радионавигационных систем (ILS, РВ, DME), самолета (положение закрылков, руля направления, элеронов, руля высоты, шасси) и других систем автоматического пилотирования (ВСС, ВСУТ, АСУУ).
Выходные управляющие сигналы ВСУП поступают на руль высоты, элероны и руль направления. Для управления используются сигналы обратной связи о положении как сервоприводов, так и самих управляющих поверхностей.
Вычислительная система управления тягой (ВСУТ) вычисляет предельную тягу, возможную для данного режима полета, и осуществляет автоматическое управление тягой двигателей по вычисленной предельной тяге или в ответ на команды других систем автоматического управления.
Таблица 1. 1 Функции систем автоматического пилотирования
ФУНКЦИЯ
ВСУП
ВСС
ВСУТ
Управление в боковом и продольном канале
Стабилизация углового положения (включая курс)
*
Совмещенное управление
*
Автоматический заход на посадку, автоматическая посадка
*
Управление на пробеге
*
Уход на 2-й круг
*
Взлет
*
Стабилизация высоты
*
*
Стабилизация курса
*
Выход на заданную высоту и выдерживание высоты
*
*
Стабилизация/управление вертикальной скоростью
*
Стабилизация/управление числом M
*
Стабилизация/управление воздушной скоростью
*
Смягчение турбулентности
*
Директорное управление
*
Управление по сигналам VOR
*
Управление по сигналам ILS
*
Навигация в боковой и вертикальной плоскостях
*
Режимы улучшения полетных характеристик
*
Экономичный режим
*
Управление тягой
Вычисление предельного значения тяги
*
Ручное уменьшение предельного значения тяги
*
Автоматическое уменьшение предельного значения тяги
*
Торможение при выравнивании
*
Вычисление минимальной скорости (по углу атаки)
*
Изменение положения закрылков
*
Стабилизация/управление скоростью на посадке
*
Стабилизация/управление скоростью в крейсерском режиме
*
Оптимальное управление тягой
*
Автоматическая отдача РУД
*
Заход на посадку с торможением
*
Управление оборотами
*
1) Взлет — выдача управляющих сигналов, соответствующих заданному профилю взлета на пилотажный индикатор.
2) Управление по сигналам VOR (ILS) — захват и следование по лучу VOR (по лучам ILS — курсовому и глиссадному).
3) Экономичный режим — наибольшая экономия топлива при одновременном выполнении требований навигации.
4) Автоматический заход на посадку и посадка — по лучам ILS (курсовому и глиссадному).
Исполнительный сервопривод задает двигателю нужную тягу, двигая ту же самую ручку управления двигателем (РУД), которой пользуется для этой цели пилот. В состав системы входят:
— 1-2 одинаковых вычислителя;
— пульт управления тягой, с помощью которого пилот включает режимы и функции управления тягой;
— переключатель для включения ВСУТ (на РУД);
— переключатель для включения режима ухода на второй круг;
— муфта сцепления РУД, обеспечивающая отключение сервопривода при отключении ВСУТ.
Кроме того ВСУТ использует пульт управления, блок сигнализации и пульт состояния/техобслуживания системы ВСУП. Для решения задачи управления тягой система принимает информацию от систем ИНС, СВС, РВ, от двигателя (обороты, расход топлива, отбор воздуха) и от других систем автоматического пилотирования.
Вычислительная система самолетовождения (ВСС) обеспечивает самолетовождение по оптимальным траекториям на всех фазах полета в соответствии с заложенным планом полета. Оптимизация может производиться по критериям минимума времени полета, минимальной стоимости, минимального расхода топлива или максимальной дальности полета. Для решения этой задачи ВСС формирует и выдает:
— команды траекторного наведения в вертикальной и боковой плоскости — в систему ВСУП;
— команды управления скоростью/тягой — в систему ВСУТ;
— сигналы отклонения от заданной траектории для индикации пилотам — в систему индикации.
ВСС хранит навигационную базу данных и базу характеристик ЛА. Введенный план полета и навигационные данные пролетаемого участка местности (радиомаяки, точки обязательного донесения, аэродромы и т. ) ВСС передает в систему индикации для построения изображения схематической радионавигационной карты.
Другие функции ВСС:
— автоматический выбор и настройка бортовых радионавигационных систем на наземные радиомаяки VOR, DME, ILS, MLS, АРК в соответствии с программой полета;
— инициализация инерциальных систем перед полетом (установка координат места и магнитного курса);
— расчет расстояния и времени полета до заданной точки пространства;
— расчет времени подъема/спуска до заданной высоты;
— ввод плана полета, вызов/корректировка введенного плана.
В состав системы входят 1-2 вычислителя и 1-2 пульта управления и индикации. При необходимости в состав может включаться и дополнительный накопитель для хранения баз данных. В вычислителе производится вся обработка информации, а при помощи пульта управления и индикации пилот взаимодействует с системой. Для этого пульт содержит экран и кнопочную клавиатуру. С их помощью пилот вводит план полета, производит необходимые настройки и расчеты. Пример исполнения вычислителя и пульта ВСС производства Universal Avionics показан на рис. Успехи микроэлектроники позволяют в новых ВСС встраивать вычислитель в пульт управления и индикации, не увеличивая габаритов последнего.
Для решения своих задач система принимает информацию от систем первичной информации (ИНС, СВС), радионавигационных систем (ILS, VOR, DME), электронного хронометра, а также от других систем автоматического пилотирования (ВСУП, ВСУТ). Системы ВСС нового поколения сопрягаются также со спутниковой навигационной системой, что позволяет обеспечить более высокую точность самолетовождения, чем при использовании одной только ИНС.
В перспективе ВСС должна обеспечить 4-мерное самолетовождение, то есть доставку самолета из одной точки пространства в другую в заданное время.