Системы автоматического управления полетом и ПНК

1. Дайте характеристику боковой устойчивости самолета и обоснуйте необходимость ее автоматического улучшения.

Ответ:

Статическая устойчивость бокового движения. Боковая статиче- ская устойчивость самолета определяет равновесие моментов рыскания и крена. Поэтому принято рассматривать два вида боковой статической устойчивости: путевую (флюгерную) относительно оси OY и попереч- ную относительно оси ОХ. Под путевой статической устойчивостью самолета понимают его способность самостоятельно без участия пилота в управлении противодействовать изменению угла скольжения. Пусть самолет находится в прямолинейном установившемся поле- те. Если в результате воздействия внешнего возмущения и изменения угла скольжения на величину ∆β появится аэродинамический момент Myβ, направленный на сохранение исходного угла скольжения, то самолет обладает путевой статической устойчивостью. Запас путевой статической устойчивости самолета удобно определяется через поло- жения координат центра масс самолета и фокуса T x F x β по углу скольжения относительно размаха крыла. Фокусом по углу скольжения называется точка, расположенная в плоскости симметрии самолета, относительно которой моменты рыс- кания и крена остаются постоянными при малых изменениях угла скольжения (рис. 4.1). Положение фокуса и центра масс самолета выражается в долях размаха.

Следовательно

Следовательно, отвечая на вторую часть вопроса, можнос казать, что автоматическое улучшение не обходимо для того, чтобы без участия пилота воздействовать на внешние возмущения и осуществлять полёт полёт по заданному курсу, не взирая на изменения угла скольжения(более подробное описание из книги Кузнецова страница 115 бумажная версия и глава 4 страница 51 электронной).

 

2. Дайте характеристику продольной управляемости самолета и обоснуйте необходимость ее автоматического обеспечения.

Наряду с устойчивостью основным свойством, определяющим возможность и безопасность полета самолета, является управляемость. Под управляемостью самолета понимается его способность выполнять в ответ на целенаправленные действия пилота или автоматики любой предусмотренный в процессе эксплуатации маневр в любых допустимых условиях полета, в том числе и при наличии возмущений. Сопоставляя понятия устойчивости и управляемости можно сделать вывод, что они противоположны друг другу. Устойчивость - способность самолета сохранять исходный режим, а управляемость - изменяв его. Однако, между этими свойствами существует и тесная взаимосвязь. С точки зрения пилота управляемость характеризует “послушность” самолета при повороте вокруг центра масс. Перемещение центра масс в пространстве определяется маневренностью самолета. Как и для устойчивости различают статическую и динамическую управляемость.

Статическая управляемость и балансировка продольного движения. Статическая управляемость продольного движения характеризуется значениями усилий на колонке штурвала и перемещениями колонки штурвала для выполнения маневра в вертикальной плоскости. Усилия и перемещения отсчитываются от определенных балансировочных уси­лий и перемещений, обеспечивающих равновесие моментов, дейст­вующих на самолет относительно поперечной оси О Z. Режимы (поле­та самолета, в которых можно считать действующие на самолет момен­ты уравновешенными, называются балансировочными Условием ста­тической балансировки самолета является равенство нулю результи­рующего момента тангажа M_R.

Влияние эксплуатационных факторов на продольную ба­лансировку и управляемость. Основными эксплуатационными факторами, влияющими на продольную балансировку и управляе­мость самолета, являются изменение центровки, полетной массы, положение механизации крыла, скорость, число М и высота полета.

Рассмотрим влияние центровки. Пусть центровка самолета увеличилась, тогда запас статической устойчивости уменьшится. Для балансировки самолета (см. рис. 3.4) потребуется отклонение руля высоты вниз. При уменьшении центровки и соответствующем увеличении запаса статической устойчивости потребуется баланси­ровочное отклонение руля высоты вверх.

Влияние полетной массы самолета проявляется в том. что при ее изменении меняется потребная подъемная сила. При увеличении полезной массы самолета для обеспечения горизонтального полета

с нормальной перегрузкой (П_у = ]) требуется большая подъемная

сила, что при одном и том же значении скорости достигается уве­личением угла атаки, г.е. отклонением руля высоты вверх. Таким образом, балансировочная кривая смещается вниз. Влияние поло­жения механизации крыла также проявляется в изменении подъем­ной силы, смещении фокуса самолета. В результате балансировоч­ная кривая смещается вниз.

Изменение скорости, числа \1 и высоты полета приводит к из-

cj n_v n_v

менению производных о_в и \_в вследствие различного дейст­вия набегающего потока воздуха. В результате для создания одной и той же перегрузки пилот должен прикладывать к колонке штур­вала различные усилия и создавать различные перемещения на различных режимах полета. Характеристики продольной управляе­мости оказываются переменными.

Перечисленные факторы существенно затрудняют пилотирова­ние самолета, увеличивают загруженность экипажа, в предельных проявлениях сказываются на безопасности полетов. Поэтому обес­печение балансировки и заданных показателей продольной управ­ляемости в течение всего полета возлагается на автоматические средства балансировки и улучшения продольной управляемости. Решается эта задача автоматическим отклонением стабилизатора и руля высоты в функции угловой скорости тангажа, нормальной перегрузки, скорости, высоты, числа М полета, отклонения колонки штурвала, а также путем изменения коэффициента штурвала в функции тех же параметров.

(Кузнецов стр. 33, 43)

3. Определите пилотажную задачу и обоснуйте необходимость ее автоматического решения.

. (Кузнецов – Автоматическое управление полетом самолета, введение)

Необходимость автоматизации управления полета самолетов первоначально была обусловлена их недостаточной устойчивостью и управляемостью. Полет на таких самолетах требовал высокой техники пилотирования. Использование автоматических средств стабилизации самолета по крену и тангажу облегчало труд пилота и делало полет менее опасным. По мере увеличения продолжительности и дальности, полетов возникла потребность разгрузить экипаж от утомительных и однообразных функций стабилизации самолета не только по крену и тангажу, но и по курсу.

 

4. Охарактеризуйте этап захода на посадку и роль автоматических средств в обеспечении управления самолетом на этом этапе.

(В.Г.Воробьев, С.В.Кузнецов, “Автоматическое управлением полетом самолетов”, стр.362)

Схема захода на посадку обеспечивает безопасность, разведение прибывающих и вылетающих воздушных судов, помогает соблюдать эшелонирование. Существует несколько типов захода, для каждого аэродрома публикуются определённые схемы. Выбор той или иной схемы обусловлен географическим расположением аэродрома и наличием на аэродроме того или иного радионавигационного оборудования.

Есть такое понятие как метеоминимум посадки – это минимальное допустимые значения высоты нижней границы облаков и наклонной дальности видимости, при которых обеспечивается возможность безопасной посадки. В соответствии с этим понятием можно выделить два этапа захода на посадку. Первый происходит в условиях отсутствия видимости земли и наземных ориентиров. Этот этап предусматривает директорное (по приборам) или автоматическое управление полетом с-та. Второй этап проходит в условиях наличия видимости земли и возможности визуальной привязки к наземным ориентирам. Этот этап осуществляется в режимах автоматического, директорного или ручного управления

 

5. Охарактеризуйте этап посадки и роль автоматических средств в обеспечении управления самолетом на этом этапе.

Посадкой самолёта называется заключительный этап полёта, начинающийся от начала этапа посадки (для полётов по правилам полётов по приборам (ППП) - это момент входа самолёта в глиссаду, для визуальных правил полётов (ПВП) - точки на последней прямой) и заканчивающийся в момент остановки самолёта на посадочной полосе или в момент её освобождения.

Посадка состоит из двух участков: снижения по глиссаде (или по посадочной прямой при полётах по ПВП) и собственно посадки, начинающейся с высоты 50 футов (15 м), на которой начинается выравнивание самолёта, касание посадочной полосы и пробега по ней до момента полной остановки самолёта.

 

Возможны два способа реализации траектории выравнивания: по жесткой программе, когда траектория формируется по отношению к ВПП с помощью специальных наземных средств (по аналогии с глиссадой), и по гибкой корректируемой программе, когда траектория формируется бортовыми средствами и жестко с ВПП не связана.

В первом способе бортовые средства должны измерять отклонение реальной траектории полета от заданной по жесткой программе наземными средствами. Создание таких наземных и бортовых средств – сложная задача. В то же время при отклонении самолета от траектории выравнивания под действием внешних возмущений устранить это отклонение практически невозможно, так как время переходного процесса стабилизации самолета на заданной траектории соизмеримо с временем выравнивания. Поэтому в современных системах посадки самолетов чаще применяется второй способ реализации траектории выравнивания.

При наличии информации о текущем положении самолета относительно некоторой точки на ВПП (высоты полета и дальности до данной точки) может быть осуществлено автоматическое управление посадкой самолета с выводом в заданную точку приземления. Принцип такого управления состоит в следующем. Если в процессе полета произошло отклонение от первоначальной траектории выравнивания, дальнейшее снижение самолета

происходит по новой траектории выравнивания.

Таким образом, задача автоматического управления выравниванием включает в себя выбор способа формирования оптимальной траектории движения самолета, которая при отсутствии внешних возмущений и расчетных начальных условиях обеспечивает приведение самолета в заданную точку касания ВПП. Кроме того, необходимо осуществить выбор средств, обеспечивающих движение самолета по траектории, близкой к расчетной при разбросе начальных условий и действии внешних возмущений.

 

(Подробнее см. уч. Воробьев, Кузнецов, АУПС)

 

6. Как и какими системами ПНО осуществляется автоматическое демпфирование колебаний самолета и устраняются перегрузки?

Ссылка: Учебник Кузнецова, Глава 6, стр 175-203.

 

7. Как и какими системами осуществляется автоматическое улучшение продольной управляемости и обеспечение постоянства усилий и перемещений ко­лонки штурвала порежимам?