Связанные системы управления самолетом

Автоматическое управление траекторией может использоваться на всех этапах полета. Простейшими в смысле реализации являются контуры раздельной стабилизации барометрической высоты и индикаторной скорости. В этих контурах текущие значения регулируемого параметра поддерживаются относительно уровня, задаваемого летчиком, а в качестве измерителей используются простые арифметические приборы.

Более сложны режимы управления траекторией в продольном и боковом движении самолета. Здесь требуемая траектория полета определяется в бортовой цифровой вычислительной машине (БЦВМ). В качестве измерителей координат и скорости самолета применяются барометрические и радиотехнические высотомеры, инерциальные системы, аэрометрические и доплеровские измерители скорости, а также наземные радиотехнические средства.

Высотомер — пилотажно-навигационный прибор, указывающий высоту полёта. По принципу устройства высотомеры делятся на барометрические и радиотехнические (иначе радиовысотомер).

Барометрический высотомер предназначен для определения барометрической высоты или относительной высоты полёта. Принцип действия барометрического высотомера основан на измерении давления атмосферы. Известно, что с увеличением высоты уменьшается и текущее атмосферное давление. Данный принцип положен в основу прибора, который на самом деле измеряет не высоту, а давление воздуха. Конструктивно прибор состоит из запаянной коробочки с мембраной, изменение положения которой механически связано со стрелками, перемещающимися вокруг шкалы, проградуированной в цифрах. Высота полёта воздушного судна над земной (либо водной) поверхностью вычисляется как разность давлений между точкой нахождения прибора и давлением воздуха на поверхности, высоту до которой необходимо измерить. Атмосферное давление на поверхности (как правило, в районе аэродромов посадки, горных массивов либо крупных опасных препятствий) сообщается экипажу наземными службами. Для правильного отображения высоты полёта на приборе необходимо вручную установить величину атмосферного давления на земле (или давление, приведённое к уровню моря). Неправильная установка экипажем такого давления при полётах с нулевой видимостью не раз становилась причиной авиакатастроф.

Принцип действия радиовысотомера (РВ) основан на измерении отрезка времени между посылкой и приёмом электромагнитных волн, отражённых от поверхности, до которой измеряется высота (земля либо вода). В отличие от барометрических высотомеров радиовысотомер измеряет истинную высоту полёта, поэтому не зависит от наличия информации о давлении воздуха, отличается также более высокой точностью. На практике радиовысотомеры используются на малых высотах, вблизи земной (либо водной) поверхности, потому как применение данной технологии с больших высот требует мощного источника излучений, а также аппаратуры, способной эффективно противостоять помехам. Конструктивно прибор состоит из СВЧ радиопередатчика, направленная антенна которого расположена «на брюхе» воздушного судна, приёмника отражённого сигнала, устройств обработки сигналов, а также индикатора на приборной доске экипажа, на который передаются данные о текущей высоте. Радиовысотомеры делятся на РВ малых высот (например, отечественные РВ-3, РВ-5), которые предназначены для определения высот до 1500 метров и, как правило, работают в режиме непрерывной радиолокации, и высотомеры больших высот (более 1500 м, наподобие РВ-18, измеряющего высоты до 30 км), обычно работающие в импульсном режиме. Практически у всех РВ имеется сигнализатор малой высоты, подающий световой и звуковой сигнал при понижении высоты ниже заданной, установленной лётчиком. К недостаткам прибора можно отнести выраженную направленность измерений (направление луча передатчика, направленного перпендикулярно вниз). По этой причине применение радиовысотомеров эффективно только в равнинной местности и практически бесполезно в горных и сильно пересечённых районах. В крене РВ показывает завышенную высоту, так как высота — вертикальный катет треугольника, а луч радиовысотомера в крене направлен по гипотенузе, поэтому при значительных кренах (более 15-20 градусов) может включаться предупреждающая световая сигнализация. Тангаж обычно не учитывается, так как у транспортных летательных аппаратов он редко превышает упомянутые 15-20°. Кроме того, вызывает вопросы экологичность радиоизмерений, так как для обеспечения требуемой точности необходимо применять коротковолновые мощные передатчики, несущие явную опасность для биосферы.

Для определения высоты могут использоваться также GPS-приёмники. Принцип действия основан на одновременном измерении расстояния до нескольких (как правило — от четырёх до шести) вещающих спутников, находящихся на известных и специально корректируемых орбитах. На основании математических вычислений прибор определяет точку в пространстве — координаты φ, λ — широту и долготу места на модели поверхности Земли, а также высоту Н относительно среднего уровня моря модели. С точки зрения истинности отображения координат имеет преимущество как перед барометрическими, так и перед радиотехническими высотомерами, так как не зависит ни от атмосферного давления, ни от измерения расстояния до физического рельефа местности. Точность измерений при необходимости может достигать порядка нескольких сантиметров, однако на практике такие измерения доступны по специальному соглашению с владельцем Сети, с применением дорогостоящего оборудования, и по этой причине в быту не применяются. Точность измерения бытовых приборов GPS — порядка 10 метров, что вполне достаточно для большинства задач ориентирования.

В конструкции гамма-лучевого высотомера используется источник гамма-излучения (обычно — изотопы 60Со, 137Сs). Приёмник фиксирует обратное фотонное излучение, отражённое от объектов подстилающей поверхности. ГЛВ обладают высокой точностью, устойчивы к воздействию различного рода помех, влияющих на точность измерений. Гамма-лучевые высотомеры используются на малых высотах (метры, десятки метров от поверхности). Основное применение — системы мягкой посадки космических кораблей.

Указатель скорости — пилотажный контрольно-измерительный прибор, показывающий скорость полёта относительно воздушной среды. Действие устройства основано на измерении скоростного напора воздушного потока. Существуют указатели истинной воздушной скорости, индикаторной (приборной) скорости и комбинированные приборы. Некоторые модели указателей скорости предназначены также для определения числа Маха; они применяются на скоростных реактивных самолётах.

Доплеровский измеритель скорости и сноса (ДИСС) — бортовое радиолокационное устройство, основанное на использовании эффекта Доплера (изменение частоты и длины волн, регистрируемых приёмником, вызванное движением их источника и/или движением приёмника), предназначенное для автоматического непрерывного измерения и индикации составляющих вектора скорости, модуля путевой скорости, угла сноса (угол между продольной осью ЛА и направлением его движения относительно земной поверхности, обусловлен боковым ветром) и координат летательного аппарата, автономно или в комплексе с навигационным оборудованием. В отличие от указателя скорости манометрического типа, который показывает скорость ЛА относительно воздушной среды, т. н. воздушную скорость, ДИСС определяет скорость относительно земной поверхности.

В БЦВМ навигационного комплекса на основе информации навигационных систем вычисляются отклонения от заданной траектории. В зависимости от этих отклонений в вычислителе системы траекторного управления формируются команды на изменение угловой ориентации (или перегрузки) самолета и определяется режим работы двигателя. Выработанные команды отрабатываются соответствующими системами регулирования.

Таким образом, в составе системы управления траекторным движением может быть выделено ядро (уровень управления), выполняющее исполнительные функции. Таким ядром при управлении продольным движением является система регулирования угла тангажа (или нормальной перегрузки), а при управлении боковым движением - система регулирования угла крена. Если структура ядра определена, то синтез системы управления траекторным движением сводится к определению законов формирования входных сигналов ядра

Входной сигнал ядра в общем случае формируется в функции отклонения регулируемого траекторного параметра, а также производной и интеграла от этого отклонения. В целях обеспечения устойчивости при больших начальных отклонениях от заданной траектории полета в закон управления вводятся отграничения, а именно: ограничиваются сигнал отклонения траекторного параметра и интеграл от этого сигнала. Для предотвращения выхода на недопустимые режимы полета ограничивается и сам входной сигнал ядра системы траекторного управления.

В курсовом проекте математическая модель движения самолета представлена сепаратными линеаризованными системами уравнений продольного движения самолета (плоского движения, при котором вектор скорости центра масс самолета лежит в плоскости его симметрии) и бокового движения самолета как твердого тела. Для описания продольного и бокового движения самолета используются системы варьированных уравнений, записанных в малых отклонениях от уравнений выбранного прямолинейного равномерного опорного движения.

Варьированные уравнения продольного движения в форме Лапласа (s – комплексная Лапласова переменная) при нулевых начальных условиях:

(s+c1)ωz + (c5s+c2) Δα + e3ΔV + c3Δδв + r3ΔP=0;

- ωz + (s+c4) Δα + e2ΔV + c9Δδв =0;

с8Δα + (s+ e1 )ΔV + c7Δυ - r1ΔP = 0;

с6Δα - с11ΔV - с6Δυ + sΔH = 0;

- ωz +sΔυ = 0.

Аналогичные варьированные уравнения бокового движения:

(s+b1)ωx + a6ωy + b2β + a5Δδн + b3Δδэ = 0;

b6ωx + (s+a1)ωy + a2β + a3Δδн + b5Δδэ = 0;

- b7ωx - a8ωy + (s+a4)β - b4 Δγ + a7Δδн = 0;

- ωx + a9ωy + (s-b8 )Δγ = 0;

- a10ωy + b9 Δγ + sΔψ = 0.

В работе рассматривается связанное управление продольным движением самолета по скорости и по высоте.

Мои исходные данные:

Проведем соответствие между динамическими коэффициентами:

• Основные характеристики сервопривода автопилота
• Стабилизация высоты
• Управление скоростью полета путем регулирования тяги двигателей
• Интегрированное управление движением самолета

Информация по теме:

Расчет деталей двигателя на прочность
Поршень работает в тяжелых условиях, так как подвергается воздействию как механических нагрузок от давления газов и сил инерции, так и термических из-за необходимости отвода теплоты от нагретой газами головки в охлаждающую среду. Кроме того, направляющая часть работает на износ при высоких температ ...

Расчет нагрузки каналов сети прямых соединений
Расчет нагрузки каналов и необходимого оборудования телеграфной станции при любой системе телеграфирования производится для часа наибольшего значения потоков телеграфных сообщений. При системе ПС, в случае занятости каналов внутридорожной сети, транзитные телеграммы направляются на автоматизированн ...

Виды и типы тарифов
Тариф — это утвержденная в установленном порядке сумма, взимаемая авиаперевозчиком за перевозку пассажира в соответствии с применяемым классом обслуживания, от пункта отправления do пункта назначения по определенному маршруту. В международной практике воздушных перевозок существуют отдельные группы ...