Диссертация (Динамика цифровых резервированных асинхронных многотактных систем управления магистральных самолетов), страница 5

д.). Здесь следует отметить работы Г.С. Бюшгенса,Ю.Ф. Шелюхина, Ю.И. Диденко, В.К. Святодуха, О.Ю. Алашеева, В.Я. Воронова,В.И. Гониодского и др. [1–4, 24–47]. Данные алгоритмы характеризуютсяприменением интегральных (или астатических) звеньев для обеспечениязаданных характеристик управляемости и ограничения предельных параметровполета.

Возможность и целесообразность применения астатических системуправления были обоснованы в работах Г.С. Бюшгенса, Ю.И. Сидорова,Ю.А. Борисаидр.[1–4, 24–29, 32–34, 36–37, 46–47].Применениеданныхалгоритмов требует использования достаточно сложных многопараметрическихзависимостей коэффициентов законов управления от параметров полета. Высокиетребования,предъявляемыексистемеуправленияподинамическимхарактеристикам, точности, надежности, гибкости и адаптации к различнымвариантам, определяют ее архитектурное построение в виде цифровойдистанционной системы.Современная ЦСДУ выполняет широкий спектр функций: улучшениеустойчивости и управляемости, ограничение параметров, снижение нагрузок,23парирование возмущений и др. Уровень критичности этих функций вобеспечении безопасности полета различен [1, 10, 13–22].

Например, функциюобеспечения характеристик устойчивости и управляемости, достаточных длябезопасного завершения полета, следует считать критичной, и надежность еереализации должна быть обеспечена на самом высоком уровне; функцииограничения параметров, стабилизации, парирования отказов – не столькритичны, и надежность их реализации может быть снижена по сравнению скритической функцией. Следовательно, каждой функции, реализуемой в ЦСДУ,необходимо присвоить определенный уровень критичности.

Надежность средств,аппаратных и программных, реализующих эти функции, должна зависеть отуровня их критичности. Например, наивысший уровень критичности имеют тефункции, которые определяют безопасность, то есть потеря которых приводит ккатастрофической ситуации. Вероятность отказа аппаратно-программных средств,реализующих ее, должна быть не ниже 10–9. Более низкий уровень критичностиимеют функции ЦСДУ, которые обеспечивают самолету уровень устойчивости иуправляемости в соответствии с требованиями АП-25/FAR-25.

Потеря такихфункций трактуется как аварийная ситуация. Это функции повышенияустойчивости и управляемости до оценки не более 2 по шкале Купера–Харпера,ограничения (или предупреждения) предельного угла атаки, парирования отказакритического двигателя на взлете и т. д. Вероятность отказа этих функций должнабыть не выше 10–7. Такие функции, как парирование возмущающих моментов приизменении конфигурации (выпуск/уборка механизации) и тяги двигателей,ограничение углов тангажа и крена и их стабилизация после окончаниявмешательства летчика в управление и др., могут иметь более низкий уровеньнадежности.

Вероятность потери таких функций должна быть не ниже 10–5.1.1 Принципы построения ЦСДУСтруктурноепостроениеЦСДУдолжноотражатьтребованияпообеспечению надежности функций различного уровня важности. Основнойконтур реализует весь спектр функций, для чего требуется большое количество24разнообразной информации, обеспечиваемой многочисленными датчиками иинформационными системами.

В силу этого, основной контур реализуется, какправило, в цифровых вычислителях с развитой системой интерфейса. Приреализации критических функций необходимо использовать минимальный составэлементов (оборудования), чтобы гарантировать необходимую надежность, либоповышать уровень резервирования этих элементов.

Поэтому в структуре ЦСДУпредусматривается резервный и, при необходимости, аварийный контур,реализующийкритическиефункции.Этотконтур«прямого»илипропорционального управления ограниченным количеством аэродинамическихорганов может быть создан как аналоговый, аналого-цифровой или цифровой. Вслучае использования в составе этого контура цифровых элементов требования понадежности распространяются как на аппаратную, так и программную часть этихэлементов.

В зависимости от статических и динамических характеристиксамолета как объекта управления (без автоматики) может потребоваться введениев данный контур цепей демпфирования быстрых колебательных движенийобъекта по тангажу и рысканию, то есть введение демпферов тангажа и рыскания.Такая необходимость практически всегда появляется при создании семействасамолетов: наиболее «короткий» самолет (наименьшее AГО и BВО) обычнообладает недостаточными характеристиками собственной устойчивости иуправляемости.Уровеньхарактеристикустойчивостииуправляемости,обеспечиваемый этим контуром, должен быть достаточным для завершенияполета и безопасной посадки. По возможности, он должен быть автономен, т. е.иметь минимум общих элементов с основным контуром управления.

Режимработы резервного и основного контуров независимый, с автоматическимпереключением на резервный контур в случае отказа основного.Итак, современная СДУ строится по иерархическому принципу и имееттрехуровневую структуру: основной, резервный и аварийный контуры (рис. 1.1).Основной цифровой дистанционный контур СДУ совместно с сопрягаемымоборудованием должен обеспечивать весь спектр функций управления (функциипилотирования с обеспечением заданных характеристик устойчивости и25управляемости, функции предупреждения и ограничения, функции комфортногоуправления).Резервный дистанционный контур (цифровой, аналоговый или аналогоцифровой) должен обеспечивать ограниченный спектр функций управления,достаточный для безопасного завершения полета.Аварийный контур (если он необходим по условиям надежности) долженобеспечивать минимальный уровень управляемости в случае отказа основного ирезервного контуров.Рисунок 1.1 – Иерархическое построение системы управления самолетаРассмотрим основные функции основного, резервного и аварийногоконтуров более подробно.Основной контур СДУ совместно с сопрягаемым оборудованием долженобеспечивать:− требуемые характеристики устойчивости и управляемости при ручномуправлении в ожидаемых условиях эксплуатации в соответствии стребованиями FAR-25 и других авиационных правил и нормативныхдокументов;26− на всех режимах полета автоматическое предупреждение (тряска штурвала,затяжеление управления, увеличение устойчивости и др.

в режиме ручногоуправления) с целью невыхода за ограничения по углам атаки, нормальнойперегрузке, углам тангажа и крена, скорости и числу Маха полета;− на всех режимах полета автоматическое ограничение угла атакисваливания, максимальной скорости VD, отклонения руля направления порежимам полета;− автоматическую и ручную балансировку в продольном и поперечномканалах управления;− ручную балансировку в путевом канале;− автоматическое и ручное отклонение интерцепторов и тормозных щитковв полете и на земле;− автоматическое и ручное торможение самолета в полете и на пробеге;− стабилизацию тангажа и крена при невмешательстве летчика в управлениесамолетом через рычаги управления;− автоматическое снижение нагрузок на конструкцию самолета приманеврах и порывах ветра и повышение комфорта пассажиров и экипажа;− автоматическоепарированиевозмущающихмоментовприотказедвигателя;− парированиеосновныхвозмущений,обусловленныхизменениемконфигурации самолета и тяги двигателей;− автоматическое и ручное управление закрылками и предкрылками в полетеи на земле.

При этом автоматическое управление обеспечивает заданныезапасы до скорости сваливания и максимальные возможные величиныбалансировочного аэродинамического качества на режимах взлета и уходана второй круг;− заданное качество отработки командных сигналов вычислительнойсистемы управления полетом.Резервный контур СДУ совместно с сопрягаемым оборудованием долженобеспечивать безопасное продолжение и завершение полета, т. е.:27− ручное управление по тангажу, крену и рысканию от командных рычаговпилотов;− ручную балансировку по тангажу, крену и рысканию;− управление интерцепторами как тормозами от рычагов управленияаэродинамическими органами торможения как в воздухе, так и на земле;− ручное управление воздушными тормозами;− ручное управление закрылками и предкрылками от рычагов управления.Аварийный контур СДУ совместно с сопрягаемым оборудованием долженобеспечивать безопасное завершение полета, т.

е.:− минимальный уровень управляемости в случае отказа основного ирезервного контуров, достаточный для безопасного пилотирования.СДУ совместно с сопрягаемым оборудованием должна обеспечивать:− переход на резервный и аварийный режим управления с минимальнымивозмущениями в пределах заданных ограничений;− выдачу сигналов в систему регистрации параметров полета и системубортовых измерений СБИ, (на этапе наземных и летных испытанийсамолета);− непрерывныйконтрольисправностиСДУивзаимодействующихэлементов и систем в полете с автоматической локализацией отказавшегоэлемента и выдачей информации об отказе в систему сигнализации ирегистрации.1.2 Требования к характеристикам основного контураКаждый контур системы дистанционного управления должен обеспечиватьопределенный уровень характеристик устойчивости и управляемости. Для выборазаконов и параметров каждого контура, обеспечивающих требуемый уровеньуправляемости,необходимоопределитьвполнеконкретныепоказателистатических и динамических характеристик управляемости.Ранее, до введения Авиационных правил АП-25 [14], в Нормах летнойгодности [13] были обозначены некоторые численные показатели характеристик28управляемости.

Например, статический показатель продольной управляемости(усилиенасозданиенормальнойединичнойперегрузки)ограничивалсявеличиной – 100 Н/ед. пер, а перемещение рычага управления (штурвальнойколонки) – величиной – 50 мм/ед. пер. Нормировалось время срабатыванияпереходного процесса по нормальной перегрузке величиной tср  4 с.К сожалению, в АП-25 практически полностью отсутствуют количественныетребования к характеристикам устойчивости и управляемости. Поэтому дляпроектирования законов СДУ нужно определить количественные показателихарактеристик устойчивости и управляемости для каждого из контуров.