Диссертация (Система автоматического управления посадочным маневром беспилотного летательного аппарата при действии бокового ветра), страница 2

По теме диссертации опубликовано 3работы, из них 3 – в изданиях, включенных в Перечень ведущих рецензируемыхнаучных журналов и изданий ВАК. Научные и прикладные результатыдокладывались и обсуждались на международном научно – техническом семинаре«Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработкиинформации», г. Алушта в 2013 и 2014 годах.8ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ИЗВЕСТНЫХ СИСТЕМ ПОСАДКИ.ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ1.1Анализ известных систем управления посадкой самолетаОбщепризнано, что из всех режимов полета летательных аппаратовнаиболее напряженным является непосредственно посадка, особенно при ручномуправлении.Ручная посадка любого самолета на шасси состоит из следующих четкоразделяемых стадий [1]: заход на посадку; снижение; выравнивание; выдерживание; приземление; пробег.После завершения захода на посадку начинается процесс непосредственнойпосадки, рассмотренной в работе.

При снижении важно сохранить угол тангажапостоянным, другими словами самолет должен пикировать с постояннымнебольшим отрицательным углом тангажа, а значит и с постоянным углом атаки.Если ветер дует не прямо вдоль полосы, а с небольшим углом, необходимодержать самолет вдоль оси полосы, он будет лететь со скольжением, т.е. осьфюзеляжа будет расположена под углом по отношению к оси посадочной полосы.При выравнивании угол тангажа нужно уменьшить, добившись близкого кгоризонтальному. При этом нужна скорость руля относительно воздуха, чтобыаэродинамические рули продолжали действовать.При выдерживании необходимо сохранять горизонтальное положениесамолета некоторое время, не давая ему пикировать и не давая задирать нос ипостепенно уменьшая скорость полета, чтобы самолет сел на "три точки", если9это заднеколесная схема шасси. Самолет должен коснуться земли сначалазадними колесами и только потом плавно опустить нос и коснуться землипередней стойкой [2].Как только самолет коснется земли, начинается завершающая стадияуправления пробегом при постепенном снижении скорости движения.

Приувеличении боковой скорости ветра выполнение перечисленных стадий резкоосложняется, особенно на стадии выдерживания, которая является самой важной,т.к. к её концу нужно обнулить курсовой и путевой угол относительно заданнойлинии пути середины взлетно-посадочной полосы (далее ВПП).Любые угловые отклонения приведут к неоправданному увеличениюнагрузки на шасси в точке приземления. Поэтому большинство авиакатастрофпроисходят на завершающей стадии полета – посадке.

При посадке крайневажным является тщательное наблюдение за параметрами, особенно принеблагоприятных погодных условиях, и принятие экипажем правильногорешения. Секунды промедления и неспособность членов экипажа договоритьсямогут привести к катастрофе [3].Известны различные способы, повышающие уровень безопасности призаходе на посадку и посадке.

В частности, это посадка по приборам – сприменениемсистемыназемногооборудования,обеспечивающейчеткоеуправление самолетом при заходе на посадку и посадке, используя комбинациирадиосигналов и во многих случаях интенсивную световую матрицу дляобеспечения безопасности посадки в сложных метеорологических условиях,таких как низкая предельная высота, сильный боковой ветер или ограниченнаявидимость из-за снега, дождя и тумана.Посадка воздушного судна (ВС) на аэродроме производится на ВПП,имеющую, как правило, два направления захода на посадку.

Обычно посадкувыполняют при встречном и встречно-боковом ветре. При этом для каждого типаВС боковая составляющая ветра не должна превышать заданного предельногозначения.10Курс,соответствующийрабочемунаправлениюВПП,называетсяпосадочным. В настоящее время применяют три типа систем посадки:радиотехническую (ОСП), радиомаячную (РМС), радиолокационную (РСП).Наземное и бортовое оборудование системы посадки обеспечивает выводВС на аэродром, полет по установленной схеме захода и снижение по заданнойтраектории.

Каждый аэродром, как правило, оборудуется дальней приводнойрадиостанцией с маркером (ДПРМ) и ближней приводной радиостанцией смаркером (БПРМ) с радиокамерами, а также светосигнальными системами, огникоторых облегчают взлет, посадку и руление ВС. ДПРМ – основнаярадионавигационная точка аэродрома (см. рисунок 1.1).Рисунок 1.1 – Схема наземной системы посадкиОсновная задача любой системы посадки – обеспечение вывода ВС налинию курса и глиссаду снижения.

При использовании посадочных систем подлинией курса понимается горизонтальная линия, проходящая через продольнуюось ВПП. Глиссадой снижения называется траектория снижения ВС ввертикальной плоскости при заходе на посадку. За траекторию сниженияпринимается линия движения нижней точки шасси. Выход на линию заданногопосадочного курса и полет по ней при заходе на посадку по системе ОСПвыполняют по ДПРМ, а после его пролета – по БПРМ.11ВС пролетает ДПРМ и БПРМ при их стандартном расположении на высотахсоответственно 200 и 60 м.Для аэродромов гражданской авиации установлены посадочные минимумытрех категорий, характеризуемые высотой принятия решения (ВПР), котораясоответствует высоте нижней границы облаков (ВНГО) и дальности видимости наВПП.

Минимум первой категории предусматривает заход на посадку до ВПР 60 мпри дальности видимости на ВПП 800 м; минимум второй категории: ВПР менее60 м, но не менее 30 м, видимость на ВПП менее 800 м, но не менее 400 м;минимум третьей категории: ВПР менее 30 м, видимость на ВПП менее 400 м.Таким образом, минимум аэродрома для посадки отражает минимальнодопустимые значения ВПР (или ВНГО) и видимости на ВПП, при которыхразрешается выполнять посадку на ВС данного типа.Высота принятия решения – установленная относительная высота, накоторой должен быть начат маневр ухода на второй круг (рисунок 1.1) в техслучаях, если до достижения этой высоты командиром ВС не был установленнеобходимый визуальный контакт с ориентирами для продолжения захода напосадку или положение ВС в пространстве, или параметры его движения необеспечивают безопасности посадки.

ВПР принято отсчитывать от уровня порогаВПП по барометрическому высотомеру, который установлен на атмосферноедавление аэродрома посадки [4].Заход на посадку по курсо-глиссадной системеКурсо-глиссадная система является наиболее распространенной на крупныхоборудованных аэродромах. Она содержит, как описано в [5]: Курсовой радиомаяк (КРМ), который обеспечивает наведениесамолета в горизонтальной плоскости – по курсу. Глиссадныйрадиомаяк(ГРМ),обеспечивающийвертикальной плоскости – по глиссаде.наведениев12 Маркеры, сигнализирующие момент пролета определенных точек натраектории захода.

Обычно маркеры устанавливаются на ДПРМ иБПРМ. Приемные устройства на борту самолета, обеспечивающие прием иобработку сигнала.Курсовой и глиссадный маяки устанавливаются возле ВПП. Курсовой маяк- в противоположном торце ВПП по осевой линии, глиссадный маяк сбоку отВПП на удалении точки приземления от порога ВПП (см. рисунок 1.2).Рисунок 1.2 – Схема расположения КРМ и ГРМ относительно ВПППри работе курсовой маяк формирует два разночастотных сигнала, которыесхематично можно показать как два лепестка, направленные вдоль траекториизахода на посадку (см.

рисунок 1.3).Рисунок 1.3 – Сигналы, формируемые курсовым маякомЕсли самолет находится точно на пересечении этих двух лепестков,мощность обоих сигналов одинакова, соответственно разность их мощностейравна нулю, и индикаторы прибора выдают 0. Если самолет отклонился влево иливправо, то один сигнал начинает преобладать над другим. И чем дальше от линиикурса, тем больше это преобладание. В результате этого за счет разницы в13мощности сигнала приемник самолета точно устанавливает, насколько далеконаходится самолет от линии курса.Глиссадный маяк работает точно по такому же принципу, только ввертикальной плоскости.Известно, что задача выполнения снижения по заданной траектории призаходе на посадку и посадки по приборам оказывается настолько сложной, чтолетчик не всегда может с ней справиться, в то время как многие самолеты ужеоборудованы автопилотами, способными производить автоматическую посадку.Большие скорости полета и требуемая высокая точность выполнениятраекторного движения самолета при решении ряда тактических и навигационныхзадач возможны только при использовании средств автоматического идиректорного управления.

В ряде ответственных режимов полета, например, всложных метеорологических условиях, при ограниченности времени на принятиерешений может произойти изменение заданной траектории полета, потерякоординации управления, что нередко приводит к летным происшествиям [6]Режим непосредственно посадки имеет достаточно высокую скоротечностьи требует при ручном управлении от экипажа быстрой реакции на происходящиеизменения. Время на заход на посадку и посадку занимает не более 1-2% всеговремени полета, однако на этот режим приходится более 50% всех авиационныхпроисшествий. За последние 40 лет на этот режим пришлось около 55% всехпотерь.

Трудности управления особенно возрастают в условиях плохойвидимости (туман, темнота) и сильного ветра [7].Реализация автоматической посадки ЛА, что весьма актуально длябеспилотных летательных аппаратов (БЛА), представляет еще более сложнуюзадачу. В этом случае, вместо летчика бортовая система управления должнарешать задачи планирования действий, оценки текущего состояния и управленияисполнительными органами. При этом система автоматического управления(САУ) должна обеспечивать устойчивость, малое время отработки большихотклонений, адаптивность к воздействию возмущений и точность выхода взаданную точку приземления.14В соответствии с принятой Международной организацией гражданскойавиации (ICAO — International Civil Aviation Organization) классификацией,различают три основные категории посадки в зависимости от параметровметеоминимумов – дальности видимости и высоты нижней границы облаковСтоит пояснить,чтосистемыпосадкикатегорииI обеспечиваютавтоматический возврат воздушного судна в район аэродрома и снижение его поглиссаде до высоты 60 м над ВПП в условиях низкой облачности.