СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛА УПРАВЛЕНИЯ ОПУСКАНИЕМ ПЕРЕДНЕЙ СТОЙКИ ШАССИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА НА ПРОБЕГЕ ПО ПОВЕРХНОСТИ ВЗЛЕТНО-ПОСАДОЧНОЙ ПОЛОСЫ Российский патент 1995 года по МПК B64C13/00 

Изобретение относится к управлению летательными аппаратами (ЛА), а именно к управлению движением ЛА на пробеге по взлетно-посадочной полосе (ВПП) после приземления, и может быть использовано для автоматизации управления опусканием передней стойки шасси (ПСШ) на поверхность ВПП с пониженным коэффициентом сцепления или при отказе тормозов колес.

При посадке на поверхность ВПП с высоким коэффициентом сцепления (сухой бетон) для сокращения дистанции пробега в условиях ограниченных размеров ВПП желательно процесс опускания ПСШ выполнить за возможно короткое время, чтобы ввести в действие наиболее эффективное средство торможения тормоза колес основных стоек шасси (ОСШ).

При этом, как правило, необходимо обеспечить удовлетворение требований по прочности шасси: нагрузки на ОСШ и ПСШ должны оставаться в пределах эксплуатационного допуска. Желательно, чтобы процесс опускания ПСШ проходил по заданной программе изменения угла тангажа v и/или угловой скорости его изменения ω_z
Известны технические решения, использующие формирование сигнала управления на привод руля высоты (РВ), осуществляющего стабилизацию программы, структура и параметры которой выбраны так, чтобы достичь компромиcса между длительностью опускания и нагружением шасси как при безотрывном, так и отрывном (подскоки ЛА) опускании ПСШ.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу формирования сигнала управления на привод руля высоты является способ, при котором сигнал σ_рв формируют в виде суммы сигналов, пропорциональных разности текущего и программного значения угловой скорости тангажа и интегралу от этой разности
σ_РВ= K(ω_z-Kχ_p)+ K_v(ω_t-Kχ_p)dt (1) или σ_РВ= K(ω_z-ωзt

Сигнал ω_z^зад может формироваться как функция времени, угла тангажа, а может быть константой.

Возможный вид функции ω_z^зад (t) изображен на фиг.1. Формирование ω_z^зад(t) начинается при касании ВПП ОСШ и заканчивается при касании ВПП ПСШ.

На сухой бетонной ВПП средний реализуемый тормозной системой коэффициент трения μ_cp 0,25-0,3 на бетонной ВПП, покрытой слоем осадков толщиной до 29 мм или льдом, μ_cp 0,08-0,12. При посадке на поверхность ВПП с пониженным коэффициентом сцепления, когда тормоза колес гораздо менее эффективны (или при контролируемом отказе тормозов) более целесообразны, с точки зрения сокращения дистанции может оказаться длительное аэродинамическое торможение корпусом аппарата, т.е. максимально возможное по продолжительности движение его на двух ОСШ с поднятой ПСШ и, следовательно, с большим углом атаки (что соответствует формированию сигнала стабилизации постоянного значения угла тангажа, равного посадочному, или нулевого значения заданной угловой скорости тангажа). Вместе с тем и в этом случае обеспечение путевой управляемости аппарата в условиях действия возмущений (боковой ветер) и ненулевых начальных условий пробега может потребовать быстрого уменьшения подъемной силы и создания эффективного нагружения стоек шасси, на колесах которых возникают боковые силы, пропорциональные нормальным нагрузкам.

Недостатком способа-прототипа является неучет при формировании сигнала управления параметров бокового движения, указывающих на возможность выкатывания ЛА за боковую кромку ВПП.

В условиях приземления на ВПП с пониженным коэффициентом сцепления или при отказе тормозов, при отсутствии опасности выкатывания аппарата за боковую кромку ВПП (малые возмущения в боковом движении) значительно увеличивается дистанция пробега: вплоть до выкатывания аппарата в продольном направлении (за торец ВПП).

Сущность изобретения заключается в измерении угловой скорости тангажа, задании программного значения угловой скорости тангажа, формировании сигнала на привод руля высоты в виде суммы сигналов, пропорциональных разности текущего и программного значений угловой скорости тангажа и интегралу от этой разности, а также в дополнительном определении потребного сигнала σ_рн характеризующего динамику аппарата в боковом движении, сравнении его с предельным значением, характеризующим опасность выкатывания аппарата за боковую кромку ВПП σ_огр и обнулении заданной программы изменения угловой скорости в случае σ _рН≅ σ_огр
Особое значение имеет повышение безопасности пробега по мокрой или скользкой ВПП или при отказе тормозов колес для аппаратов, совершающих бездвигательную посадку (типа воздушно-космических самолетов (ВКС), а также аппаратов, не оборудованных такими средствами торможения, как реверс тяги и тормозной парашют.

Предлагаемый способ состоит в следующем.

После касания ЛА поверхности ВПП колесами ОСШ программное значение ω_z^зад 0 (см. фиг.1).

Динамику аппарата в боковом движении характеризует сигнал управления основным на этом этапе пробега органом рулем направления.

Закон управления рулем направления имеет вид, например:
σ _рн К_zZ + K_vz V_z + K_ϑ ϑ + K ω_y где z боковое отклонение от оси ВПП;
V_z скорость изменения бокового отклонения;
ϑ отклонение от курса посадки;
ω_y угловая скорость рыскания;
К_z, K_vz K_ϑ K постоянные или зависящие от скорости движения аппарата коэффициенты, выбираемые из условия обеспечения устойчивости и качества управляемого бокового движения аппарата по ВПП.

Предельным значением, характеризующим опасность выкатывания за боковую кромку, является значение σ_рногр соответствующее максимальному отклонению руля направления σ_рногр (с точностью до динамики привода руля направления σ_рн ≈ δ_рн ). Выход руля направления на максимальное значение (упор) свидетельствует о достижении предельных возможностей по управляемости (сохранение δ_рн [ δ_рн]_огр означает размыкание контура путевого управления, что ведет к выкатыванию аппарата за пределы ВПП). При посадке на обледенелую полосу или полосу со слоем воды, толщиной более 3 мм или при отказе тормозов колес ОСШ по обжатию штоков амортизаторов ОСШ начинается формирование заданной программы изменения угловой скорости ω_z^зад(t). При этом анализируется величина сигнала σ_рн Если ( σ_рн≅ [ δ_рногр, то формируется сигнал ω_z^зад 0, если же σ_рн > >[δ_рн] _огр, то для быстрого опускания ПСШ необходимо формировать сигнал в соответствии с заданной пpограммой ω_z^зад (t). Такое формирование управляющего сигнала на руль высоты, разрешая компромисс между обеспечением путевой управляемости и сокращением дистанции при вышеупомянутых условиях пробега аппарата, способствует сокращению дистанции пробега по сравнению с формированием сигнала по способу-прототипу в тех же условиях, не уменьшая возможностей по парированию бокового отклонения от оси ВПП. Вероятность выкатывания аппарата за пределы ВПП уменьшается, что означает повышение безопасности управляемого пробега.

Устройство для формирования сигнала управления представлено на фиг.2м и содержит амортизаторы ОСШ1 и ПСШ 2, датчики 3, 4 обжатий ОСШ и ПСШ, блоки 5, 6 выработки признаков обжатия, счетчик 7 времени, функциональный блок 8 формирования ω_z^зад(t), датчик угловой скорости (ДУС) 9, сравнивающие устройства 10, 11, функциональный блок 12 формирования σ_в f ( Δ ω_z), задатчик 13 величины [δ_рногр, функциональный блок 14 формирования σ_рнf(z, V_z, ϑ ω, Y), измерители 15 координат и скоростей.

Устройство работает следующим образом.

Сигналы с датчиков обжатий (концевых выключателей) 3 и 4, установленных на штоках амортизаторов ОСШ и ПСШ 1 и 2, поступают в блок выработки признаков обжатия (схема сравнения с пороговым значением, выполненная на релейных элементах).

Сигнал Р_ош на выходе блока выработки признака формируется в соответствии с выражением
1, если Δ h ≥ ε (обжато)
Р_ош, Р_нш
0, если Δ h < ε (не обжато) здесь Δ h величина обжатия штока амортизатора,
ε порог срабатывания концевого выключателя.

Сигналы обжатия Р_ош, Р_нш ("1" обжато, "0" не обжато) поступают в счетчик времени 7, являющийся задатчиком аргумента для функции ω_z^зад(t). Сигнал со счетчика времени поступает на вход функционального блока 8.

На второй вход блока 8 поступает сигнал со сравнивающего устройства 11, выходом которого является разность сигналов [ δ_рногр и [σ_рн Электронный ключ в блоке 8 по сигналу с блока 11 управляет обнулением функции ω_z^зад (t). На входы блока поступают сигналы / σ_рн /, полученный функциональным преобразованием в блоке 14 координат и скоростей, измеренных датчиками 15, а также сигнал [ δ_рногр с задатчика 13.

Выходной сигнал ω_z^зад (t) с функционального блока 8 поступает на сравнивающее устройство 10, где сравнивается с сигналом текущей угловой скорости ω_z (t), получаемым с датчика угловой скорости (ДУС) 9, разность сигналов ω_z и ω_z^зад поступает в функциональный блок 12, в котором сигнал Δ ω_z преобразуется в сигнал σ_в в соответствии с выражением (2).

При поступлении сигнала Р_ош 1 запускается счетчик времени, начинается формирование программы ω_z^зад(t). Если сигнал [σ_рн] достигает величины [ δ_рн]огр или превышает ее, функциональный преобразователь 8 формирует значение ω_z^зад в соответствии с программой. В противном случае электронный ключ (триггер или реле) обнуляет значение ω_z^зад По разности заданного и текущего значения угловой скорости формируется сигнал σ_в на привод руля высоты, с помощью которого в замкнутом контуре управления регулятор ЛА стабилизируется заданное программное значение ω_z^зад(t) либо ω_z^зад= 0. Формирование программы прекращается по сигналу Р_нш 1 (обжатию штока амортизатора ПСШ).

Формирование управляющего сигнала по данному способу позволяет сократить дистанцию пробега на 15-18% при посадке на мокрую полосу и таким образом повысить безопасность посадки.

Изобретение относится к управлению движением летательных аппаратов (ЛА) на пробеге по взлетно-посадочной полосе (ВПП), может быть использовано для автоматизации управления опусканием передней стойки шасси на ВПП и-позволяет повысить безопасность пробега ЛА на ВПП, поверхность которой имеет пониженный коэффициент сцепления (влажная, мокрая, покрытая льдом), или при отказе тормозов колес основных стоек шасси. Сигнал управления на привод руля высоты формируют в виде суммы сигналов, пропорциолнальных разности текущего и программного значения угловой скорости тангажа и интегралу от этой разности. При этом измеряют сигнал управления рулем направления σ_рн , определяющий динамику аппарата в боковом движении, сравнивают абсолютную величину этого сигнала со значением, соответствующим выходу руля направления на упор σ_огр и характеризующим опасность выкатывания аппарата за боковую кромку ВПП, и в случае σ_рн< σ_огр обнуляют программное значение угловой скорости тангажа. 2 ил.

СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛА УПРАВЛЕНИЯ ОПУСКАНИЕМ ПЕРЕДНЕЙ СТОЙКИ ШАССИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА НА ПРОБЕГЕ ПО ПОВЕРХНОСТИ ВЗЛЕТНО-ПОСАДОЧНОЙ ПОЛОСЫ, включающий измерение текущей угловой скорости тангажа, задание программного значения угловой скорости тангажа и формирование управляющего сигнала на привод руля высоты в виде суммы сигналов, пропорциональных разности текущего и программного значений угловой скорости тангажа и интегралу этой разности, отличающийся тем, что дополнительно измеряют потребный сигнал управления рулем направления, сравнивают его абсолютное значение с постоянной величиной, соответствующей выходу руля направления на упор для данного типа летательного аппарата, и в случае непревышения абсолютной величиной сигнала управления рулем направления постоянной величины, соответствующей выходу руля направления на упор, обнуляют программное значение угловой скорости тангажа.