СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВЫСОТОЙ ПОЛЕТА ПРИ ПОСАДКЕ Российский патент 1998 года по МПК B64C13/18 

Изобретение относится в области приборостроения, в частности к системам управления летательными аппаратами при посадке на наклонное, подвижное и колеблющееся основание (авианосец).

Известны системы управления высотой полета, описания которых приведены в книгах Михалева И.А. и др. "Системы автоматического управления самолетами", Москва, Машиностроение, 1971 г. с. 255; Загайнова Г.И. Гуськова Ю.П. "Управление полетом самолетов", Москва, Машиностроение, 1981 г. с. 161. Последняя система, структурная схема которой приведена на фиг. 1, принимается в качестве прототипа. Система содержит задатчик высоты (ЗВ), блок разности (БР), контур стабилизации (КС), блок информационных датчиков (БИД).

Сигнал заданной высоты H_з с выхода ЗВ поступает на первый вход БР, на второй вход которого поступает сигнал относительной высоты H_о с выхода БИД. В качестве измерителя относительной высоты H_о используется, например, радиовысотомер.

В БР формируется сигнал управления H_у (H_з-H_о)K, поступающий в КС, имеющего передаточную функцию где R=1+a₁p+.+a_n Pⁿ, K, K₁ коэффициенты передачи, p оператор дифференцирования; a_i коэффициенты, обеспечивающие качество регулирования в КС, вертикальная скорость полета, H_a - абсолютная высота полета.

При посадке на подвижную и колеблющуюся палубу авианосца вертикальная скорость самолета относительно посадочной плоскости имеет вид:

где v_с горизонтальная составляющая скорости полета самолета,
V_н горизонтальная составляющая скорости авианосца, θ_н угол наклона посадочной плоскости, r расстояние до центра вращения, угловая скорость вращения палубы.

Так как то и в замкнутом контуре управления высотой будет иметь движение по относительной высоте:

Здесь коэффициенты b_i выбираются из условия обеспечения качества регулирования.

Из уравнения движения следует, что при изменениях H_н и rθ_н имеют место погрешности по высоте и относительной вертикальной скорости:

что при
0, 60 м/сек, θ_н2^o, r=60 м, 2^o/сек, b₁=1 сек составляет δH_о4 м, 4 м/сек.

Наличие этих погрешностей является недостатком прототипа, так как существенно уменьшаются показатели безопасности при посадке.

Техническим результатом, достигаемым при использовании предлагаемого технического решения, является повышение точности работы системы и соответственно повышение безопасности посадки на подвижное колеблющееся основание (авианосец).

Достигается этот результат тем, что в систему, содержащую задатчик высоты, первый блок разности, контур стабилизации, блок информационных датчиков, причем выход задатчика высоты подключен к первому входу первого блока разности, выход которого подключен к входу контура стабилизации, дополнительно введены блок формирования относительной высоты и блок формирования сигнала коррекции, причем первый, второй и третий выходы блока информационных датчиков подключены соответственно к первому, второму и третьему входам блока формирования относительной высоты, выход которого подключен ко второму входу первого блока разности и к первому входу блока формирования сигнала коррекции, на второй вход которого подключен четвертый выход блока информационных датчиков, а выход блока формирования сигнала коррекции подключен к третьему входу первого блока разности.

Высота полета относительно плоскости посадки определяется в блоке формирования относительной высоты, выполненном на преобразователе координат, блоке умножения, втором блоке разности, блоке извлечения корня квадратного и блоке деления, выход которого подключен к выходу блока формирования относительной высоты, первый и второй входы которого подключены соответственно к первому и второму входу блока умножения, на третий и четвертый входы которого подключены соответственно первый и второй выходы преобразователя координат, на первый и второй входы которого подключены соответственно второй и третий входы блока формирования относительной высоты; причем первый, второй и третий выходы блока умножения подключены соответственно к первому, второму и третьему входам второго блока разности, выход которого подключен ко входу блока извлечения корня квадратного, выход которого подключен к первому входу блока деления, на второй вход которого подключен четвертый выход блока умножения.

Сигнал, компенсирующий влияние наклона и движения посадочной плоскости, формируется в блоке формирования сигнала коррекции, выполненном на блоке суммирования, блоке интерполяции, блоке запаздывания, третьем блоке разности, выход которого подключен к первому входу блока интерполяции и ко входу блока запаздывания, первый n-ый выходы которого подключены соответственно ко второму,(n+1)-му входам блока интерполяции, первый, m-ый выходы которого подключены соответственно к первому, m-му входам блока формирования сигнала коррекции, первый и второй входы которого подключены соответственно к первому и второму входам третьего блока разности.

На фиг. 1 представлена блок-схема прототипа, обозначения блоков приведено выше.

На фиг. 2 представлено геометрическое расположение летательного аппарата относительно посадочной плоскости, здесь обозначено:
BO; BO₁ горизонтальные линии, CC₁ продольная строительная ось летательного аппарата, θ_с угол тангажа летательного аппарата, O₂A_k линия посадки (палуба авианосца), θ_н угол наклона палубы, OO₁⊥B₁O₁H_о = OO₂⊥O₂A_к, OA₁ D₁ наклонная дальность, измеряемая первым измерителем дальности под углом визирования ϕ₁ относительно строительной оси OC₁, OA_k=D_k наклонная дальность, измеряемая K-ым измерителем под углом визирования ϕ_к относительно строительной оси OC₁. При этом относительная высота H_о=OO₂ по параметрам D₁, D_k, ϕ = ϕ₁ - ϕ_к определяется зависимостью

На фиг. 3 представлена блок-схема предлагаемой системы, содержащей:
1 первый блок разности БР1, 2 задатчик высоты ЗВ, 3 контур стабилизации КС, 4 блок информационных датчиков БИД, 5 блок формирования относительной высоты БФОВ, 6 блок формирования сигнала коррекции БФСК.

На фиг. 4 представлена блок-схема БФОВ 5,содержащего:
7 преобразователь координат ПК, 8 блок умножения БУ, 9 второй блок разности БР 2, 10 блок извлечения корня квадратного БИКК, 11 блок деления БД.

На фиг. 5 представлена блок-схема БФСК6, содержащего: 12 третий блок разности БРЗ, 13 блок запаздывания БЗ, 14 блок интерполяции БИ, 15 блок суммирования БС.

Система работает следующим образом.

С выхода ЗВ 2 сигнал заданной высоты H_з поступает на вход БР1 (1), на второй и третий входы которого поступают соответственно сигналы относительной высоты H_о с выхода БФОВ5 и сигнала коррекции F с выхода БФСК6. В БР1 1(1) формируется сигнал управления H_у=(H_з+F-H_о)K, поступающего на вход КСЗ, имеющего передаточную функцию
Как было показано выше при H_ар = (H_о + H_н + rθ_н)р, R=1+a₁p+.a_npⁿ в замкнутом контуре управления будет иметь место движения по высоте

В диапазоне времени T≤0,1 T_н, здесь T_н период частоты колебаний палубы авианосца функцию (H_н + rθ_н) можно представить в виде временного ряда степени m=n+1
(H_н + rθ_н) = f = C_о + C₁t + C₂t² + C_мt^м,
тогда H_oQ=H_з -fP (b₁+b₂P+.+b_mRⁿ)+F.

БИД4 содержит датчик абсолютной высоты H_а и датчики наклонной дальности, измеряющие (см. фиг. 2) дальность D₁=OA₁ с углом визирования ϕ₁ и дальность D_k с углом визирования ϕ_к В качестве датчиков D₁, D_k могут использоваться многолучевой разновысотомер соответственно с углами наклонов ϕ₁, ϕ_к; радиолокационный датчик или оптиколокационный датчик, а в качестве датчиков абсолютной высоты используется, например, барометрический датчик.

С первого, второго и третьего выходов БИД4 сигналы D₁, D_k, ϕ = ϕ₁ - ϕ_к поступают соответственно на первый, второй и третий входы БФОВ5. В БФОВ5 первый вход (сигнал D₁) подключен к первому входу БУ8, на второй вход которого подключен сигнал D_k со второго входа БФОВ5, подключенного также к первому входу ПК 7, на второй вход которого подключен сигнал ϕ с третьего входа БФОВ5. В ПК 7 формируются сигналы D_кsinϕ и D_кcosϕ которые с первого и второго выходов ПК 7 поступают соответственно на третий и четвертый БУ8. БУ8 реализован на четырех элементах умножения, на которых формируются сигналы D21

D2к, D₁D_кcosϕ, D₁D_кsinϕ. Сигналы D21, D2кD₁D_кcosϕ с первого, второго и третьего выходов БУ8 поступают соответственно на первый, второй и третий входы БР 2 (9), где формируется сигнал x = D21 + D2к - 2D₁D_кcosϕ поступающий на вход БИКК 10, в котором формируется сигнал поступающий на первый вход БД 11, на второй вход которого поступает сигнал D₁D_кsinϕ с четвертого выхода БУ 8.

В БД 11 формируется, реализующий зависимость (1), сигнал поступающий на вход БФОВ 5. С выхода БФОВ 5 сигнал H_о поступает на второй вход БР1 (1) и на первый вход БФСК 6, на второй вход которого поступает сигнал H_а с четвертого выхода БИД 4. В БФСК 6 (см. фиг. 5) первый и второй входы подключены соответственно к первому и второму входам БРЗ (12), где формируется сигнал
(H_а - H_о) = H_н + rθ_н + C = f + C = f_о
(здесь C постоянная величина), поступающий на первый вход БИ 14 и на вход БЗ 13. БЗ 13 реализован на "n" элементах запаздывания, на которых формируются сигналы
f₁ = f_о(t-τ₁), f₂ = f_о(t-τ₂), ..., f_n = f_о(t-τ_n)
(здесь τ₁, ..., τ_n постоянные времени запаздывания, при этом τ₁ + τ₂ + ... τ_n ≤ T ≤ 0,1T_н которые с первого n-го выходов БЗ 13 поступают на второй, (n+1)-ый входы БИ 14.

По поступившим сигналам f₀, f₁, f_n при известных τ₁, ..., τ_n на временном интервале T = τ₁ + ... + τ_n в БИ 14 по стандартным арифметическим процедурам (см. "Справочник по математике" И.Н.Бронштейн, К.А.Семендяев, г. Москва, Наука, 1986 г. с. 502) формируются коэффициенты C₁, C₂, C_m интерполяционного многочлена
f₀=C+C₀ + C₁t+c₂t²+.+C_mt^m.

Сигналы коэффициентов C₁, C₂, C_m с первого, m-го выходов БИ 14 поступают на первый, m-ый входы БС15.

Поскольку f₀ f+C C₀+C + C₁t+C₂t²+.C_mt^m,
, то соответственно в каждый момент времени t=0

В БС15 по поступившим сигналам C₁, C₂, C_m и известным величинам b₁, b₂, b_m, n, m n+1 формируется суммарный сигнал F C₁b₁ + 2C₂b₂ + + C_mb_mm¹! который в каждый момент времени равен

Сигнал F с выхода БС 15 поступает на выход БФСК 6, откуда сигнал F поступает на третий вход БР1 (1).

Примеры технического выполнения блоков БР, БС, БЗ, БУ, БД, БИКК, ПК приведены в книге И.М.Тетельбаума, Ю.Р.Шнейдера "400 схем для АВМ" Москва, Энергия, 1978 г. соответственно на с. 8, 49, 53, 84, 134.

Уравнение движения (2) при F fP(b₁+b₂P+.b_mPⁿ) принимает вид H₀Q H_з, соответственно по окончании переходного процесса H_o H_з, т.е. обеспечено достижение технического результата повышение точности работы системы.

Использование: изобретение относится к области приборостроения, в частности к системам управления высотой при посадке на подвижное, колеблющееся основание (палуба авианосца). Сущность: система управления высотой полета при посадке содержит задатчик высоты, блок разности, блок информационных датчиков, контур стабилизации и дополнительно введенные блок формирования относительной высоты и блок формирования сигнала коррекции, обеспечивающие управление по высоте относительно подвижной, колеблющейся плоскости посадки и компенсацию возмущающих воздействий. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система управления высотой полета при посадке, содержащая задатчик высоты, первый блок разности, контур стабилизации, блок информационных датчиков, причем выход задатчика высоты подключен к первому входу первого блока разности, выход которого подключен к входу контура стабилизации, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены блок формирования относительно высоты и блок формирования сигнала коррекции, причем первый, второй и третий выходы блока информационных датчиков подключены соответственно к первому, второму и третьему входам блока формирования относительной высоты, выход которого подключен к второму входу первого блока разности и к первому входу блока формирования сигнала коррекции, на второй вход которого подключен четвертый выход блока информационных датчиков, а выход блока формирования сигнала коррекции подключен к третьему входу первого блока разности. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что блок формирования относительной высоты выполнен на преобразователе координат, блоке умножения, втором блоке разности, блоке извлечения корня квадратного и блоке деления, выход которого подключен к выходу блока формирования относительной высоты, первый и второй входы которого подключены соответственно к первому и второму входам блока умножения, на третий и четвертый входы которого подключены соответственно первый и второй выходы преобразователя координат, на первый и второй входы которого подключены соответственно второй и третий входы блока формирования относительной высоты, причем первый, второй и третий выходы блока умножения подключены соответственно к первому, второму и третьему входам второго блока разности, выход которого подключен к входу блока извлечения корня квадратного, выход которого подключен к первому входу блока деления, на второй вход которого подключен четвертый выход блока умножения. 3. Система по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что блок формирования сигнала коррекции выполнен на блоке суммирования, блоке интерполяции, блоке запаздывания, третьем блоке разности, выход которого подключен к первому входу блока интерполяции и к входу блока запаздывания, первый, n-й выходы которого подключены соответственно к второму, (n + 1)-ому входам блока интерполяции, первый, m-й выходы которого подключены соответственно к первому, m-ому входам блока суммирования, выход которого подключен к выходу блока формирования сигнала коррекции, первый и второй входы которого подключены соответственно к первому и второму входам третьего блока разности.