СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ КАТАПУЛЬТИРУЕМЫМ КРЕСЛОМ СПАСЕНИЯ ЭКИПАЖА Российский патент 2000 года по МПК B64D25/10 

Изобретение относится к области применения авиационных катапультируемых кресел особенно в опасных режимах полета.

Известны системы управления катапультируемыми креслами, описания которых приведены в сборнике [1] "Новости зарубежной науки и техники", серия "Авиационная и ракетная техника", ЦАГИ, N 20, 1986 г., стр. 3-21; [2] патент США НКИ N 224/122 AE, (N 877200, МПК B 64 D 25/10).

В качестве прототипа выбирается "Адаптивная система управления для аварийных устройств спасения экипажа", заявленная в вышеупомянутом патенте, структурно содержащая (см. фиг. 1) блок формирования заданной траектории (БФЗТ), блок разности (БР), контур стабилизации катапультируемого кресла (КСКК), блок датчиков параметров состояния (БДПС). По поступившим с выхода БДПС на вход БФЗТ данных о начальных условиях катапультирования, с учетом допустимых ограничений по перегрузкам, опасного сближения с землей, наискорейшего ухода из-под самолета при полете в перевернутом состоянии, в БФЗТ формируется сигнал заданной траектории движения по координатам во времени X₃(t), поступающий на второй вход БР, на первый вход которого с выхода БДПС поступают сигналы параметров состояния В БР формируется сигнал отклонения (здесь T₁, T₂ - постоянные времени), поступающий на второй вход КСКК, на первый вход которого поступают стабилизирующие сигналы (углы и угловые скорости эволюций кресла). КСКК с учетом стабилизирующих сигналов имеет по выходу X, например, передаточную функцию (здесь r₁, r₂, r₀ - степенные полиномы оператора дифференцирования P), тогда δ = r_oxp² и, например, при
r_o= τ22

+T33p+T44p⁴,
x[1+T₁p+(T22+τ22)p²+T33p³+T44p⁴] = xR = x₃(t),
откуда следует, что невозможно обеспечить оптимальное качество управления выбором двух параметров (T₁, T₂) из четырех (обеспечивается субоптимальное управление) и X₃(t) отрабатывается с погрешностью существенно искажающей заданную траекторию движения, что является недостатком прототипа, так как эти отклонения могут привести к опасному сближению с землей или к столкновению с самолетом.

Техническим результатом, достигаемым при использовании предлагаемого технического решения, является обеспечение оптимального качества управления и повышение точности выдерживания заданной траектории движения и, как следствие этого, повышение безопасности спасения членов экипажа.

Достигается технический результат тем, что в систему управления катапультируемым креслом спасения экипажа, содержащую блок формирования заданной траектории, блок разности и контур стабилизации катапультируемого кресла, а также блок датчиков параметров состояния, выход которого подключен ко входу блока формирования заданной траектории и к первым входа блока разности и контура стабилизации катапультируемого кресла дополнительно введены, включенный между выходом блока формирования заданной траектории и вторым входом блока разности, блок формирования комплексного сигнала управления, и, включенный между выходом блока разности и вторым входом контура стабилизации катапультируемого кресла, корректирующий фильтр системы.

На фиг. 1 представлена блок-схема прототипа, обозначения блоков на которой приведены выше.

На фиг. 2 представлена блок-схема предлагаемой системы, содержащей:
1 - блок формирования заданной траектории БФЗТ;
2 - блок формирования комплексного сигнала управления БФКСУ;
3 - блок разности БР;
4 - блок датчиков параметров состояния БДПС;
5 - контур стабилизации катапультируемого кресла КСКК;
6 - корректирующий фильтр системы КФС.

Система работает следующим образом.

БДПС4 (до катапультирования это могут быть бортовые датчики) измеряет параметры состояния, например, координаты, скорости и ускорения движения по трем осям, углы и угловые скорости эволюций, данные параметры с выхода БДПС4 поступают на вход БФЗТ1, на первые входы КСКК5 и БРЗ, на второй вход которого с выхода БФКСУ2 поступает заданный комплексный сигнал управления X_ЗУ(t), в БРЗ формируется разностный сигнал δ = (X_ЗУ - X•r), где X•r - сигнал поступивший на первый вход БРЗ, например,

где T₁, T₂ - постоянные времени.

КФС6 реализован, например, на линейном фильтре с передаточной функцией
где Q₁, Q₂ - степенные полиномы оператора дифференцирования P.

Пример технической реализации приведен в книге [3] И.М.Тетельбаума, Ю.Р. Шнейдера "400 схем для АВМ", Москва, Энергия, 1978 г., стр. 10.

В КФС6 формируется сигнал управления поступающий на второй вход КСК, являющегося застабилизированным по углам и угловым скоростям эволюций катапультным креслом с двигательной установкой (см. [2]), развивающим ускорение движения в соответствии с входным сигналом (здесь R₁, R₂ - степенные полиномы оператора P, при этом степень R₁, меньше степени R₂), тогда

При выборе физически реализуемых где R₀ - полином степени (n - 2), равной разности степеней полиномов R₂ и R₁, R_o= τ22

+T33p+...+Tnnp^n-2, при этом коэффициенты (постоянные времени) τ₂, T₃,...,T_n являются выбираемыми, тогда
x(p²R₀ + r) = xR = x_ЗУ,
R = 1+T₁p+(τ22+T22)p²+T33p³+...+Tnnpⁿ
где все параметры T₁, T₂, τ₂ , T₃, ..., T являются изменяемыми, поэтому их выбором (см. [4] книгу Н.Т.Кузовкова "Модальное управление и наблюдающие устройства", Москва, Машиностроение, 1976 г.) обеспечивается, в отличие от прототипа, оптимальное количество управления.

В БФЗТ1 в соответствии с начальными параметрами состояния формируется заданная траектория координат движения во времени:
x₃(t) = a₀ + a₁t + ... + a_kt^k,
(здесь a₀, ..., a_k - постоянные коэффициенты) и все производные, включая n-ую при K > n
= a₁ + 2a₂t + ... + a_k • k • t^k-1,
= 2a₂ + 6a₃t + ... + a_k ^(k-1) • kt^k-2,
= a_n • n! + ... + a_k • k(k-1) ... (k-n+1)t^k-n,
которые с выхода БФЗТ1 поступают на вход БФКСУ2, являющегося арифметическим устройством (см. книгу [5] Преснухина Л.Н. Нестерова П.В. "Цифровые вычислительные машины", Москва, Высшая школа, 1981 г., стр. 327), выполняющим операции перемножения поступивших сигналов на коэффициенты
b₀,...,b_n x₃(t) • b₀,
и суммирование

тогда xR = x₃R₃ и, соответственно, при b₀ = 1, b₁ = T₁, b₂= τ22

+T22, b₃ = T₃ ³,...,b_n = T_n ⁿ, R = R₃, x(t) = x₃(t)
т. е. в отличие от прототипа траектория движения по координатам точно приходит по заданной траектории, что свидетельствует о достижении технического результата.

Изобретение относится к оборудованию катапультируемых средств спасения экипажа. Система содержит последовательно соединенные блок датчиков параметров состояния, блок разности, контур стабилизации катапультируемого кресла и блок формирования заданной траектории. Для обеспечения оптимального качества управления и точного отслеживания заданных пространственно-временных траекторий в систему дополнительно введены корректирующий фильтр системы и блок формирования комплексного сигнала управления. Предложенное техническое решение повышает безопасность спасения членов экипажа. Особенно оно эффективно в опасных режимах катапультирования. 2 ил.

Система управления катапультируемым креслом спасения экипажа, содержащая последовательно соединенные блок датчиков параметров состояния и блок формирования заданной траектории, блок разности и контур стабилизации катапультируемого кресла, первые входы которых подключены к выходу блока датчиков параметров состояния, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены включенный между выходом блока формирования заданной траектории и вторым входом блока разности блок формирования комплексного сигнала управления и включенный между выходом блока разности и вторым входом контура стабилизации катапультируемого кресла корректирующий фильтр.