СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ УБОРКОЙ МЕХАНИЗАЦИИ КРЫЛА САМОЛЕТА ТРАНСПОРТНОЙ КАТЕГОРИИ Российский патент 2013 года по МПК B64C13/00 

Предлагаемое изобретение относится к способам управления уборкой механизации крыла (закрылков и предкрылков) при взлете, повышающим безопасность полета самолетов транспортной категории посредством защиты закрылков и предкрылков от чрезмерных аэродинамических нагрузок за счет автоматизации системы управления механизацией.

Известен способ управления механизацией крыла, при котором уборку закрылков и предкрылков при разгоне самолета осуществляют в зависимости от коэффициента подъемной силы горизонтального полета. При этом на этапе взлета самолета уборку механизации осуществляют так, чтобы при каждой текущей конфигурации самолета, то есть при каждой текущей паре значений углов отклонения закрылков δ_з и предкрылков δ_пр достигалось максимальное аэродинамическое качество (В.К. Святодух, Ю.Ф. Шелюхин. «Проблемы безопасности полета самолетов гражданской авиации», статья в сборнике работ «Современные проблемы динамики и управления летательных аппаратов», Труды ЦАГИ, выпуск 2649, г.Жуковский, 2001 г., стр.18-19).

При таком способе управления уборкой механизации реализуются энергетически более выгодные траектории разгона самолета, однако вопросы нагружения механизации при этом не рассматриваются.

Наиболее близким аналогом - прототипом является способ управления уборкой механизации крыла самолета транспортной категории, реализуемый в автоматизированной системе управления механизацией крыла (АСУМК), интегрированной в комплексную систему управления (КСУ) самолета, при котором в процессе разгона после взлета измеряют текущие значения δ_{з тек} и δ_{пр тек}, активируют хранящуюся в бортовом вычислителе зависимость максимально допустимой скорости полета от углов отклонения закрылков и предкрылков V_FE(δ_з, δ_пр), определяют величину максимально допустимой скорости полета, соответствующую текущей комбинации углов отклонения закрылков и предкрылков V_FE(δ_{з тек}, δ_{пр тек}) и соответствующую ей скорость начала автоматического кабрирования самолета V_карб(δ_з, δ_пр)<V_FE(δ_з, δ_пр), в каждый момент времени полета измеряют воздушную скорость самолета V_EAS, проводят сравнение величины измеренной скорости V_EAS с величиной скорости V_карб(δ_з, δ_пр), при увеличении скорости V_EAS до значения V_кабр(δ_з, δ_пр) формируют в системе управления рулем высоты сигнал на кабрирование самолета с целью снижения темпа разгона, в процессе кабрирования сравнивают величину измеренной скорости VEAS с величиной максимально допустимой скорости полета V_FE(δ_{з тек}, δ_{пр тек}), при увеличении скорости V_EAS до значения V_FE(δ_{з тек}, δ_{пр тек}) осуществляют автоматическую уборку механизации (см. патент РФ №2364548, МПК B64C 13/16 «Система управления летательным аппаратом»).

Такой способ управления уборкой механизации крыла (закрылков и предкрылков) имеет два крупных недостатка. Во-первых, при снижении темпа набора скорости, которое обусловлено кабрированием самолета, увеличивается время достижения рекомендуемой в Руководстве по летной эксплуатации (РЛЭ) скорости полета по маршруту. Во-вторых, и это более существенно, скорость начала автоматической уборки механизации V_нау(δ_з, δ_пр) устанавливается равной максимально допустимой скорости полета с выпущенной механизацией V_FE(δ_з, δ_пр). При таком выборе скорости V_нау(δ_з, δ_пр) не может быть гарантировано непревышение границы V_FE(δ_з, δ_пр): начало уборки механизации при V_EAS=V_FE(δ_з, δ_пр) в случае интенсивного разгона самолета может оказаться запоздалым, так как из-за ограниченных угловых скоростей уборки закрылки и предкрылки не будут успевать за быстро увеличивающейся скоростью полета.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение надежной защиты границы максимально допустимых скоростей полета самолета с выпущенной механизацией V_FE(δ_з, δ_пр). Гарантированное непревышение границы V_FE(δ_з, δ_пр) позволит защитить механизацию крыла от чрезмерных аэродинамических нагрузок. Это особенно важно в тех случаях, когда в соответствии с п.25.335(e)(3) Авиационных правил, часть 25 (АП-25) в качестве расчетных скоростей полета с выпущенной механизацией приняты величины V_F(δ_з, δ_пр), меньшие рекомендованных в п.25.335(e)(2), а величины V_FE(δ_з, δ_пр) максимально приближены к расчетным значениям V_FE(δ_з, δ_пр).

Поставленный технический результат достигается тем, что в способе управления уборкой механизации крыла самолета транспортной категории, заключающемся в том, что в процессе разгона самолета на высоте начала уборки механизации измеряют текущие значения углов отклонения закрылков δ_{з тек} и предкрылков δ_{пр тек}, активируют хранящуюся в бортовом вычислителе зависимость максимально допустимой скорости полета от углов отклонения закрылков и предкрылков V_FE(δ_з, δ_пр), определяют скорость начала уборки механизации, равную величине скорости V_FE(δ_{з тек}, δ_{пр тек}), в каждый момент времени полета измеряют воздушную скорость самолета V_EAS, проводят сравнение текущего значения скорости полета V_EAS с величиной скорости V_FE(δ_{з тек}, δ_{пр тек}), при увеличении скорости V_EAS до значения V_FE(δ_{з тек}, δ_{пр тек}) осуществляют автоматическую уборку механизации, дополнительно устанавливают максимально допустимую скорость начала ручной уборки механизации V_нpy, максимально допустимую скорость начала автоматической уборки механизации V_нау как функции полетного веса самолета G и углов отклонения закрылков и предкрылков, меньшие скорости V_FE(δ_з, δ_пр), то есть V_нру(G, δ_з, δ_пр)<V_нау(G, δ_з, δ_пр)<V_FE(δ_з, δ_пр), а также расчетные зависимости максимально и минимально допустимых скоростей полета от полетного веса самолета и углов отклонения закрылков и предкрылков V_max(G, δ_з, δ_пр) и V_min(G, δ_з, δ_пр), реализуемые при последовательной уборке механизации из взлетного положения в крейсерское, которые определяют предварительно при математическом моделировании траекторий взлета и размещают в бортовом вычислителе, в полете измеряют текущее значение полетного веса самолета G_тек, активируют хранящиеся в бортовом вычислителе зависимости максимально и минимально допустимых скоростей начала уборки механизации V_max(G, δ_з, δ_пр) и V_min(G, δ_з, δ_пр), определяют величины этих скоростей, соответствующие текущим значениям параметров G, δ_з, δ_пр, то есть V_{max тек}=V_max(G_тек, δ_{з тек}, δ_{пр тек}) и V_{min тек}=V_min(G_тек, δ_{з тек}, δ_{пр тек}), задают летчику на шкале командно-пилотажного прибора диапазон скоростей безопасной уборки механизации посредством индикации на ней значений скоростей V_max(G_тек, δ_{з тек}, δ_{пр тек}) и V_min(G_тек, δ_{з тек}, δ_{пр тек}), индицируют на шкале командно-пилотажного прибора границу максимально допустимых скоростей полета с выпущенной механизацией V_FE(δ_{з тек}, δ_{пр тек}), при нахождении скорости V_EAS внутри диапазона скоростей безопасной уборки механизации посредством перемещения рычага управления механизацией в положение, соответствующее крейсерской конфигурации самолета, осуществляют уборку механизации, в процессе уборки механизации контролируют и обеспечивают нахождение текущего значения скорости V_EAS внутри диапазона скоростей безопасной уборки механизации за счет управления вертикальной скоростью набора высоты V_y, увеличивая ее при приближении скорости V_EAS к границе V_max и уменьшая при приближении к границе V_min, при невмешательстве летчика в управление механизацией активируют хранящуюся в бортовом вычислителе зависимость максимально допустимой скорости начала ручной уборки механизации V_нру от полетного веса самолета и углов отклонения закрылков и предкрылков, определяют текущее значение скорости V_{нру тек}=V_нру(G_тек, δ_{з тек}, δ_{пр тек}), проводят сравнение скорости V_EAS с величиной скорости V_{нру тек}, при выполнении условия V_EAS≥V_{нру тек} летчику формируют команду о необходимости начать уборку механизации, при продолжающемся невмешательстве летчика в управление механизацией определяют текущее значение скорости начала автоматической уборки V_{нру тек}=V_max(G_тек, δ_{з тек}, δ_{пр тек}), проводят сравнение скорости V_EAS со скоростью V_{нау тек}, при выполнении условия V_EAS≥V_{нау тек} осуществляют автоматическую уборку механизации.

Поставленный технический результат достигается также тем, что в указанном выше способе управления уборкой механизации крыла самолета транспортной категории с целью расширения диапазона скоростей полета, рекомендуемых в РЛЭ для уборки механизации, максимально допустимые скорости начала ручной и начала автоматической уборки механизации устанавливают дополнительно и как функции ускорения центра масс самолета вдоль траектории полета $${\dot{V}}_{к}$$ , то есть и , дополнительно определяют и размещают в памяти бортового вычислителя величины скоростей полета , наблюдавшиеся при математическом моделировании процессов уборки механизации при постановке закрылков в положение $${\text{δ}}_{{}_{\text{з}}}^{\text{*}}$$ , соответствующее началу уборки предкрылков, в полете измеряют текущее значение ускорения $${\dot{V}}_{ктек}$$ , а величину скорости V_max, являющейся верхней границей индицируемого на командно-пилотажном приборе диапазона скоростей безопасной уборки механизации, последовательно определяют из соотношений: - на этапе разгона до начала уборки механизации;

- на этапе уборки закрылков при δ_пр=δ_{пр взл}; V_max=min(V_{max 1}, V_{max 2}),

где , - на этапе совместной уборки закрылков и предкрылков; V_max=V_{max 2} - на этапе уборки предкрылков при δ_з=0.

Перечень фигур:

- фиг.1 - блок-схема, реализующая предлагаемый способ управления уборкой механизации;

- фиг.2 - уборка закрылков при использовании способа-прототипа;

- фиг.3 - уборка закрылков по предлагаемому способу с упреждением.

На фиг.1 показана блок-схема, реализующая предложенный способ управления уборкой механизации крыла с упреждением. На блок-схеме обозначено:

1 - датчики углов отклонения закрылков и предкрылков;

2 - система воздушных сигналов (СВС), формирующая данные о воздушных параметрах движения самолета;

3 - система измерения массы и центровки (СИМЦ);

4 - бесплатформенная инерциальная навигационная система (БИНС);

5 - бортовой вычислитель;

6 - командно-пилотажный прибор (КПП), шкала скорости;

7 - летчик;

8 - рычаг управления механизацией;

9 - рычаг продольного управления самолетом;

10 - рулевой привод закрылков;

11 - рулевой привод предкрылков;

12 - вычислитель системы автоматического управления уборкой механизации;

13 - блок автоматического управления уборкой механизации;

14 - блок управления приводом закрылков;

I - кабина экипажа;

V_EAS - скорость полета самолета;

δ_з, δ_пр - углы отклонения закрылков и предкрылков;

G - полетный вес самолета;

$${\dot{V}}_{к}$$ - ускорение центра масс самолета вдоль траектории полета;

V_FE(δ_з, δ_пр) - максимально допустимая скорость при выпущенной механизации;

V_нру - максимально допустимая скорость начала ручной уборки механизации;

V_нау - максимально допустимая скорость начала автоматической уборки механизации;

V_min - минимально допустимая скорость начала уборки механизации, являющаяся заданной функцией G, δ_з, δ_пр.

Надежную защиту границы максимально допустимых скоростей полета с выпущенной механизацией можно обеспечить, если осуществлять упреждающую уборку механизации, то есть начинать уборку механизации не после, а до достижения скоростью V_EAS значения V_FE(δ_з, δ_пр). Скорости полета V_EAS, соответствующие началу упреждающей уборки механизации, могут быть определены заранее методами математического моделирования траекторий взлета и размещены в бортовом вычислителе самолета.

При математическом моделировании траекторий взлета используются следующие математические модели:

- модель динамики продольного движения самолета, учитывающая зависимость аэродинамических коэффициентов C_ха, C_уа и m_z от углов отклонения закрылков и предкрылков;

- модель продольного канала комплексной системы управления, обеспечивающая регулирование передаточных чисел автоматики на взлетно-посадочных режимах полета;

- модель АСУМК, учитывающая ограничения угловых скоростей уборки закрылков и предкрылков , а также принятую последовательность уборки закрылков и предкрылков.

Ниже принимается, что сначала осуществляется уборка закрылков, а когда их угол отклонения уменьшается до величины $${\text{δ}}_{{}_{\text{з}}}^{\text{*}}$$ , включается уборка предкрылков. Цель математического моделирования траекторий взлета самолета заключается в том, чтобы для взлетной и промежуточной взлетной конфигураций самолета определить такие максимально допустимые скорости начала уборки механизации, при которых еще обеспечивается непревышение максимально допустимых скоростей полета с выпущенной механизацией в течение всего процесса уборки. При этом практический интерес представляет определение именно максимально допустимой скорости начала уборки механизации, поскольку расширяется диапазон скоростей безопасной уборки механизации от минимально допустимой, определяемой нормируемыми запасами скорости до сваливания, до максимально допустимой, определяемой наличием границы V_FE(δ_з, δ_пр), что упрощает пилотирование самолета на взлетно-посадочных режимах полета.

В отличие от прототипа, в котором скорость начала автоматической уборки механизации V_нау(δ_з, δ_пр)установлена равной скорости V_FE(δ_з, δ_пр), в предлагаемом способе эту скорость устанавливают меньшей скорости V_FE(δ_з, δ_пр). Поэтому задача математического моделирования заключается в том, чтобы определить такой запас от скорости V_нау(δ_з, δ_пр) до скорости V_FE(δ_з, δ_пр)и такое управление самолетом в процессе уборки механизации, чтобы, с одной стороны, обеспечивалось непревышение границы максимальных скоростей V_FE(δ_з, δ_пр), а с другой - обеспечивался максимальный разгон самолета, необходимый для скорейшего достижения скорости полета по маршруту. Очевидно, что этот запас должен зависеть от полетного веса самолета, тяги двигательной установки и угла наклона траектории, определяющих темп разгона самолета. При заданном полетном весе самолета G и заданной зависимости тяги от скорости полета P(V) скорость начала уборки механизации можно определить по следующей процедуре (для конкретности рассматривается уборка механизации из промежуточного взлетного положения, $${\delta }_{\text{з}}={\text{δ}}_{{}_{\text{з}}}^{\text{*}}=10°$$ , δ_{пр взл}=24°, и из взлетного положения, δ_{з взл}=18°, δ_{пр взл}=24°, зависимость V_FE(δ_з, δ_пр) приведена в таблице 1).

Таблица 1 Максимально допустимые скорости полета с выпущенной механизацией δ_з, град 18 16 14 12 10 $$\left({\text{δ}}_{{}_{\text{з}}}^{\text{*}}\right)$$ 8 6 4 2 0 0 0 0 δ_пр, град 24 24 24 24 24 21,5 18,9 16,2 13,6 12 8 4 0 V_FE(δ_з), км/ч 370 375 380 385 390 394 398 402 406 410   - - V_FE(δ_пр), км/ч 410 410 410 410 410 417 424 431 438 445 457 468 480 V_FE(δ_з, δ_пр), км/ч 370 375 380 385 390 394 398 402 406 410 457 468 480

1. На основании расчетов траекторий разгона самолета в прямолинейном горизонтальном полете на высоте начала уборки механизации при ее уборке из промежуточного взлетного положения в крейсерское, соответствующих различным значениям скорости начала уборки механизации, определяют то максимальное значение $$V_{нау}\left({\text{δ}}_{{}_{\text{з}}}^{\text{*}}\right)$$ , при котором зависимость V_EAS[δ_з(t), δ_пр(t)) не пересекает зависимость V_FE[δ_з, δ_пр).

2. На основании расчетов траекторий разгона самолета при уборке механизации из взлетного положения в промежуточное взлетное при различных значениях скорости начала уборки закрылков при δ_пр=δ_{пр взл}=const, определяют то значение V_{нау з}, при котором в момент уборки закрылков в положение $${\text{δ}}_{\text{з}}={\text{δ}}_{{}_{\text{з}}}^{\text{*}}$$ обеспечивается равенство $$V_{EAS}=V_{нау}\left({\text{δ}}_{{}_{\text{з}}}^{\text{*}}\right)$$ . Для рассматриваемой комбинации значений G и P(V) полученная величина V_нау является максимально допустимой скоростью начала уборки механизации из взлетного положения в крейсерское.

3. Проводят аналогичные расчеты для других заданных значений G и P(V).

В зависимости от объема используемой информации о параметрах полета (кроме данных о δ_з, δ_пр и скоростях V_EAS и V_FE (δ_з, δ_пр)) скорость V_нау[δ_з, δ_пр) определяют следующим образом:

1. Используют информацию только о полетном весе самолета. Для каждого полетного веса принимают наименьшую величину скорости начала уборки механизации, соответствующая наибольшей для данного полетного веса тяге при максимальном продолжительном режиме работы двигательной установки. Для гарантированного начала уборки механизации на этой скорости она должна осуществляться автоматически, во избежание неблагоприятного влияния человеческого фактора. Для каждого полетного веса самолета устанавливают также скорость начала ручной уборки механизации V_нру(G). Скорости начала ручной уборки механизации V_нру при рассматриваемом способе выбора скоростей V_нау определяют при математическом моделировании траекторий взлета по формуле $$V_{нру}\left(G\right)=V_{нау}\left(G\right)-{\dot{V}}_{к\max }\left(G\right)\cdot \tau$$ , где $${\dot{V}}_{к\max }\left(G\right)$$ - ускорение центра масс самолета вдоль траектории при V_EAS=V_нау(G), τ - время запаздывания реакции летчика, например, τ=1,5÷2 с. Определенные таким образом зависимости скорости начала ручной уборки механизации от полетного веса самолета V_нру(G) и скорости V_нау(G) заносят в бортовой вычислитель. Зависимости V_нау(G) и V_нру(G) для рассматриваемых условий уборки механизации приведены в таблице 2.

Таблица 2 Зависимость скорости начала автоматической V_нау и ручной V_нру уборки механизации от полетного веса самолета G G, кг 61600 67200 72800 79500 V_нау, км/ч 289 304 316 329 V_нру, км/ч(τ=2 с) 277 289 307 321

Для обеспечения гарантированного непревышения границы максимальных скоростей V_FE(δ_з, δ_пр) в полете в процессе уборки механизации осуществляют контроль соответствия текущего и расчетного значений скорости полета. С этой целью для каждого фиксированного значения полетного веса самолета в бортовом вычислителе размещают ряд расчетных значений скорости полета, которые наблюдали в разные моменты времени при различных комбинациях углов δ_з и δ_пр при математическом моделировании процесса автоматической уборки механизации. Пример зависимости расчетной скорости полета от δ_з и δ_пр при максимальном взлетном весе самолета, обозначенной V_max, приведен в таблице 3.

Таблица 3 Расчетная зависимость скорости полета V_max(δ_з, δ_пр) при автоматической уборке механизации, G=79500 кг δ_з, град 18 16 14 12 10 $$\left({\text{δ}}_{{}_{\text{з}}}^{\text{*}}\right)$$ 8 6 4 2 0 0 0 0 δ_пр, град 24 24 24 24 24 21,5 18,9 16,2 13,6 12 8 4 0 V_max, км/ч 329 339 348 357 367 377 386 396 406 411 425 440 454

Для каждого полетного веса самолета устанавливают также границу минимально допустимых скоростей полета при уборке механизации V_min, которую определяют расчетом в зависимости от скорости сваливания: например, V_min=k·V_s, $$V_s=\mathrm{14,4}\cdot {\left(\frac{G/S}{C_{y\max }\left({\delta }_{з},{\delta }_{пр}\right)}\right)}^{1/2}$$ , где S - площадь крыла, м²: C_{y max}(δ_з,.δ_пр) - максимальное значение коэффициента подъемной силы. Скорость V_EAS ни в какой момент времени в процессе уборки механизации не должна быть меньше значения скорости V_min. Пример зависимости V_min(δ_з, δ_пр) для максимального полетного веса самолета при k=1,2 приведен в таблице 4.

Таблица 4 Расчетная зависимость скорости полета V_min(δ_з, δ_пр) при автоматической уборке механизации, G=79500 кг δ_з, град 18 16 14 12 10 $$\left({\text{δ}}_{{}_{\text{з}}}^{\text{*}}\right)$$ 8 6 4 2 0 0 0 0 δ_пр, град 24 24 24 24 24 21,6 19,2 16,8 14,4 12 8 4 0 V_min, км/ч 274 277 281 284 287 295 302 311 320 330 340 352 364

В полете летчик может начать уборку механизации при любом значении скорости из диапазона V_min(δ_{з взл}, δ_{пр взл})≤V_EAS<V_нау. Однако только при приближении скорости V_EAS к значению V_нру ему формируют команду о необходимости начать уборку механизации. В процессе ручной уборки механизации задача летчика заключается в том, чтобы удерживать текущее значение скорости V_EAS в диапазоне V_min(δ_{з тек}, δ_{пр тек})≤V_EAS<V_max(δ_{з тек}, δ_{пр тек}). С этой целью диапазон скоростей полета, соответствующих безопасной уборке механизации, индицируют на шкале КПП. В качестве верхней границы этого диапазона используют скорость V_max, в качестве нижней границы - скорость V_min. При этом пилотирование самолета при ручном управлении уборкой механизации заключается в удержании скорости V_EAS в границах диапазона скоростей безопасной уборки механизации за счет управления вертикальной скоростью набора высоты: значение V_y при приближении к границе V_max увеличивать, при приближении к границе V_min - уменьшать.

2. Используют информацию о полетном весе самолета и об ускорении центра масс самолета вдоль траектории $${\dot{V}}_{к}$$ . Для взлетной и промежуточной взлетной конфигураций самолета скорости начала ручной и автоматической уборки устанавливают в виде функций ускорения для ряда фиксированных значений полетного веса самолета, , , i=1…n. Величины $${\dot{V}}_{к}$$ определяют для каждого фиксированного значения полетного веса самолета при математическом моделировании траекторий взлета самолета для ряда фиксированных зависимостей тяги от скорости полета P_j(V_EAS), j=1…m, как значения ускорения центра масс вдоль траектории в момент начала уборки механизации. Сначала определяют максимально допустимую скорость начала автоматической уборки механизации из промежуточного взлетного в крейсерское положение . Максимально допустимую скорость начала ручной уборки определяют после определения скорости по методике, описанной выше в п.1. При математическом моделировании автоматической уборки механизации определяют также величину скорости $${\text{V}}_{\text{нау}}\left({\delta }_{\text{з}}^{\text{*}}\right)$$ , которая имела место в момент достижения угла отклонения закрылков, равного $${\delta }_{\text{з}}^{\text{*}}$$ . Пример зависимостей скоростей V_нау, V_нру и $${\text{V}}_{\text{нау}}\left({\delta }_{\text{з}}^{\text{*}}\right)$$ от ускорения $${\dot{V}}_{к}$$ для максимального полетного веса самолета показан в таблице 5.

Таблица 5 Зависимости скоростей V_нау, V_нру и $${\text{V}}_{\text{нау}}\left({\delta }_{\text{з}}^{\text{*}}\right)$$ от ускорения $${\dot{V}}_{к}$$ при полетном весе самолета G=79500 кг $${\dot{V}}_{к}$$ , (км/ч)/с 0 1,88 2,35 2,78 3,21 3,64 4,08 4,5 4,92 V_нау, км/ч 370 370 361 354 346 339 331 324 316 V_нру, км/ч 370 366 356 348 340 3327 323 315 306 $${\text{V}}_{\text{нау}}\left({\delta }_{\text{з}}^{\text{*}}\right)$$ , км/ч 390 388 384 380 375 372 368 364 360

Скорости и $${\text{V}}_{\text{нау}}\left({\delta }_{\text{з}}^{\text{*}}\right)$$ размещаются в бортовом вычислителе.

При использовании информации о $${\dot{V}}_{к}$$ контроль правильности выдерживания расчетных (модельных) траекторий осуществляют следующим образом. На этапе уборки закрылков при δ_пр=δ_{пр взл} определяют пролонгированное значение скорости полета V_{з.прол 1}, которое она имела бы при уборке закрылков в положение $${\delta }_{\text{з}}^{\text{*}}$$ , . Исходя из требования, что скорость $${\text{V}}_{\text{з}\text{.прол}\text{1}}\left({\text{ δ}}_{{}_{\text{з}}}^{\text{*}}\right)$$ не должна быть больше значения скорости $${\text{V}}_{\text{нау}}\left({\delta }_{\text{з}}^{\text{*}}\right)$$ , то есть должно выполняться условие , определяют максимально допустимую скорость полета на этапе уборки закрылков в положение $${\delta }_{з}={\delta }_{\text{з}}^{\text{*}}$$ по формуле: . При совместной уборке закрылков и предкрылков, то есть при $${\text{δ}}_{\text{з}}<{\text{δ}}_{{}_{\text{з}}}^{\text{*}}$$ определяют пролонгированное значение скорости V_{пр.прол}, которое она имела бы при полной уборке предкрылков в крейсерское положение, , и пролонгированное значение скорости V_{з.прол 2}(δ_з=0), которое она имела бы при полной уборке закрылков из положения $${\text{δ}}_{\text{з}}={\text{δ}}_{{}_{\text{з}}}^{\text{*}}$$ в крейсерское, .

Исходя из требований, что скорость V_{з.прол 2}(δ_з=0) не должна быть больше скорости V_FE(δ_з=0), а скорость V_{пр.прол} не должна быть больше скорости V_FE(δ_пр=0), определяют два значения максимально допустимой скорости и , и для этапа совместной уборки закрылков и предкрылков в качестве максимально допустимой скорости выбирают величину V_max=min(V_{max 1}, V_{max 2}). Для этапа уборки предкрылков при δ_з=0 в качестве максимально допустимой скорости принимают величину V_max=V_{max 2}.

Так же, как и при отсутствии информации об ускорении $${\dot{V}}_{к}$$ , скорости V_max используются для индикации на шкале скорости КПП верхней границы диапазона скоростей безопасной уборки механизации.

В случае, когда информация об ускорении центра масс самолета вдоль траектории $${\dot{V}}_{к}$$ не используется, управление уборкой механизации крыла самолета транспортной категории осуществляют следующим образом. В каждый момент времени полета:

- Измеряют текущие значения углов отклонения закрылков δ_{з тек} и предкрылков δ_{пр тек} (выходы блока 1).

- Активируют хранящуюся в бортовом вычислителе зависимость максимально допустимой скорости полета от углов отклонения закрылков и предкрылков V_FE(δ_з, δ_пр), определяют текущее значение максимально допустимой скорости полета с выпущенной механизацией V_{FE тек}=V_FE(δ_{з тек}, δ_{пр тек}), (блок 5, таблица 1).

- На шкале скорости КПП (блок 6) индицируют максимально допустимую скорость полета с выпущенной механизацией, равную V_{FE тек}.

- Измеряют текущее значение полетного веса самолета G_тек (выход блока 3).

- Активируют хранящуюся в блоке 5 зависимость максимально допустимой скорости начала уборки механизации V_max от полетного веса самолета и углов отклонения закрылков и предкрылков (таблица 3).

- Определяют и индицируют на шкале скорости КПП (блок 6) величину скорости V_max как верхнюю границу диапазона скоростей безопасной уборки механизации.

- Активируют хранящуюся в блоке 5 зависимость минимально допустимой скорости начала уборки механизации V_min от параметров G, δ_з, δ_пр (таблица 4).

- Определяют и индицируют на шкале скорости КПП (блок 6) величину скорости V_min как нижнюю границу диапазона скоростей безопасной уборки механизации.

- Измеряют текущее значение скорости полета V_EAS (выход блока 2).

- По шкале скорости КПП (блок 6) контролируют нахождение скорости в диапазоне скоростей безопасной уборки. Уборка механизации может быть начата при любой скорости из диапазона V_min≤V_EAS≤V_max.

- Посредством перемещения рычага управления механизацией (блок 8) в положение, соответствующее крейсерскому положению закрылков и предкрылков, осуществляют уборку механизации.

- В процессе уборки механизации удерживают значение скорости V_EAS в диапазоне скоростей безопасной уборки: вертикальную скорость набора высоты V_y при приближении к границе V_max увеличивают, а при приближении к границе V_min - уменьшают.

- При невмешательстве летчика в управление механизацией активируют хранящуюся в блоке 5 зависимость максимально допустимой скорости начала ручной уборки механизации V_нру от полетного веса самолета и углов отклонения закрылков и предкрылков V_нру(G, δ_з, δ_пр) (таблица 2) и определяют текущее значение скорости V_нру.

- Проводят сравнение скорости V_EAS со скоростью V_нру.

- При выполнении условия V_EAS≥V_нру формируют летчику команду о необходимости начать уборку механизации (блок 7).

- При продолжающемся невмешательстве летчика в управление механизацией определяют текущее значение скорости начала автоматической уборки V_{нау тек} как значение скорости V_max(G, δ_{з взл}, δ_{пр взл}) (таблица 3), проводят сравнение скорости V_EAS со скоростью V_{нау тек} (блок 12).

- При выполнении условия V_EAS≥V_{нау тек} осуществляют автоматическую уборку механизации (блок 13).

При использовании информации об ускорении центра масс самолета вдоль траектории полета $${\dot{V}}_{к}$$ последовательность операций по управлению уборкой механизации такая же, как и при отсутствии информации о величине $${\dot{V}}_{к}$$ . Различие заключается в том, что величины максимально допустимых скоростей начала ручной и начала автоматической уборки механизации V_нру и V_нау определяют дополнительно и как функции ускорения центра масс самолета вдоль траектории полета $${\dot{V}}_{к}$$ , то есть и и, кроме того, возникает необходимость в знании максимально допустимой скорости начала уборки механизации из промежуточного взлетного положения в крейсерское (таблица 5) и в дополнительном определении скорости V_max, являющейся верхней границей индицируемого на КПП диапазона скоростей безопасной уборки механизации. При этом в полете измеряют текущее значение ускорения (выход блока 4), а величину V_max определяют в блоке 5 по следующим зависимостям: - на этапе разгона до начала уборки механизации; - на этапе уборки закрылков при δ_пр=δ_{пр взл}; V_max=min(V_{max 1}, V_{max 2}), где , , на этапе совместной уборки закрылков и предкрылков; V_max=V_{max 2} - на этапе уборки предкрылков при δ_з=0.

На фиг.2 на плоскости (V_EAS, δ_з) приведены граница максимально допустимых скоростей полета самолета с выпущенными закрылками V_FE(δ_з) (линия 1) и диаграмма изменения угла отклонения закрылков в функции скорости полета δ_з(V_EAS) при их уборке из взлетного положения в крейсерское по методу прототипа (линия 2); при этом G=56000 кг. Зависимость δ_з(V_EAS) получена методами математического моделирования динамики взлета самолета, оборудованного автоматизированной системой управления механизацией крыла (АСУМК). Математическая модель АСУМК учитывала ограничение угловой скорости отклонения закрылков при их уборке . На фиг.2 видно, что в случае, когда уборка механизации начинается по достижении границы V_FE (способ управления уборкой по прототипу), из-за ограниченной угловой скорости уборки закрылков максимально допустимая скорость полета с выпущенными закрылками V_FE(δ_з) была значительно превышена, что недопустимо по условиям безопасности полета.

На фиг.3 показаны четыре различных диаграммы изменения угла отклонения закрылков в функции скорости полета при их упреждающей уборке из взлетного положения в крейсерское, полученные методами математического моделирования траекторий взлета самолета с использованием математической модели АСУМК, учитывающей такое же ограничение величины , как в случае диаграммы δ_з(V_EAS) на фиг.2. Рассматривались два значения полетного веса самолета и для каждого полетного веса два значения стартовой тяги, обеспечивающие разные значения ускорения центра масс самолета вдоль траектории $${\dot{V}}_{к}$$ в начале уборки механизации. Приведенным линиям соответствуют следующие значения характерных параметров:

- линия 1: G=56000 кг; V_нау=345 км/ч; V_у=0; $${\dot{V}}_{к}=\mathrm{4,1}(км/ч)/с$$ ;

- линия 2: G=56000 кг; V_нау=357 км/ч; V_у=2 м/с; $${\dot{V}}_{к}=3(км/ч)/с$$ ;

- линия 3: G=77300 кг; V_нау=370 км/ч; V_у=2 м/с; $${\dot{V}}_{к}=\mathrm{1,27}(км/ч)/с$$ ;

- линия 4: G=77300 кг; V_нау=370 км/ч; V_у=0; $${\dot{V}}_{к}=\mathrm{2,25}(км/ч)/с$$ .

Рассматривался наиболее интенсивный разгон самолета в горизонтальной плоскости. Все четыре диаграммы являются предельными в том смысле, что в каждой из них используется максимально допустимое (предельное) значение скорости начала уборки механизации, при котором еще обеспечивается непревышение назначенных скоростей V_FE(δ_з, δ_пр). На фиг.3 видно, что предельные значения скоростей упреждающей уборки можно представить в виде функций ускорения центра масс вдоль траектории $${\dot{V}}_{к}$$ и полетного веса самолета.

Технический результат заключается в том, что при гарантированном непревышении назначенных величин V_FE[δ_з, δ_пр) расчетные скорости полета самолета с выпущенной механизацией V_F[δ_з, δ_пр) в соответствии с п.25.335(e)(3) АП-25 могут быть понижены по сравнению со значениями V_F[δ_з, δ_пр), определяемыми в п.25.335(e)(2) АП-25. При этом снижаются расчетные аэродинамические нагрузки на механизацию (закрылки и предкрылки), что позволяет снизить вес конструкции крыла. Например, уменьшение расчетных скоростей полета с выпущенной механизацией V_F[δ_з, δ_пр) на 7÷10% снижает аэродинамические нагрузки на механизацию на 15÷20%.

Изобретение относится к авиации, в частности к способам управления механизацией крыла при взлете, повышающим безопасность полета самолетов транспортной категории посредством защиты закрылков и предкрылков от чрезмерных аэродинамических нагрузок. Для управления уборкой механизации крыла самолета транспортной категории сначала измеряют текущие значения скорости полета, полетного веса самолета, углы отклонения закрылков и предкрылков, а при необходимости также и ускорение центра масс самолета вдоль траектории, определяют скорости начала ручной и автоматической уборки с упреждением относительно максимально допустимой скорости полета самолета с выпущенной механизацией. Проводят индикацию текущего значения скорости начала ручной уборки механизации на пилотажном приборе, формируют сообщения для летчика о необходимости начать уборку механизации и обеспечивают ее автоматическую уборку при невмешательстве летчика в управление. Достигается снижение расчетной скорости полета с выпущенной механизацией, в результате чего уменьшаются расчетные аэродинамические нагрузки на механизацию (закрылки и предкрылки), а следовательно, и вес конструкции крыла, в результате чего повышается надежность и безопасность полетов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 5 табл.

1. Способ управления уборкой механизации крыла самолета транспортной категории, заключающийся в том, что в процессе разгона самолета на высоте начала уборки механизации измеряют текущие значения углов отклонения закрылков δ_з.тек и предкрылков δ_пр.тек, активируют хранящуюся в бортовом вычислителе зависимость максимально допустимой скорости полета от углов отклонения закрылков и предкрылков V_FE(δ_з, δ_пр), определяют скорость начала уборки механизации, равную величине скорости V_FE(δ_з.тек, δ_пр.тек), в каждый момент времени полета измеряют воздушную скорость самолета V_EAS, проводят сравнение текущего значения скорости полета V_EAS с величиной скорости V_FE(δ_з.тек, δ_пр.тек), при увеличении скорости V_EAS до значения V_FE(δ_з.тек, δ_пр.тек) осуществляют автоматическую уборку механизации, отличающийся тем, что дополнительно устанавливают максимально допустимую скорость начала ручной уборки механизации V_нру, максимально допустимую скорость начала автоматической уборки механизации V_нау как функции полетного веса самолета G и углов отклонения закрылков и предкрылков, меньшие скорости V_FE(δ_з, δ_пр), то есть V_нpy(G, δ_з, δ_пр)<V_нау(G, δ_з, δ_пр)<V_FE(δ_з, δ_пр), а также расчетные зависимости максимально и минимально допустимых скоростей полета от полетного веса самолета и углов отклонения закрылков и предкрылков V_max(G, δ_з, δ_пр) и V_min(G, δ_з, δ_пр), реализуемые при последовательной уборке механизации из взлетного положения в крейсерское, которые определяют предварительно при математическом моделировании траекторий взлета и размещают в бортовом вычислителе, в полете измеряют текущее значение полетного веса самолета G_тек, активируют хранящиеся в бортовом вычислителе зависимости максимально и минимально допустимых скоростей начала уборки механизации V_max(G, δ_з, δ_пр) и V_min(G, δ_з, δ_пр), определяют величины этих скоростей, соответствующие текущим значениям параметров G, δ_з, δ_пр, то есть V_{max тек}=V_max(G_тек, δ_з.тек, δ_пр.тек) и V_{min тек}=V_min(G_тек, δ_з.тек, δ_пр.тек), задают летчику на шкале командно-пилотажного прибора диапазон скоростей безопасной уборки механизации посредством индикации на ней значений скоростей V_max(G_тек, δ_з.тек, δ_пр.тек) и V_min(G_тек, δ_з.тек, δ_пр.тек), индицируют на шкале командно-пилотажного прибора границу максимально допустимых скоростей полета с выпущенной механизацией V_FE(δ_з.тек, δ_пр.тек), при нахождении скорости V_EAS внутри диапазона скоростей безопасной уборки механизации посредством перемещения рычага управления механизацией в положение, соответствующее крейсерской конфигурации самолета, осуществляют уборку механизации, в процессе уборки механизации контролируют и обеспечивают нахождение текущего значения скорости V_EAS внутри диапазона скоростей безопасной уборки механизации за счет управления вертикальной скоростью набора высоты V_y, увеличивая ее при приближении скорости V_EAS к границе V_max и уменьшая при приближении к границе V_min, при невмешательстве летчика в управление механизацией активируют хранящуюся в бортовом вычислителе зависимость максимально допустимой скорости начала ручной уборки механизации V_нру от полетного веса самолета и углов отклонения закрылков и предкрылков, определяют текущее значение скорости V_{нру.тек}=V_нру(G_тек, δ_з.тек, δ_{пр. тек}), проводят сравнение скорости V_EAS с величиной скорости V_{нру.тек}, при выполнении условия V_EAS≥V_{нау.тек} летчику формируют команду о необходимости начать уборку механизации, при продолжающемся невмешательстве летчика в управление механизацией определяют текущее значение скорости начала автоматической уборки V_{нау. тек}=V_max(G_тек, δ_{з. тек}, δ_пр.тек), проводят сравнение скорости V_EAS со скоростью V_{нау. тек}, при выполнении условия V_EAS≥V_{нау.тек} осуществляют автоматическую уборку механизации.

2. Способ управления уборкой механизации крыла самолета транспортной категории по п.1, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона скоростей полета, рекомендуемых в Руководстве по летной эксплуатации для уборки механизации, максимально допустимые скорости начала ручной и начала автоматической уборки механизации устанавливают дополнительно и как функции ускорения центра масс самолета вдоль траектории полета $${\dot{V}}_{к},$$ то есть $$V_{нру}=V_{нру}\left(G,{\dot{V}}_{к},{\delta }_{з},{\delta }_{пр}\right)$$ и $$V_{нау}=V_{нау}\left(G,{\dot{V}}_{к},{\delta }_{з},{\delta }_{пр}\right),$$ дополнительно определяют и размещают в памяти бортового вычислителя величины скоростей полета $$V_{нау}\left({\delta }_{з}^{*}\right)=V_{нау}\left(G,{\dot{V}}_{к},{\delta }_{з}^{*},{\delta }_{првзл}\right),$$ наблюдавшиеся при математическом моделировании процессов уборки механизации при постановке закрылков в положение $${\delta }_{з}^{*}$$ , соответствующее началу уборки предкрылков, в полете измеряют текущее значение ускорения $${\dot{V}}_{ктек},$$ а величину скорости V_max, являющейся верхней границей индицируемого на командно-пилотажном приборе диапазона скоростей безопасной уборки механизации, последовательно определяют из соотношений: $$V_{\max }=V_{нау}\left(G,{\dot{V}}_{ктек},{\delta }_{з}^{*}\right)+\mathrm{3,6}{\dot{V}}_{ктек}\frac{{\delta }_{звзл}-{\delta }_{з}^{*}}{{\dot{\delta }}_{з}}$$ - на этапе разгона до начала уборки механизации; $$V_{\max }=V_{нау}\left(G,{\dot{V}}_{ктек},{\delta }_{з}^{*}\right)+\mathrm{3,6}{\dot{V}}_{ктек}\frac{{\delta }_{з}-{\delta }_{з}^{*}}{{\dot{\delta }}_{з}}$$ - на этапе уборки закрылков при δ_пр=δ_{пр взл}; V_max=min(V_{max 1}, V_{max 2}), где $$V_{\max 1}=V_{FE}({\delta }_{з}=0)+\mathrm{3,6}{\dot{V}}_{ктек}\frac{{\delta }_{з}}{{\dot{\delta }}_{з}},$$ $$V_{\max 2}=V_{FE}({\delta }_{пр}={\delta }_{з}=0)+\mathrm{3,6}{\dot{V}}_{ктек}\frac{{\delta }_{пр}}{{\dot{\delta }}_{пр}}$$ - на этапе совместной уборки закрылков и предкрылков; V_max=V_{max 2} - на этапе уборки предкрылков при δ_з=0.