←предыдущая следующая→
1 2 3 4
Л(L)[+]
ТЕМА N 5о 016 5 2СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОЛЕТОМ
2ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
ЗАНЯТИЕ N 5о 01 - 2 часа
_ 21.1. ЛА как объект управления
Предметом изучения данной темы являются средства автоматического
управления полетом и средства автоматизации управления полетом ЛА вер-
толетов и самолетов. Однако, ввиду существенного различия аэродинами-
ческих характеристик и способов управления самолетов и вертолетов, их
системы автоматического управления рассматриваются отдельно.
Потребность в автоматизации управления полетом самолета появилась
вместе с появлением самого самолета. Это объясняется несовершенством
конструкции первых самолетов, которые обладали недостаточной устойчи-
востью и управляемостью (речь идет о первых самолетах).
_Под устойчивостью ЛА понимается . его способность самостоятельно
возвращаться в первоначальное положение, из которого он был выведен
внешними возмущающими факторами.
_Управляемость . - это способность ЛА изменять свое положение в
пространстве под действием управляющих поверхностей (рулей).
Улучшение летных характеристик самолета и вертолета возможно осу-
ществить или за счет совершенствования его аэродинамических свойств,
или путем использования дополнительных устройств - САУ полетом ЛА, -
которые улучшают естественные параметры ЛА.
Материал данной темы предназначен для специалистов по АО и содер-
жит сведения только по системам автоматического управления.
Ручное управление первыми несовершенными самолетами было затруд-
нительным и для его облегчения, а также для обеспечения безопасности
полетов летчики и конструкторы создавали большое количество различных
приспособлений от примитивных до весьма сложных.
Прообразом современных САУ можно считать устройство, разработан-
ное американским инженером Сперри. Оно представляло собой гиростабили-
зированную платформу, а сигналы отклонения самолета относительно этой
платформы подавались на электромагнитные муфты, которые сочленяли со-
ответствующие рулевые поверхности с приводом от ветрянок, устанавлива-
емых в потоке встречного воздуха. Автоматическое управление полетом
самолета, оборудованного указанной системой, было продемонстрировано в
1914 году. В России автоматическое управление полетом ЛА было осущест-
влено позже, однако глубокие теоретические проработки автоматического
- 2 -
управления ЛА и вообще поведения ЛА в воздухе имелись, а в 1912 году
профессором Н.Е.Жуковским были прочитаны лекции о приспособлениях для
придания аэроплану автоматической устойчивости. Н.Е.Жуковский разделил
все устройства на три группы: маятниковые, флюгерные и гироскопичес-
кие. В Московском университете под руководством Н.Е.Жуковского был в
это время построен макет простейшего стабилизатора, соединявшего эф-
фект флюгера и гироскопа.
Развитие авиации шло в направлении увеличения скорости полета,
повышения характеристик собственной устойчивости и управляемости ЛА,
появились самолеты с вполне приемлемыми собственными летными качества-
ми и интерес к автоматизации управления полетом ослаб, разработки со-
ответствующих автоматов прекратились. Внимание к автоматизации управ-
ления полетом ЛА вновь возросло в конце 20-х годов, когда увеличились
дальности полета ЛА и потребовалось разгрузить экипаж от длительных
статических нагрузок, связанных со стабилизацией самолетов на маршру-
те. Появились стабилизаторы курса, автоштурманы и, наконец, автопилоты.
Первый отечественный автопилот был создан в 1932 году. Он имел
марку АВП-1. Управление самолетом осуществлялось тремя самостоятельны-
ми автоматами стабилизации с пневматическим приводом рулей. Курсовой
стабилизатор выдерживал заданный курс, поперечный стабилизатор - крен,
а продольный стабилизировал скорость полета за счет изменения угла
тангажа. АВП-1 имел массу около 200 кг. Перед Великой Отечественной
войной появились усовершенствованные его модификации АВП-3, АВП-10,
АП-42. Использовались и другие автопилоты.
Современные реактивные сверхзвуковые самолеты имеют настолько
большой диапазон изменения скорости и высоты полета, что чисто конс-
труктивными (аэродинамическими) способами не удается обеспечить требу-
емые устойчивость и управляемость для всех режимов полета. Поэтому ус-
тановка на самолете (вертолете) средств автоматизации управления поле-
том вновь стала настоятельной необходимостью.
В этом факте наглядно просматривается закон диалектического раз-
вития техники, когда на значительно более высокой ступени ее развития
возникли требования, аналогичные с требованиями для первых несовершен-
ных самолетов.
- 3 -
_ 21.2. Движение ЛА в пространстве
Самолет в полете и при движении по земле подвержен упругим дефор-
мациям, вызванным медленно и быстроменяющимися нагрузками. Поэтому при
рассмотрении полной математической модели движения ЛА указанные дефор-
мации необходимо учитывать, а это значительно усложняет анализ движе-
ния ЛА. Полная математическая модель движения ЛА из-за ее сложности
используется лишь в задачах, требующих весьма точного анализа движе-
ния. Основой же для рассмотрения движения ЛА является упрощенная мо-
дель, в которой ЛА представляется абсолютно твердым телом с неизменной
массой. Наиболее точно данная модель описывает движение легких манев-
_
ренных ЛА. Если считать компоненты скорости ветра U по продольной
(OX), поперечной (OZ) и вертикальной (OY) осям ЛА, отклонения органов
управления и тягу силовой установки заданными, то в рамках стандартной
модели атмосферы вектором динамического и статического состояния ЛА в
пространстве X будет являться совокупность величин:
X = ( 7w 4x 0, 7w 4y 0, 7w 4z 0, W 4x 0, W 4y 0, W 4z 0, 7j 0, 7q 0, 7g 0, H), (16.1)
где 7w 4x,y,z 0 - 7 0составляющие угловой скорости ЛА относительно осей
OX, OY и OZ;
W 4x,y,z 0 - 7 0составляющие путевой скорости ЛА по строительным
осям ЛА (OX, OY, OZ);
7j 0, 7q 0, 7g 0, H - 7 0соответственно угол курса, тангажа, крена и высоты
полета ЛА.
Движение ЛА в пространстве можно в зависимости от поставленных
задач рассматривать в различных системах координат. ГОСТ 20058-80 пре-
дусматривает 12 таких систем координат.
Наиболее часто используют следующие из них (рис. 1):
1. нормальную земную O 4o 0X 4o 0Y 4o 0Z 4o 0 (неподвижная);
2. нормальную OX 4o 0Y 4o 0Z 4o 0; 7)
3. связанную OX 41 0Y 41 0Z 41 0; │
4. скоростную OXYZ; 78 0 подвижные
5. траекторную OX 4т 0Y 4т 0Z 4т 0. 70
1. _Нормальная земная система координат . O 4о 0X 4о 0Y 4о 0Z 4о 0 (рис. 2).
В этой системе определяется положение центра масс ЛА. За начало
- 5 -
координат выбирают место, относительно которого требуется знать поло-
жение ЛА (аэродром взлета или посадки, пункт наведения и др.). Ось
O 4о 0Y 4о 0 направлена вверх по местной вертикали, а оси O 4о 0X 4о 0 и O 4о 0Z 4о 0 располо-
жены в плоскости горизонта и направлены в соответствии с задачей (O 4о 0X 4о
часто направляют на Север):
Рис. 1
2. _Нормальная система координат . OX 4о 0Y 4о 0Z 4о 0 (рис. 2) - подвижная с
началом "O" в центре масс ЛА. Ось OY 4о 0 направлена вверх по местной вер-
тикали, направление осей OX 4о 0 и OZ 4о 0 выбирается в соответствии с зада-
чей. Как правило ось OX 4о 0 направляют на Север, а ось OZ 4о 0 - на Восток.
3. _Связанная система координат . OX 41 0Y 41 0Z 41 0 (рис. 3) - подвижная с на-
чалом "O" в центре масс ЛА. Ось OY 41 0 направлена вверх перпендикулярно
поперечной плоскости симметрии ЛА. Ось OX 41 0 направлена по продольной
оси ЛА, а OZ 41 0 - в сторону правого крыла. Взаимное расположение связан-
ной и нормальной систем координат определяется
←предыдущая следующая→
1 2 3 4