Режим управления полетом или закон управления полетом — это алгоритм компьютерного программного обеспечения, который преобразует движение штурвала или джойстика , совершаемое пилотом самолета, в движения поверхностей управления самолетом. Движения поверхности управления зависят от того, в каком из нескольких режимов находится бортовой компьютер. На самолетах, в которых система управления полетом является электродистанционной , движения, которые пилот совершает с помощью штурвала или джойстика в кабине , для управления полетом, преобразуются в электронные сигналы, которые передаются на компьютеры управления полетом , которые определяют, как перемещать каждую поверхность управления, чтобы обеспечить движение самолета по указанию пилота. [1] [2] [3] [4]
Сокращение электронного управления полетом может быть вызвано отказом вычислительного устройства, такого как компьютер управления полетом, или устройства предоставления информации, такого как инерциальный эталонный блок воздушных данных (ADIRU). [5]
Электронные системы управления полетом (EFCS) также обеспечивают дополнительные возможности в обычном полете, такие как повышенная защита самолета от перегрузки или обеспечение более комфортного полета для пассажиров путем распознавания и корректировки турбулентности и обеспечения демпфирования рыскания . [ нужна цитата ]
Два производителя самолетов производят коммерческие пассажирские самолеты с основными бортовыми компьютерами, которые могут работать в различных режимах управления полетом. Наиболее известна система нормального , попеременного , прямого законов и механических попеременных законов управления самолетов Airbus A320 — A380 . [3] Другая система — электродистанционная система Boeing, используемая в Boeing 777 , Boeing 787 Dreamliner и Boeing 747-8 . [4] [6]
В этих новых самолетах используются электронные системы управления для повышения безопасности и производительности при одновременном снижении веса самолета. Эти электронные системы легче старых механических систем, а также могут защитить самолет от перенапряжения, позволяя конструкторам сократить количество переусложненных компонентов, что еще больше снижает вес самолета. [ нужна цитата ]
Конструкции самолетов Airbus после А300 / А310 практически полностью управляются электродистанционным оборудованием. Эти новые самолеты, в том числе A320 , A330 , A340 , A350 и A380, работают в соответствии с законами Airbus об управлении полетами. [7] Например, все органы управления полетом Airbus A330 имеют электронное управление и гидравлическое управление. Некоторые поверхности, например руль направления, также могут управляться механически. В нормальном полете компьютеры предотвращают чрезмерные силы при тангаже и крене. [7]
Самолет управляется тремя основными компьютерами управления (капитанским, первым помощником и резервным) и двумя дополнительными компьютерами управления (капитанским и первым помощником капитана). Кроме того, есть два компьютера данных управления полетом (FCDC), которые считывают информацию с датчиков, например данные о воздухе (скорость, высота). Они передаются вместе с данными GPS в три резервных блока обработки, известные как инерциальные опорные блоки воздушных данных (ADIRU), которые действуют как опорные данные о воздухе и как инерциальные опорные. ADIRU являются частью инерциальной системы отсчета данных о воздухе, которая на Airbus связана с восемью модулями данных о воздухе : три связаны с трубками Пито и пять связаны со статическими источниками. Информация от ADIRU подается в один из нескольких компьютеров управления полетом (первичный и вторичный контроль полета). Компьютеры также получают информацию от рулей самолета, а также от приборов управления самолетом и автопилота пилота. Информация с этих компьютеров передается как на основной полетный дисплей пилота, так и на поверхности управления. [ нужна цитата ]
Существует четыре названных закона управления полетом, однако альтернативный закон состоит из двух режимов: альтернативного закона 1 и альтернативного закона 2 . Каждый из этих режимов имеет различные подрежимы: наземный режим, режим полета и подсветку, а также резервное механическое управление . [7]
Нормальный закон различается в зависимости от этапа полета. К ним относятся: [ нужна ссылка ]
При переходе от взлета к крейсерскому режиму происходит 5-секундный переход, от снижения к развальцовке - двухсекундный переход, а от взлета к земле - еще 2-секундный переход в нормальном законе . [7]
Самолет ведет себя как в прямом режиме: функция автотриммирования отключена и происходит прямая реакция рулей высоты на нажатия сайдстиков. Горизонтальный стабилизатор установлен на 4° вверх, но ручные настройки (например, центр тяжести) отменяют эту настройку. После отрыва колес от земли происходит 5-секундный переход, при котором обычный закон – режим полета берет верх над режимом на земле . [7]
Режим полета по нормальному закону обеспечивает пять типов защиты: угол тангажа, ограничение перегрузки, высокая скорость, большой угол обзора и угол крена . Режим полета работает с момента взлета и до момента, когда самолет приземлится на высоте около 100 футов над уровнем земли. Он может быть утерян преждевременно в результате команд пилота или сбоев системы. Потеря нормального закона в результате сбоя системы приводит к альтернативному закону 1 или 2 . [8]
В отличие от традиционных органов управления, в нормальных законах вертикальное перемещение боковой ручки управления соответствует коэффициенту нагрузки, пропорциональному отклонению ручки управления, независимо от скорости самолета. Когда ручка управления находится в нейтральном положении и коэффициент перегрузки равен 1g, самолет остается в горизонтальном полете без изменения пилотом триммера руля высоты. Горизонтальное движение бокового джойстика обеспечивает скорость крена, и самолет сохраняет правильный угол тангажа после выполнения разворота, вплоть до крена 33°. Система предотвращает дальнейшее дифферентирование, когда угол атаки чрезмерен, коэффициент перегрузки превышает 1,3g или когда угол крена превышает 33°. [ нужна цитата ]
Альфа-защита (α-Prot) предотвращает опрокидывание и защищает от воздействия сдвига ветра. Защита срабатывает, когда угол атаки находится между α-Prot и α-Max, и ограничивает угол атаки, заданный боковым джойстиком пилота, или, если включен автопилот, она отключает автопилот. [ нужна цитата ]
Защита высокой скорости автоматически восстанавливается после превышения скорости. Существует два ограничения скорости для высотных самолетов: V MO (максимальная эксплуатационная скорость) и M MO (максимальная эксплуатационная скорость Маха). Эти две скорости одинаковы на высоте примерно 31 000 футов, ниже которой превышение скорости определяется V MO , а выше - M MO. . [ нужна цитата ]
Этот режим включается автоматически, когда радиовысотомер показывает высоту 100 футов над землей. На высоте 50 футов самолет слегка опустил нос. Во время приземления обычные законы предусматривают защиту от атаки под большим углом и защиту от угла крена. Коэффициент нагрузки допускается составлять от 2,5 г до -1 г или от 2,0 г до 0 г при выдвинутых предкрылках. Угол тангажа ограничен от -15° до +30°, а верхний предел дополнительно снижается до +25° по мере замедления самолета. [7]
Существует четыре режима реконфигурации самолета Airbus с электродистанционным управлением: альтернативный закон 1 , альтернативный закон 2 , прямой закон и механический закон . Основной режим и режимы вспышки для альтернативного закона идентичны режимам для нормального закона .
Режим альтернативного закона 1 (ALT1) сочетает в себе боковой режим нормального закона с коэффициентом перегрузки, при этом сохраняется защита от угла крена. Защита от большого угла атаки может быть потеряна, а защита от низкой энергии (сваливания в горизонтальном полете) может быть потеряна. Защита с высокой скоростью и большим углом атаки переходит в режим альтернативного закона. [8]
ALT1 может быть введен в случае неисправности горизонтального стабилизатора, руля высоты, срабатывания демпфера рыскания, датчика предкрылка или закрылка или одиночной неисправности эталонных данных о воздухе. [7]
Альтернативный закон 2 (ALT2) теряет режим нормального бокового закона (замененный режимом прямого крена и альтернативным режимом рыскания), а также защиту от угла тангажа, защиту от угла крена и защиту от низкой энергии. Защита по коэффициенту нагрузки сохраняется. Защита от большого угла атаки и высокой скорости сохраняется, если только причиной альтернативного режима закона 2 не является отказ двух эталонных данных о воздухе или если две оставшиеся эталонные данные о воздухе не совпадают. [8]
Режим ALT2 включается при загорании двух двигателей (на двухдвигательных самолетах), неисправностях в двух эталонных инерциальных или воздушных данных, потере автопилота, за исключением случаев несогласия с ДОПОГ. В этот режим также можно войти при неисправности всех спойлеров, неисправности определенных элеронов или неисправности датчиков педалей. [7]
Прямой закон (DIR) вводит прямую связь между ручкой управления и поверхностями управления: [7] движение поверхности управления напрямую связано с движением сайдстика и педали руля направления. [3] Регулируемым горизонтальным стабилизатором можно управлять только с помощью ручного триммерного колеса. Вся защита утрачена, а максимальное отклонение рулей высоты ограничено для каждой конфигурации в зависимости от текущего центра тяжести самолета. Это направлено на создание компромисса между адекватным управлением по тангажу с передней ЦТ и не слишком чувствительным управлением с задней ЦТ [9].
DIR вводится при выходе из строя трех инерциальных опорных блоков или основных бортовых компьютеров, неисправности двух рулей высоты или загорания двух двигателей (на двухдвигательном самолете), когда также неработоспособен и основной бортовой компьютер капитана. [7]
В резервном режиме механического управления тангаж контролируется механической системой триммирования, а боковое направление контролируется педалями руля направления, приводящими руль направления механически. [3]
Дистанционная электронная система управления полетом Boeing 777 отличается от Airbus EFCS. Принцип проектирования заключается в создании системы, которая реагирует аналогично системе с механическим управлением. [10] Поскольку система управляется электроникой, система управления полетом может обеспечить защиту границ полета .
Электронная система разделена на два уровня: четыре электронных блока управления исполнительными механизмами (ACE) и три основных бортовых компьютера (PFC). ACE управляют исполнительными механизмами (от тех, что находятся на пилотных органах управления до органов управления на поверхности управления и PFC). Роль PFC заключается в расчете законов управления и обеспечении сил обратной связи, пилотной информации и предупреждений. [10]
Система управления полетом Боинга 777 предназначена для ограничения полномочий управления за пределами определенного диапазона путем увеличения противодавления после достижения желаемого предела. Это осуществляется с помощью приводов обратного привода с электронным управлением (управляемых ACE). К средствам защиты и расширения относятся: защита угла крена, компенсация разворота, защита от сваливания, защита от превышения скорости, контроль тангажа, увеличение устойчивости и компенсация асимметрии тяги. Философия конструкции такова: «сообщить пилоту о том, что подаваемая команда выведет самолет за пределы его обычного режима работы, но возможность сделать это не исключается». [10]
В нормальном режиме PFC передают команды привода на ACE, которые преобразуют их в аналоговые сервокоманды. Предоставляется полная функциональность, включая все улучшенные характеристики, защиту корпуса и функции качества езды. [ нужна цитата ]
Вторичный режим Boeing можно сравнить с альтернативным законом Airbus , в котором PFC передают команды ACE. Однако функциональность EFCS снижается, включая потерю защиты от ограничений диапазона полета. Как и в системе Airbus, это состояние переводится при возникновении ряда сбоев в EFCS или взаимодействующих системах (например, ADIRU или SAARU ). Кроме того, в случае полного выхода из строя всех PFC и ACE, элероны и отдельные интерцепторы крена подключаются к органам управления пилота тросом управления, допуская временное механическое управление. [5] [4]