Режим управления полетом или закон управления полетом — это алгоритм программного обеспечения компьютера, который преобразует движение штурвала или джойстика , выполняемое пилотом самолета, в движения поверхностей управления самолетом. Движения поверхностей управления зависят от того, в каком из нескольких режимов находится бортовой компьютер. В самолетах, в которых система управления полетом является электродистанционной , движения, которые пилот совершает с помощью штурвала или джойстика в кабине , чтобы управлять полетом, преобразуются в электронные сигналы, которые передаются на компьютеры управления полетом , которые определяют, как перемещать каждую поверхность управления, чтобы обеспечить движение самолета, заказанное пилотом. [1] [2] [3] [4]
Снижение эффективности электронного управления полетом может быть вызвано отказом вычислительного устройства, например, компьютера управления полетом, или устройства предоставления информации, например, блока инерциальной системы отсчета воздушных данных (ADIRU). [5]
Электронные системы управления полетом (EFCS) также обеспечивают дополнения в обычном полете, такие как повышенная защита самолета от перегрузки или обеспечение более комфортного полета для пассажиров за счет распознавания и коррекции турбулентности и обеспечения демпфирования рыскания . [ необходима цитата ]
Два производителя самолетов выпускают коммерческие пассажирские самолеты с основными бортовыми компьютерами, которые могут работать в различных режимах управления полетом. Наиболее известной является система нормальных , альтернативных , прямых законов и механических альтернативных законов управления Airbus A320 - A380 . [3] Другая - система Boeing fly-by-wire, используемая в Boeing 777 , Boeing 787 Dreamliner и Boeing 747-8 . [4] [6]
Эти новые самолеты используют электронные системы управления для повышения безопасности и производительности при экономии веса самолета. Эти электронные системы легче старых механических систем и также могут защищать самолет от ситуаций перегрузки, позволяя конструкторам уменьшить количество перегруженных компонентов, что еще больше снижает вес самолета. [ необходима цитата ]
Самолеты Airbus, спроектированные после A300 / A310 , почти полностью контролируются оборудованием fly-by-wire. Эти новые самолеты, включая A320 , A330 , A340 , A350 и A380, работают в соответствии с законами Airbus о контроле полета. [7] Например, все элементы управления полетом на Airbus A330 имеют электронное управление и гидравлическую активацию. Некоторые поверхности, такие как руль направления, также могут управляться механически. В нормальном полете компьютеры действуют, чтобы предотвратить чрезмерные силы по тангажу и крену. [7]
Самолет управляется тремя основными компьютерами управления (капитана, второго помощника и резервного) и двумя вторичными компьютерами управления (капитана и второго помощника). Кроме того, есть два компьютера данных управления полетом (FCDC), которые считывают информацию с датчиков, например, данные о воздухе (скорость полета, высота). Они подаются вместе с данными GPS в три резервных блока обработки, известных как блоки инерциальной отсчетной системы воздушных данных (ADIRU), которые действуют как в качестве опорных воздушных данных, так и в качестве инерциальной отсчетной системы. ADIRU являются частью системы инерциальной отсчетной системы воздушных данных, которая на Airbus связана с восемью модулями воздушных данных : три связаны с трубками Пито , а пять связаны со статическими источниками. Информация из ADIRU подается в один из нескольких компьютеров управления полетом (первичный и вторичный контроль полета). Компьютеры также получают информацию с поверхностей управления самолета и с устройств управления самолетом пилота и автопилота. Информация с этих компьютеров отправляется как на основной дисплей полета пилота, так и на поверхности управления. [ необходима цитата ]
Существует четыре названных закона управления полетом, однако альтернативный закон состоит из двух режимов, альтернативный закон 1 и альтернативный закон 2. Каждый из этих режимов имеет различные подрежимы: наземный режим, режим полета и подсветка, а также резервное механическое управление . [7]
Нормальный закон отличается в зависимости от стадии полета. Они включают: [ необходимая цитата ]
При переходе от взлета к крейсерскому полету происходит 5-секундный переход, от снижения к выравниванию происходит 2-секундный переход, а от выравнивания к земле происходит еще 2-секундный переход в нормальном режиме . [7]
Самолет ведет себя как в прямом режиме: функция автотриммера отключена, и происходит прямая реакция рулей высоты на входы боковой ручки. Горизонтальный стабилизатор установлен на 4° вверх, но ручные настройки (например, для центра тяжести) переопределяют эту настройку. После того, как колеса отрываются от земли, происходит 5-секундный переход, когда нормальный закон – режим полета берет верх над режимом на земле . [7]
Режим полета по нормальному закону обеспечивает пять типов защиты: положение по тангажу, ограничения коэффициента нагрузки, высокая скорость, высокий AOA и угол крена . Режим полета действует с момента взлета и до момента, когда самолет приземлится, примерно в 100 футах над уровнем земли. Он может быть преждевременно потерян 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 обычных элементов управления, в нормальном законе вертикальное движение боковой ручки соответствует коэффициенту нагрузки, пропорциональному отклонению ручки независимо от скорости самолета. Когда ручка находится в нейтральном положении, а коэффициент нагрузки составляет 1g, самолет остается в горизонтальном полете без изменения пилотом триммера руля высоты. Горизонтальное движение боковой ручки задает скорость крена, и самолет сохраняет надлежащий угол тангажа после того, как поворот установлен, до крена 33°. Система предотвращает дальнейшее триммирование, когда угол атаки чрезмерен, коэффициент нагрузки превышает 1,3g или когда угол крена превышает 33°. [ необходима цитата ]
Защита Alpha (α-Prot) предотвращает сваливание и защищает от воздействия сдвига ветра. Защита включается, когда угол атаки находится между α-Prot и α-Max, и ограничивает угол атаки, заданный джойстиком пилота, или, если включен автопилот, отключает его. [ необходима цитата ]
Защита от высокой скорости автоматически восстановится после превышения скорости. Для высотных самолетов существуют два ограничения скорости: V MO (максимальная эксплуатационная скорость) и M MO (максимальное эксплуатационное число Маха), эти две скорости одинаковы на высоте около 31 000 футов, ниже которой превышение скорости определяется V MO , а выше — M MO . [ требуется ссылка ]
Этот режим автоматически включается, когда радиолокационный высотомер показывает 100 футов над землей. На высоте 50 футов самолет слегка опускает нос. Во время выравнивания при посадке нормальный закон обеспечивает защиту от большого угла атаки и защиту от угла крена. Коэффициент перегрузки допускается от 2,5g до −1g или от 2,0g до 0g при выпущенных предкрылках. Положение по тангажу ограничено от −15° до +30°, а верхний предел дополнительно снижается до +25° по мере замедления самолета. [7]
Для самолета Airbus fly-by-wire существует четыре режима реконфигурации: альтернативный закон 1 , альтернативный закон 2 , прямой закон и механический закон . Режимы земли и выравнивания для альтернативного закона идентичны режимам для нормального закона .
Режим альтернативного закона 1 (ALT1) сочетает в себе нормальный боковой режим закона с коэффициентом нагрузки, защита угла крена сохраняется. Защита от большого угла атаки может быть потеряна, а защита от низкой энергии (сваливание в горизонтальном полете) теряется. Защита от высокой скорости и большого угла атаки переходит в режим альтернативного закона. [8]
ALT1 может быть введен в случае возникновения неисправностей в горизонтальном стабилизаторе, руле высоты, демпфере рыскания, датчике предкрылка или закрылка или при возникновении одной неисправности опорных воздушных данных. [7]
Альтернативный закон 2 (ALT2) теряет нормальный режим бокового закона (замененный режимом крена и альтернативным режимом рыскания) вместе с защитой положения тангажа, защитой угла крена и защитой от низкой энергии. Защита коэффициента нагрузки сохраняется. Защита от большого угла атаки и высокой скорости сохраняется, если только причиной режима альтернативного закона 2 не является отказ двух опорных данных о воздухе или если две оставшиеся опорные данные о воздухе не совпадают. [8]
Режим ALT2 включается при отказе двух двигателей (на двухмоторных самолетах), сбоях в двух инерциальных или воздушных данных, при потере автопилота, за исключением случаев несоответствия ADR. Этот режим также может быть включен при отказе всех интерцепторов, отказе определенных элеронов или отказе педальных датчиков. [7]
Прямой закон (DIR) вводит прямую связь ручки управления с поверхностями управления: [7] движение поверхности управления напрямую связано с движением боковой ручки управления и педали руля направления. [3] Триммируемый горизонтальный стабилизатор может управляться только ручным колесом триммера. Все защиты теряются, а максимальное отклонение рулей высоты ограничено для каждой конфигурации в зависимости от текущего центра тяжести самолета. Это направлено на создание компромисса между адекватным управлением тангажа с передним ЦТ и не слишком чувствительным управлением с задним ЦТ [9]
DIR вводится в случае отказа трех инерциальных опорных блоков или основных бортовых компьютеров, неисправности двух рулей высоты или прекращения работы двух двигателей (на двухмоторном самолете), когда основной бортовой компьютер командира также неисправен. [7]
В режиме резервного механического управления тангаж управляется механической системой дифферента, а боковое направление управляется педалями руля направления, которые механически управляют рулем направления. [3]
Электронная система управления полетом Boeing 777 отличается от EFCS Airbus. Принцип конструкции заключается в том, чтобы создать систему, которая реагирует аналогично механически управляемой системе. [10] Поскольку система управляется электроникой, система управления полетом может обеспечить защиту диапазона полета .
Электронная система подразделяется на два уровня: четыре исполнительных электронных устройства управления (ACE) и три основных бортовых компьютера (PFC). ACE управляют исполнительными устройствами (от тех, что на органах управления пилота, до органов управления поверхностью и PFC). Роль PFC заключается в расчете законов управления и предоставлении сил обратной связи, информации и предупреждений пилоту. [10]
Система управления полетом на 777 разработана для ограничения полномочий управления за пределами определенного диапазона путем увеличения обратного давления после достижения желаемого предела. Это осуществляется с помощью электронно-управляемых приводов обратного привода (управляемых ACE). Защиты и усиления включают: защиту угла крена, компенсацию поворота, защиту от сваливания, защиту от превышения скорости, управление тангажом, усиление устойчивости и компенсацию асимметрии тяги. Философия дизайна заключается в следующем: «информировать пилота о том, что отданная команда выведет самолет за пределы его нормального рабочего диапазона, но возможность сделать это не исключается». [10]
В нормальном режиме PFC передают команды привода в ACE, которые преобразуют их в аналоговые сервокоманды. Предоставляется полная функциональность, включая все улучшенные характеристики, защиту огибающей и качество езды. [ необходима цитата ]
Вторичный режим Boeing сопоставим с альтернативным законом Airbus , в котором PFC подают команды ACE. Однако функциональность EFCS снижается, включая потерю защиты диапазона полета. Как и в системе Airbus, это состояние вводится, когда в EFCS или интерфейсных системах (например, ADIRU или SAARU ) происходит ряд сбоев. Более того, в случае полного отказа всех PFC и ACE элероны и выбранные интерцепторы подключаются к органам управления пилота с помощью кабеля управления, что позволяет временно осуществлять механическое управление. [5] [4]