СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ УБОРКОЙ МЕХАНИЗАЦИИ КРЫЛА САМОЛЕТА ТРАНСПОРТНОЙ КАТЕГОРИИ
METHOD OF CONTROL OVER FREIGHT AIRCRAFT WING RETRACTION MECHANISATION

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.
з
пр
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 и предкрылков δ 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.
з тек
пр тек
FE
з
пр
FE
з тек
пр тек
карб
з
пр
FE
з
пр
EAS
EAS
карб
з
пр
EAS
кабр
з
пр
FE
з тек
пр тек
EAS
FE
з тек
пр тек
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 и δ, активируют хранящуюся в бортовом вычислителе зависимость максимально допустимой скорости полета от углов отклонения закрылков и предкрылков V(δ, δ), определяют величину максимально допустимой скорости полета, соответствующую текущей комбинации углов отклонения закрылков и предкрылков V(δ, δ) и соответствующую ей скорость начала автоматического кабрирования самолета V(δ, δ)<V(δ, δ), в каждый момент времени полета измеряют воздушную скорость самолета V, проводят сравнение величины измеренной скорости V с величиной скорости V(δ, δ), при увеличении скорости V до значения V(δ, δ) 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(δ, δ), при увеличении скорости V до значения V(δ, δ) осуществляют автоматическую уборку механизации (см. патент РФ №2364548, МПК B64C 13/16 «Система управления летательным аппаратом»).
нау
з
пр
FE
з
пр
нау
з
пр
FE
з
пр
EAS
FE
з
пр
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(δ, δ) устанавливается равной максимально допустимой скорости полета с выпущенной механизацией V(δ, δ). При таком выборе скорости V(δ, δ) не может быть гарантировано непревышение границы V(δ, δ): начало уборки механизации при V=V(δ, δ) 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.
FE
з
пр
FE
з
пр
F
з
пр
FE
з
пр
FE
з
пр
Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение надежной защиты границы максимально допустимых скоростей полета самолета с выпущенной механизацией V(δ, δ). Гарантированное непревышение границы V(δ, δ) 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(δ, δ), меньшие рекомендованных в п.25.335(e)(2), а величины V(δ, δ) максимально приближены к расчетным значениям V(δ, δ).
з тек
пр тек
FE
з
пр
FE
з тек
пр тек
EAS
EAS
FE
з тек
пр тек
EAS
FE
з тек
пр тек
нpy
нау
FE
з
пр
нру
з
пр
нау
з
пр
FE
з
пр
max
з
пр
min
з
пр
тек
max
з
пр
min
з
пр
з
пр
max тек
max
тек
з тек
пр тек
min тек
min
тек
з тек
пр тек
max
тек
з тек
пр тек
min
тек
з тек
пр тек
FE
з тек
пр тек
EAS
EAS
y
EAS
max
min
нру
нру тек
нру
тек
з тек
пр тек
EAS
нру тек
EAS
нру тек
нру тек
max
тек
з тек
пр тек
EAS
нау тек
EAS
нау тек
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 и предкрылков δ, активируют хранящуюся в бортовом вычислителе зависимость максимально допустимой скорости полета от углов отклонения закрылков и предкрылков V(δ, δ), определяют скорость начала уборки механизации, равную величине скорости V(δ, δ), в каждый момент времени полета измеряют воздушную скорость самолета V, проводят сравнение текущего значения скорости полета V с величиной скорости V(δ, δ), при увеличении скорости V до значения V(δ, δ) осуществляют автоматическую уборку механизации, дополнительно устанавливают максимально допустимую скорость начала ручной уборки механизации V, максимально допустимую скорость начала автоматической уборки механизации V как функции полетного веса самолета G и углов отклонения закрылков и предкрылков, меньшие скорости V(δ, δ), то есть V(G, δ, δ)<V(G, δ, δ)<V(δ, δ), а также расчетные зависимости максимально и минимально допустимых скоростей полета от полетного веса самолета и углов отклонения закрылков и предкрылков V(G, δ, δ) и V(G, δ, δ), 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, активируют хранящиеся в бортовом вычислителе зависимости максимально и минимально допустимых скоростей начала уборки механизации V(G, δ, δ) и V(G, δ, δ), определяют величины этих скоростей, соответствующие текущим значениям параметров G, δ, δ, то есть V=V(G, δ, δ) и V=V(G, δ, δ), задают летчику на шкале командно-пилотажного прибора диапазон скоростей безопасной уборки механизации посредством индикации на ней значений скоростей V(G, δ, δ) и V(G, δ, δ), индицируют на шкале командно-пилотажного прибора границу максимально допустимых скоростей полета с выпущенной механизацией V(δ, δ), при нахождении скорости V 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 внутри диапазона скоростей безопасной уборки механизации за счет управления вертикальной скоростью набора высоты V, увеличивая ее при приближении скорости V к границе V и уменьшая при приближении к границе V, при невмешательстве летчика в управление механизацией активируют хранящуюся в бортовом вычислителе зависимость максимально допустимой скорости начала ручной уборки механизации V от полетного веса самолета и углов отклонения закрылков и предкрылков, определяют текущее значение скорости V=V(G, δ, δ), проводят сравнение скорости V с величиной скорости V, при выполнении условия V≥V летчику формируют команду о необходимости начать уборку механизации, при продолжающемся невмешательстве летчика в управление механизацией определяют текущее значение скорости начала автоматической уборки V=V(G, δ, δ), проводят сравнение скорости V со скоростью V, при выполнении условия V≥V осуществляют автоматическую уборку механизации.
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>V</mi><mo>˙</mo></mover><mi>к</mi></msub></mrow>
<mrow><msubsup><mtext>δ</mtext><mrow><msub><mrow /><mtext>з</mtext></msub></mrow><mtext>*</mtext></msubsup></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>V</mi><mo>˙</mo></mover><mrow><mi>к</mi><mtext> </mtext><mi>т</mi><mi>е</mi><mi>к</mi></mrow></msub></mrow>
max
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
, 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
, соответствующее началу уборки предкрылков, в полете измеряют текущее значение ускорения
, а величину скорости V, являющейся верхней границей индицируемого на командно-пилотажном приборе диапазона скоростей безопасной уборки механизации, последовательно определяют из соотношений:
- на этапе разгона до начала уборки механизации;
пр
пр взл
max
max 1
max 2
- на этапе уборки закрылков при δ=δ; V=min(V, V),
max
max 2
з
где
,
- на этапе совместной уборки закрылков и предкрылков; V=V - на этапе уборки предкрылков при δ=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;
EAS
V - скорость полета самолета;
з
пр
δ, δ - углы отклонения закрылков и предкрылков;
G - полетный вес самолета;
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>V</mi><mo>˙</mo></mover><mi>к</mi></msub></mrow>
- ускорение центра масс самолета вдоль траектории полета;
FE
з
пр
V(δ, δ) - максимально допустимая скорость при выпущенной механизации;
нру
V - максимально допустимая скорость начала ручной уборки механизации;
нау
V - максимально допустимая скорость начала автоматической уборки механизации;
min
з
пр
V - минимально допустимая скорость начала уборки механизации, являющаяся заданной функцией G, δ, δ.
EAS
FE
з
пр
EAS
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 значения V(δ, δ). Скорости полета V, 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:
ха
уа
z
- модель динамики продольного движения самолета, учитывающая зависимость аэродинамических коэффициентов C, C и m 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.
<mrow><msubsup><mtext>δ</mtext><mrow><msub><mrow /><mtext>з</mtext></msub></mrow><mtext>*</mtext></msubsup></mrow>
FE
з
пр
Ниже принимается, что сначала осуществляется уборка закрылков, а когда их угол отклонения уменьшается до величины
, 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(δ, δ), что упрощает пилотирование самолета на взлетно-посадочных режимах полета.
нау
з
пр
FE
з
пр
FE
з
пр
нау
з
пр
FE
з
пр
FE
з
пр
пр взл
з взл
пр взл
FE
з
пр
<mrow><msub><mi>δ</mi><mtext>з</mtext></msub><mo>=</mo><msubsup><mtext>δ</mtext><mrow><msub><mrow /><mtext>з</mtext></msub></mrow><mtext>*</mtext></msubsup><mo>=</mo><mn>10</mn><mo>°</mo></mrow>
В отличие от прототипа, в котором скорость начала автоматической уборки механизации V(δ, δ)установлена равной скорости V(δ, δ), в предлагаемом способе эту скорость устанавливают меньшей скорости V(δ, δ). Поэтому задача математического моделирования заключается в том, чтобы определить такой запас от скорости V(δ, δ) до скорости V(δ, δ)и такое управление самолетом в процессе уборки механизации, чтобы, с одной стороны, обеспечивалось непревышение границы максимальных скоростей V(δ, δ), 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,
, δ=24°, и из взлетного положения, δ=18°, δ=24°, зависимость V(δ, δ) приведена в таблице 1).
Таблица 1
Максимально допустимые скорости полета с выпущенной механизацией
δ<sub>з</sub>, град
18
16
14
12
10 <maths num="16"><math display="block"><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mtext>δ</mtext><mrow><msub><mrow /><mtext>з</mtext></msub></mrow><mtext>*</mtext></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></math><img file="00000015.tif" he="8" wi="8" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
8
6
4
2
0
0
0
0
δ<sub>пр</sub>, град
24
24
24
24
24
21,5
18,9
16,2
13,6
12
8
4
0
V<sub>FE</sub>(δ<sub>з</sub>), км/ч
370
375
380
385
390
394
398
402
406
410
-
-
V<sub>FE</sub>(δ<sub>пр</sub>), км/ч
410
410
410
410
410
417
424
431
438
445
457
468
480
V<sub>FE</sub>(δ<sub>з</sub>, δ<sub>пр</sub>), км/ч
370
375
380
385
390
394
398
402
406
410
457
468
480
<mrow><msub><mi>V</mi><mrow><mi>н</mi><mi>а</mi><mi>у</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mtext>δ</mtext><mrow><msub><mrow /><mtext>з</mtext></msub></mrow><mtext>*</mtext></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
EAS
з
пр
FE
з
пр
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
, при котором зависимость V[δ(t), δ(t)) не пересекает зависимость V[δ, δ).
пр
пр взл
нау з
нау
<mrow><msub><mtext>δ</mtext><mtext>з</mtext></msub><mo>=</mo><msubsup><mtext>δ</mtext><mrow><msub><mrow /><mtext>з</mtext></msub></mrow><mtext>*</mtext></msubsup></mrow>
<mrow><msub><mi>V</mi><mrow><mi>E</mi><mi>A</mi><mi>S</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>V</mi><mrow><mi>н</mi><mi>а</mi><mi>у</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mtext>δ</mtext><mrow><msub><mrow /><mtext>з</mtext></msub></mrow><mtext>*</mtext></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
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=δ=const, определяют то значение V, при котором в момент уборки закрылков в положение
обеспечивается равенство
. Для рассматриваемой комбинации значений G и P(V) полученная величина V является максимально допустимой скоростью начала уборки механизации из взлетного положения в крейсерское.
3. Проводят аналогичные расчеты для других заданных значений G и P(V).
з
пр
EAS
FE
з
пр
нау
з
пр
В зависимости от объема используемой информации о параметрах полета (кроме данных о δ, δ и скоростях V и V (δ, δ)) скорость V[δ, δ) определяют следующим образом:
нру
нру
нау
EAS
нау
нру
нау
нау
нру
<mrow><msub><mi>V</mi><mrow><mi>н</mi><mi>р</mi><mi>у</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>G</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>V</mi><mrow><mi>н</mi><mi>а</mi><mi>у</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>G</mi><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><msub><mover accent="true"><mi>V</mi><mo>˙</mo></mover><mrow><mi>к</mi><mtext> </mtext><mi>max</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>G</mi><mo>)</mo></mrow><mo>⋅</mo><mi>τ</mi></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>V</mi><mo>˙</mo></mover><mrow><mi>к</mi><mtext> </mtext><mi>max</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>G</mi><mo>)</mo></mrow></mrow>
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(G). Скорости начала ручной уборки механизации V при рассматриваемом способе выбора скоростей V определяют при математическом моделировании траекторий взлета по формуле
, где
- ускорение центра масс самолета вдоль траектории при V=V(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(G) и скорости V(G) заносят в бортовой вычислитель. Зависимости V(G) и V(G) для рассматриваемых условий уборки механизации приведены в таблице 2.
Таблица 2
Зависимость скорости начала автоматической V<sub>нау</sub> и ручной V<sub>нру</sub> уборки механизации от полетного веса самолета G
G, кг
61600
67200
72800
79500
V<sub>нау</sub>, км/ч
289
304
316
329
V<sub>нру</sub>, км/ч(τ=2 с)
277
289
307
321
FE
з
пр
з
пр
з
пр
max
Для обеспечения гарантированного непревышения границы максимальных скоростей V(δ, δ) 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 и δ при математическом моделировании процесса автоматической уборки механизации. Пример зависимости расчетной скорости полета от δ и δ при максимальном взлетном весе самолета, обозначенной V, приведен в таблице 3.
Таблица 3
Расчетная зависимость скорости полета V<sub>max</sub>(δ<sub>з</sub>, δ<sub>пр</sub>) при автоматической уборке механизации, G=79500 кг
δ<sub>з</sub>, град
18
16
14
12
10 <maths num="22"><math display="block"><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mtext>δ</mtext><mrow><msub><mrow /><mtext>з</mtext></msub></mrow><mtext>*</mtext></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></math><img file="00000015.tif" he="8" wi="8" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
8
6
4
2
0
0
0
0
δ<sub>пр</sub>, град
24
24
24
24
24
21,5
18,9
16,2
13,6
12
8
4
0
V<sub>max</sub>, км/ч
329
339
348
357
367
377
386
396
406
411
425
440
454
min
min
s
y max
з
пр
EAS
min
min
з
пр
<mrow><msub><mi>V</mi><mi>s</mi></msub><mo>=</mo><mn>14,4</mn><mo>⋅</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><mi>G</mi><mo>/</mo><mi>S</mi></mrow><mrow><msub><mi>C</mi><mrow><mi>y</mi><mtext> </mtext><mi>max</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>δ</mi><mi>з</mi></msub><mo>,</mo><mtext> </mtext><msub><mi>δ</mi><mrow><mi>п</mi><mi>р</mi></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mn>1</mn><mo>/</mo><mn>2</mn></mrow></msup></mrow>
2
Для каждого полетного веса самолета устанавливают также границу минимально допустимых скоростей полета при уборке механизации V, которую определяют расчетом в зависимости от скорости сваливания: например, V=k·V,
, где S - площадь крыла, м: C(δ,.δ) - максимальное значение коэффициента подъемной силы. Скорость V ни в какой момент времени в процессе уборки механизации не должна быть меньше значения скорости V. Пример зависимости V(δ, δ) для максимального полетного веса самолета при k=1,2 приведен в таблице 4.
Таблица 4
Расчетная зависимость скорости полета V<sub>min</sub>(δ<sub>з</sub>, δ<sub>пр</sub>) при автоматической уборке механизации, G=79500 кг
δ<sub>з</sub>, град
18
16
14
12
10 <maths num="24"><math display="block"><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mtext>δ</mtext><mrow><msub><mrow /><mtext>з</mtext></msub></mrow><mtext>*</mtext></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></math><img file="00000015.tif" he="8" wi="8" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
8
6
4
2
0
0
0
0
δ<sub>пр</sub>, град
24
24
24
24
24
21,6
19,2
16,8
14,4
12
8
4
0
V<sub>min</sub>, км/ч
274
277
281
284
287
295
302
311
320
330
340
352
364
min
з взл
пр взл
EAS
нау
EAS
нру
EAS
min
з тек
пр тек
EAS
max
з тек
пр тек
max
min
EAS
y
max
min
В полете летчик может начать уборку механизации при любом значении скорости из диапазона V(δ, δ)≤V<V. Однако только при приближении скорости V к значению V ему формируют команду о необходимости начать уборку механизации. В процессе ручной уборки механизации задача летчика заключается в том, чтобы удерживать текущее значение скорости V в диапазоне V(δ, δ)≤V<V(δ, δ). С этой целью диапазон скоростей полета, соответствующих безопасной уборке механизации, индицируют на шкале КПП. В качестве верхней границы этого диапазона используют скорость V, в качестве нижней границы - скорость V. При этом пилотирование самолета при ручном управлении уборкой механизации заключается в удержании скорости V в границах диапазона скоростей безопасной уборки механизации за счет управления вертикальной скоростью набора высоты: значение V при приближении к границе V увеличивать, при приближении к границе V - уменьшать.
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>V</mi><mo>˙</mo></mover><mi>к</mi></msub></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>V</mi><mo>˙</mo></mover><mi>к</mi></msub></mrow>
<mrow><msub><mtext>V</mtext><mrow><mtext>нау</mtext></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mi>δ</mi><mtext>з</mtext><mtext>*</mtext></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><msubsup><mi>δ</mi><mtext>з</mtext><mtext>*</mtext></msubsup></mrow>
<mrow><msub><mtext>V</mtext><mrow><mtext>нау</mtext></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mi>δ</mi><mtext>з</mtext><mtext>*</mtext></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>V</mi><mo>˙</mo></mover><mi>к</mi></msub></mrow>
j
EAS
нау
нру
2. Используют информацию о полетном весе самолета и об ускорении центра масс самолета вдоль траектории
. 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
определяют для каждого фиксированного значения полетного веса самолета при математическом моделировании траекторий взлета самолета для ряда фиксированных зависимостей тяги от скорости полета P(V), 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
, которая имела место в момент достижения угла отклонения закрылков, равного
. Пример зависимостей скоростей V, V и
от ускорения
для максимального полетного веса самолета показан в таблице 5.
Таблица 5
Зависимости скоростей V<sub>нау</sub>, V<sub>нру</sub> и <maths num="36"><math display="block"><mrow><msub><mtext>V</mtext><mrow><mtext>нау</mtext></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mi>δ</mi><mtext>з</mtext><mtext>*</mtext></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></math><img file="00000030.tif" he="8" wi="17" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
от ускорения <maths num="37"><math display="block"><mrow><msub><mover accent="true"><mi>V</mi><mo>˙</mo></mover><mi>к</mi></msub></mrow></math><img file="00000031.tif" he="7" wi="5" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
при полетном весе самолета G=79500 кг
<maths num="38"><math display="block"><mrow><msub><mover accent="true"><mi>V</mi><mo>˙</mo></mover><mi>к</mi></msub></mrow></math><img file="00000001.tif" he="7" wi="5" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
, (км/ч)/с
0
1,88
2,35
2,78
3,21
3,64
4,08
4,5
4,92
V<sub>нау</sub>, км/ч
370
370
361
354
346
339
331
324
316
V<sub>нру</sub>, км/ч
370
366
356
348
340
3327
323
315
306
<maths num="39"><math display="block"><mrow><msub><mtext>V</mtext><mrow><mtext>нау</mtext></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mi>δ</mi><mtext>з</mtext><mtext>*</mtext></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></math><img file="00000029.tif" he="8" wi="16" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
, км/ч
390
388
384
380
375
372
368
364
360
<mrow><msub><mtext>V</mtext><mrow><mtext>нау</mtext></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mi>δ</mi><mtext>з</mtext><mtext>*</mtext></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
Скорости
и
размещаются в бортовом вычислителе.
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>V</mi><mo>˙</mo></mover><mi>к</mi></msub></mrow>
<mrow><msubsup><mi>δ</mi><mtext>з</mtext><mtext>*</mtext></msubsup></mrow>
<mrow><msub><mtext>V</mtext><mrow><mtext>з</mtext><mtext>.прол</mtext><mtext> </mtext><mtext>1</mtext></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mrow><mtext> δ</mtext></mrow><mrow><msub><mrow /><mtext>з</mtext></msub></mrow><mtext>*</mtext></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><msub><mtext>V</mtext><mrow><mtext>нау</mtext></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mi>δ</mi><mtext>з</mtext><mtext>*</mtext></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><msub><mi>δ</mi><mi>з</mi></msub><mo>=</mo><msubsup><mi>δ</mi><mtext>з</mtext><mtext>*</mtext></msubsup></mrow>
<mrow><msub><mtext>δ</mtext><mrow><mtext>з</mtext><mtext> </mtext></mrow></msub><mo><</mo><msubsup><mtext>δ</mtext><mrow><msub><mrow /><mtext>з</mtext></msub></mrow><mtext>*</mtext></msubsup></mrow>
<mrow><msub><mtext>δ</mtext><mrow><mtext>з</mtext><mtext> </mtext></mrow></msub><mo>=</mo><msubsup><mtext>δ</mtext><mrow><msub><mrow /><mtext>з</mtext></msub></mrow><mtext>*</mtext></msubsup></mrow>
пр
пр взл
з.прол 1
пр.прол
з.прол 2
з
При использовании информации о
контроль правильности выдерживания расчетных (модельных) траекторий осуществляют следующим образом. На этапе уборки закрылков при δ=δ определяют пролонгированное значение скорости полета V, которое она имела бы при уборке закрылков в положение
,
. Исходя из требования, что скорость
не должна быть больше значения скорости
, то есть должно выполняться условие
, определяют максимально допустимую скорость полета на этапе уборки закрылков в положение
по формуле:
. При совместной уборке закрылков и предкрылков, то есть при
определяют пролонгированное значение скорости V, которое она имела бы при полной уборке предкрылков в крейсерское положение,
, и пролонгированное значение скорости V(δ=0), которое она имела бы при полной уборке закрылков из положения
в крейсерское,
.
з.прол 2
з
FE
з
пр.прол
FE
пр
max
max 1
max 2
з
max
max 2
Исходя из требований, что скорость V(δ=0) не должна быть больше скорости V(δ=0), а скорость V не должна быть больше скорости V(δ=0), определяют два значения максимально допустимой скорости
и
, и для этапа совместной уборки закрылков и предкрылков в качестве максимально допустимой скорости выбирают величину V=min(V, V). Для этапа уборки предкрылков при δ=0 в качестве максимально допустимой скорости принимают величину V=V.
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>V</mi><mo>˙</mo></mover><mi>к</mi></msub></mrow>
max
Так же, как и при отсутствии информации об ускорении
, скорости V используются для индикации на шкале скорости КПП верхней границы диапазона скоростей безопасной уборки механизации.
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>V</mi><mo>˙</mo></mover><mi>к</mi></msub></mrow>
В случае, когда информация об ускорении центра масс самолета вдоль траектории
не используется, управление уборкой механизации крыла самолета транспортной категории осуществляют следующим образом. В каждый момент времени полета:
з тек
пр тек
- Измеряют текущие значения углов отклонения закрылков δ и предкрылков δ (выходы блока 1).
FE
з
пр
FE тек
FE
з тек
пр тек
- Активируют хранящуюся в бортовом вычислителе зависимость максимально допустимой скорости полета от углов отклонения закрылков и предкрылков V(δ, δ), определяют текущее значение максимально допустимой скорости полета с выпущенной механизацией V=V(δ, δ), (блок 5, таблица 1).
FE тек
- На шкале скорости КПП (блок 6) индицируют максимально допустимую скорость полета с выпущенной механизацией, равную V.
тек
- Измеряют текущее значение полетного веса самолета G (выход блока 3).
max
- Активируют хранящуюся в блоке 5 зависимость максимально допустимой скорости начала уборки механизации V от полетного веса самолета и углов отклонения закрылков и предкрылков (таблица 3).
max
- Определяют и индицируют на шкале скорости КПП (блок 6) величину скорости V как верхнюю границу диапазона скоростей безопасной уборки механизации.
min
з
пр
- Активируют хранящуюся в блоке 5 зависимость минимально допустимой скорости начала уборки механизации V от параметров G, δ, δ (таблица 4).
min
- Определяют и индицируют на шкале скорости КПП (блок 6) величину скорости V как нижнюю границу диапазона скоростей безопасной уборки механизации.
EAS
- Измеряют текущее значение скорости полета V (выход блока 2).
min
EAS
max
- 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≤V≤V.
- Посредством перемещения рычага управления механизацией (блок 8) в положение, соответствующее крейсерскому положению закрылков и предкрылков, осуществляют уборку механизации.
EAS
y
max
min
- В процессе уборки механизации удерживают значение скорости V в диапазоне скоростей безопасной уборки: вертикальную скорость набора высоты V при приближении к границе V увеличивают, а при приближении к границе V - уменьшают.
нру
нру
з
пр
нру
- При невмешательстве летчика в управление механизацией активируют хранящуюся в блоке 5 зависимость максимально допустимой скорости начала ручной уборки механизации V от полетного веса самолета и углов отклонения закрылков и предкрылков V(G, δ, δ) (таблица 2) и определяют текущее значение скорости V.
EAS
нру
- Проводят сравнение скорости V со скоростью V.
EAS
нру
- При выполнении условия V≥V формируют летчику команду о необходимости начать уборку механизации (блок 7).
нау тек
max
з взл
пр взл
EAS
нау тек
- При продолжающемся невмешательстве летчика в управление механизацией определяют текущее значение скорости начала автоматической уборки V как значение скорости V(G, δ, δ) (таблица 3), проводят сравнение скорости V со скоростью V (блок 12).
EAS
нау тек
- При выполнении условия V≥V осуществляют автоматическую уборку механизации (блок 13).
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>V</mi><mo>˙</mo></mover><mi>к</mi></msub></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>V</mi><mo>˙</mo></mover><mi>к</mi></msub></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>V</mi><mo>˙</mo></mover><mi>к</mi></msub></mrow>
нру
нау
max
max
пр
пр взл
max
max 1
max 2
max
max 2
з
При использовании информации об ускорении центра масс самолета вдоль траектории полета
последовательность операций по управлению уборкой механизации такая же, как и при отсутствии информации о величине
. Различие заключается в том, что величины максимально допустимых скоростей начала ручной и начала автоматической уборки механизации V и V определяют дополнительно и как функции ускорения центра масс самолета вдоль траектории полета
, 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, 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 определяют в блоке 5 по следующим зависимостям:
- на этапе разгона до начала уборки механизации;
- на этапе уборки закрылков при δ=δ; V=min(V, V), где
,
, на этапе совместной уборки закрылков и предкрылков; V=V - на этапе уборки предкрылков при δ=0.
EAS
з
FE
з
з
EAS
з
EAS
FE
FE
з
На фиг.2 на плоскости (V, δ) приведены граница максимально допустимых скоростей полета самолета с выпущенными закрылками V(δ) (линия 1) и диаграмма изменения угла отклонения закрылков в функции скорости полета δ(V) при их уборке из взлетного положения в крейсерское по методу прототипа (линия 2); при этом G=56000 кг. Зависимость δ(V) 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 (способ управления уборкой по прототипу), из-за ограниченной угловой скорости уборки закрылков максимально допустимая скорость полета с выпущенными закрылками V(δ) была значительно превышена, что недопустимо по условиям безопасности полета.
з
EAS
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>V</mi><mo>˙</mo></mover><mi>к</mi></msub></mrow>
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(V) 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
в начале уборки механизации. Приведенным линиям соответствуют следующие значения характерных параметров:
нау
у
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>V</mi><mo>˙</mo></mover><mi>к</mi></msub><mo>=</mo><mn>4,1</mn><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mi>к</mi><mi>м</mi><mo>/</mo><mi>ч</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>/</mo><mi>с</mi></mrow>
- линия 1: G=56000 кг; V=345 км/ч; V=0;
;
нау
у
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>V</mi><mo>˙</mo></mover><mi>к</mi></msub><mo>=</mo><mn>3</mn><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mi>к</mi><mi>м</mi><mo>/</mo><mi>ч</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>/</mo><mi>с</mi></mrow>
- линия 2: G=56000 кг; V=357 км/ч; V=2 м/с;
;
нау
у
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>V</mi><mo>˙</mo></mover><mi>к</mi></msub><mo>=</mo><mn>1,27</mn><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mi>к</mi><mi>м</mi><mo>/</mo><mi>ч</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>/</mo><mi>с</mi></mrow>
- линия 3: G=77300 кг; V=370 км/ч; V=2 м/с;
;
нау
у
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>V</mi><mo>˙</mo></mover><mi>к</mi></msub><mo>=</mo><mn>2,25</mn><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mi>к</mi><mi>м</mi><mo>/</mo><mi>ч</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>/</mo><mi>с</mi></mrow>
- линия 4: G=77300 кг; V=370 км/ч; V=0;
.
FE
з
пр
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>V</mi><mo>˙</mo></mover><mi>к</mi></msub></mrow>
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(δ, δ). На фиг.3 видно, что предельные значения скоростей упреждающей уборки можно представить в виде функций ускорения центра масс вдоль траектории
и полетного веса самолета.
FE
з
пр
F
з
пр
F
з
пр
F
з
пр
Технический результат заключается в том, что при гарантированном непревышении назначенных величин V[δ, δ) расчетные скорости полета самолета с выпущенной механизацией V[δ, δ) в соответствии с п.25.335(e)(3) АП-25 могут быть понижены по сравнению со значениями V[δ, δ), 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[δ, δ) на 7÷10% снижает аэродинамические нагрузки на механизацию на 15÷20%.