УСТРОЙСТВО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ДЛЯ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
AIRCRAFT POWER PROTECTION DEVICE

Настоящее изобретение относится к устройству энергетической защиты для летательного аппарата, в частности четырехмоторного летательного аппарата.
Более конкретно, упомянутое устройство предназначено для защиты летательного аппарата от ситуаций малой энергии (низкой скорости, высокого угла атаки, слабой тяги двигателей), которые могут угрожать безопасности летательного аппарата, особенно близко к земле.
Вообще, такое устройство обычно содержит:
- допускающие запуск извне средства управления для приведения в действие, когда они запущены, защитной функции, состоящей в автоматическом управлении упомянутыми двигателями, с тем чтобы каждый из них выдавал максимальную тягу; и
- средства запуска для автоматического отслеживания множества параметров и для автоматического запуска упомянутого средства управления, когда удовлетворены условия запуска, в зависимости от упомянутых параметров.
Однако вследствие формирования максимальной тяги на каждом из двигателей летательного аппарата в момент приведения в действие защитной функции возникает проблема в случае отказа одного из этих двигателей. Фактически, в этом случае упомянутая защитная функция вызывает разбаланс тяги, то есть тяга, формируемая на одной стороне (под одним крылом) летательного аппарата, оказывается гораздо большей, чем формируемая на другой стороне (под другим крылом). Это вызывает большое движение рыскания, которое может иметь результатом затруднение поперечного управления, а потому создает большую проблему безопасности для летательного аппарата.
К тому же, для того чтобы избежать такой ситуации, защитное устройство упомянутого типа обычно дополнительно содержит:
- средства обнаружения для обнаружения всех из упомянутых отказов двигателей; и
- средства подавления, которые присоединены к упомянутым средствам обнаружения и которые способны подавлять упомянутые средства запуска, а потому выводить из работы упомянутую защитную функцию.
Упомянутые средства подавления обычно выполняют таким образом, чтобы подавлять средства запуска, как только один из двигателей обнаружен в качестве отказавшегося упомянутым средством обнаружения, каковое дает возможность избежать вышеупомянутых проблем.
Однако такое решение значительно снижает полезность защитного устройства, так что как только, по меньшей мере, один двигатель отказывает, летательный аппарат больше не имеет энергетической защиты.
Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы устранить эти недостатки. Оно относится к устройству энергетической защиты для летательного аппарата, который содержит, по меньшей мере, один двигатель, скомпонованный на каждом из его крыльев, и, по меньшей мере, один дополнительный двигатель, это устройство имеет расширенную область применения, в которой поддерживается безопасность летательного аппарата.
Для этой цели согласно изобретению упомянутое устройство типа содержит:
- средство обнаружения для обнаружения отказов упомянутых двигателей;
- допускающие запуск извне средства управления для приведения в действие, когда они запущены, защитной функции, состоящей в автоматическом управлении упомянутыми двигателями, с тем чтобы они выдавали максимальную тягу;
- средства запуска для автоматического отслеживания множества параметров и для автоматического запуска упомянутых средств управления, когда удовлетворены условия запуска в зависимости от упомянутых отслеживаемых параметров; и
- средства подавления, присоединенные к упомянутым средствам обнаружения и способные воздействовать на упомянутые средства запуска, для того чтобы подавлять приведение в действие упомянутой защитной функции, характеризуется тем, что:
- упомянутые средства подавления выполнены таким образом, чтобы подавлять приведение в действие упомянутой защитной функции, только когда одновременно отказали все из двигателей, которые скомпонованы на общем крыле летательного аппарата; и
- упомянутые средства управления выполнены таким образом, что, когда они запущены, они управляют в зависимости от количества и расположения возможно отказавших двигателей, по меньшей мере, некоторыми из двигателей, которые не отказали, таким образом, чтобы минимизировать возможный разбаланс тяги по отношению к фюзеляжу летательного аппарата.
В предпочтительном варианте осуществления устройство согласно изобретению применяется на летательном аппарате, который снабжен четырьмя двигателями, скомпонованными парами на его крыльях. В этом случае упомянутые средства подавления поэтому выполнены таким образом, чтобы подавлять приведение в действие упомянутой защитной функции, только когда отказали все из двигателей, которые скомпонованы на общем крыле летательного аппарата.
Таким образом, благодаря изобретению функция энергетической защиты подавляется, только если одновременно отказали два двигателя, расположенные на общем крыле, такая ситуация затем делает созданный разбаланс критическим для поперечного управления летательным аппаратом, каковое дает возможность значительно сократить количество случаев подавления этой защитной функции. Следовательно, устройство защиты согласно изобретению имеет гораздо более широкую область применения, чем обычное устройство вышеупомянутого типа, в частности, в случае отказа одиночного двигателя или в случае отказа двух двигателей, которые скомпонованы на разных крыльях.
Более того, благодаря изобретению, средства управления выполнены таким образом, чтобы минимизировать возможный разбаланс тяги (по отношению к фюзеляжу летательного аппарата), как описано ниже. Следовательно, приведение в действие защитной функции не нарушает поперечного управления летательным аппаратом.
Вышеупомянутые признаки поэтому дают возможность повысить безопасность летательного аппарата как в целом, так и относительно обычного устройства энергетической защиты вышеупомянутого типа.
В предпочтительном варианте осуществления упомянутые средства управления выполнены таким образом, чтобы управлять (для того, чтобы получить максимальную тягу), когда они запущены:
- когда ни один двигатель не отказал, всеми четырьмя двигателями;
- когда внешний двигатель отказал, только двумя внутренними двигателями по любую сторону фюзеляжа;
- когда внутренний двигатель отказал, только двумя внешними двигателями по любую сторону фюзеляжа;
- когда отказали два внешних двигателя, двумя внутренними двигателями по любую сторону фюзеляжа;
- когда отказали два внутренних двигателя, двумя внешними двигателями по любую сторону фюзеляжа; и
- когда отказали внутренний двигатель первого крыла и внешний двигатель второго крыла, двумя двигателями, которые не отказали.
Устройство согласно настоящему изобретению также может быть применено на трехмоторном летательном аппарате, который снабжен одним двигателем, скомпонованным на каждом из своих крыльев, и дополнительным двигателем, скомпонованным на фюзеляже. В этом случае предпочтительно упомянутые средства подавления выполнены так, что они подавляют приведение в действие упомянутой защитной функции, только когда отказал, по меньшей мере, один из двигателей, которые скомпонованы на крыльях.
Кроме того, предпочтительно упомянутые средства запуска связаны с множеством датчиков для измерения, по меньшей мере, некоторых из следующих параметров: угла атаки летательного аппарата, продольной ориентации летательного аппарата, скорости изменения угла тангажа летательного аппарата, скорости летательного аппарата и его интенсивности торможения, числа Маха летательного аппарата, положения предкрылков и закрылков летательного аппарата, высоты по радиовысотомеру летательного аппарата (высоты относительно земли), положение рычага управления и параметры двигателя (частота вращения двигателя) дают возможность обнаруживать отказы двигателя.
Упомянутое средство обнаружения и вышеприведенные датчики могут быть частью одного и того же измерительного устройства.
В предпочтительном варианте осуществления упомянутые средства запуска учитывают в качестве условий запуска:
- первые условия, относящиеся к необходимости запуска; и
- вторые условия, относящиеся к санкционированию запуска, которые должны быть удовлетворены одновременно, чтобы сформировать запуск.
В этом случае предпочтительно упомянутые первые условия удовлетворены, если подтверждена, по меньшей мере, одна из следующих ситуаций:
- угол атаки летательного аппарата является большим чем или равным первому значению угла атаки, и условие малой энергии было активным в течение заранее определенной длительности;
- угол атаки летательного аппарата является большим чем или равным второму заранее определенному значению угла атаки;
- включено средство защиты по углу атаки, и элемент управления летательного аппарата находится в положении, близком к остановке задирания носа;
- высота летательного аппарата является большей, чем заранее определенное значение высоты, а элемент управления находится в положении, близком к остановке задирания носа.
Кроме того, предпочтительно, упомянутые вторые условия удовлетворены, если одновременно подтверждены все из следующих ситуаций:
- высота летательного аппарата относительно земли является большей, чем предопределенное значение высоты во время приземления;
- число Маха летательного аппарата является меньшим, чем предопределенное значение числа Маха; и
- действует множество конкретных систем летательного аппарата, таких как устройство ADR («Отсчета аэродинамических данных»), система IRS («Инерциальной системы отсчета»), радиовысотомер, средство определения скорости полета и средство определения угла атаки.
Кроме того, устройство энергетической защиты согласно изобретению дополнительно содержит по меньшей мере одно средство, которое выполнено с возможностью управления оператором и которое создано таким образом, чтобы выводить из работы упомянутую защитную функцию, когда им управляются. Это средство, в частности, может быть пусковой кнопкой, средством управления, ассоциативно связанным с экраном, рычагом управления тягой, который, например, может быть помещен в положение работы на холостом ходу.
Кроме того, предпочтительно, упомянутые средства управления выполнены таким образом, чтобы управлять, когда защитная функция приведена в действие, по меньшей мере, некоторыми из двигателей, которые не отказали, из условия чтобы каждый из последних выдавал максимальную тягу для взлета (известную как «максимальная взлетная» тяга) или для ухода на следующий круг.
На прилагаемых чертежах представлены варианты осуществления изобретения, где идентичные ссылки указывают подобные элементы.
Фиг.1 - структурная схема устройства согласно изобретению;
Фиг.2-9 схематически показывают летательный аппарат, на котором показаны, как заранее определено, отказавшие двигатели, двигатели, чья тяга не изменяется, и двигатели, чья тяга изменяется согласно настоящему изобретению.
Устройство 1 согласно изобретению и схематически показанное на Фиг.1 является устройством энергетической защиты для летательного аппарата А, оснащенного четырьмя двигателями М1, М2, М3 и М4. В более общем смысле, устройство 1 предназначено для защиты летательного аппарата от ситуаций с малой энергией (низкой скорости, высокого угла атаки, слабой тяги двигателей), которые могут подвергать риску безопасность летательного аппарата А особенно близко к земле.
Для того чтобы делать это, упомянутое устройство 1 принадлежит к обычному типу, содержащему:
- средство обнаружения, например, формирующее часть измерительного устройства 2, для обнаружения всех отказов упомянутых двигателей М1, М2, М3 и М4;
- средства 3 управления, которые могут быть запущены и которые выполнены таким образом, чтобы приводить в действие защитную функцию, когда они запущены. Эта защитная функция состоит в автоматическом управлении упомянутыми двигателями М1, М2, М3 и М4 таким образом, чтобы изменить выдаваемую тягу, с тем чтобы каждый из них обеспечивал максимальную тягу. Для того чтобы сделать это, упомянутые средства 3 управления присоединены посредством линий L связи к обычному средству 4 для изменения тяги, выдаваемой упомянутыми двигателями М1, М2, М3 и М4, в частности, посредством изменения подачи топлива упомянутых двигателей;
- средства 6 запуска, которые присоединены посредством линий 5 и 7 связи к упомянутому измерительному устройству 2 и упомянутому средству 3 управления соответственно и которые выполнены таким образом, чтобы автоматически отслеживать множество конкретных параметров (описанных ниже) и автоматически запускать упомянутые средства 3 управления, когда удовлетворены условия запуска (описанные ниже) в зависимости от упомянутых параметров; и
- средства 8 подавления, которые связаны с упомянутыми средствами 6 запуска, например, будучи интегрированным в последние, и которые выполнены таким образом, чтобы воздействовать на упомянутые средства 6 запуска для того, чтобы подавлять приведение в действие упомянутой защитной функции.
Если защитная функция не приводится в действие или если ее приведение в действие было подавлено, различные двигатели с М1 по М4 летательного аппарата, конечно, управляются обычным образом согласно обычным командам, в частности, формируемым пилотом летательного аппарата А.
Согласно изобретению в частности, для того чтобы расширить область применения устройства 1 наряду с обеспечением безопасности летательного аппарата А:
- упомянутые средства 8 подавления выполнены таким образом, чтобы подавлять приведение в действие упомянутой защитной функции (то есть чтобы предотвращать или прекращать использование этой функции), только когда одновременно отказали два двигателя, которые скомпонованы на общем крыле В или С летательного аппарата А; и
- упомянутые средства 3 управления выполнены таким образом, что, когда они запущены упомянутым средством 6 запуска, они осуществляют управление в зависимости от количества и положения на крыльях В и С двигателей, которые отказали, по меньшей мере, некоторыми из двигателей, которые в это время не отказали, для того чтобы одновременно:
- получать максимальную тягу; и
- минимизировать возможный разбаланс тяги относительно фюзеляжа летательного аппарата А, проиллюстрированного осью X-X на Фиг.2.
Таким образом, благодаря изобретению защитная функция подавляется, только если одновременно отказали два двигателя, расположенные на общем крыле В или С летательного аппарата А, такая ситуация делает снижение возможного разбаланса тяги невозможным. Предыдущий признак дает возможность значительно снижать количество случаев подавления этой защитной функции. Следовательно, защитное устройство 1 согласно изобретению имеет гораздо более широкую область применения, чем обычное устройство. Оно, в частности, активно в случае отказа одиночного двигателя или в случае отказа двух двигателей, которые скомпонованы на разных крыльях летательного аппарата А.
Кроме того, благодаря изобретению средства 3 управления выполнены таким образом, чтобы минимизировать возможный разбаланс тяги (по отношению к фюзеляжу (X-X) летательного аппарата А), как описано ниже. Следовательно, приведение в действие защитной функции не нарушает поперечного управления летательного аппарата А.
Вышеупомянутые признаки поэтому дают возможность повышать безопасность летательного аппарата А как обычным образом, так и по сравнению с обычным устройством энергетической защиты.
В конкретном варианте осуществления упомянутое измерительное устройство 2 содержит множество датчиков C1, C2, …, Cn для соответственного измерения по меньшей мере некоторых из следующих параметров (которые отслеживаются средством 6 запуска): угла атаки летательного аппарата А, продольной ориентации летательного аппарата А, скорости изменения угла тангажа летательного аппарата А, скорости летательного аппарата А и его интенсивности торможения, числа Маха летательного аппарата А, положения предкрылков и закрылков летательного аппарата А, высоты по радиовысотомеру летательного аппарата А (высоты относительно земли), положение рычага управления и параметры двигателя (частота вращения двигателя) дают возможность обнаруживать отказы двигателя.
Кроме того, упомянутые средства 6 запуска учитывают в качестве условий запуска:
- первые условия, относящиеся к необходимости запускать защитную функцию, которые основаны на параметрах, представляющих действия пилота и состояние летательного аппарата А; и
- вторые условия, относящиеся к санкционированию в отношении запуска защитной функции, которые основаны на параметрах летательного аппарата А и систем упомянутого летательного аппарата А.
Эти первые и вторые условия должны быть удовлетворены одновременно, для того чтобы вызывать запуск средства 3 управления.
В конкретном варианте осуществления упомянутые первые условия удовлетворены, если имеет место, по меньшей мере, одна из следующих ситуаций A/, B/, C/ и D/:
A/ угол атаки летательного аппарата А является большим чем или равным первому значению угла атаки, и условие малой энергии было активным в течение заранее определенной длительности;
B/ угол атаки летательного аппарата А является большим чем или равным второму заранее определенному значению угла атаки;
C/ включено средство защиты по углу атаки, и элемент управления летательного аппарата находится в положении, близком к остановке задирания носа;
D/ высота летательного аппарата А является большей, чем заранее определенное значение высоты, а элемент управления находится в положении, близком к остановке задирания носа.
Что касается упомянутой ситуации A/, будет отмечено, что:
- угол атаки летательного аппарата А соответствует сумме угла бavion атаки летательного аппарата и динамического значения бd. Динамическое значение бd является составляющей опережения по фазе, которая учитывает торможение летательного аппарата А, условия сильного ветра или условия высокой скорости изменения угла тангажа летательного аппарата А и, таким образом, упреждает кратковременное увеличение угла атаки;
- упомянутое первое значение угла атаки определяется в качестве компромисса между ограничениями маневренности летательного аппарата А и эффективности защитной функции. Это первое значение угла атаки, например, зависит от положений предкрылков и закрылков летательного аппарата А и от числа Маха;
- упомянутая заранее определенная длительность представляет задержку, которая предоставляет пилоту возможность иметь достаточное время, чтобы реагировать (начиная с первого обнаружения условия с малой энергией, которое, например, может быть только слуховым, без влияния на частоту вращения двигателей) до запуска защитной функции, которая может рассматриваться пилотом отрицательно, поскольку она часто имеет следствием уход на второй круг.
Что касается ситуации B/, упомянутое второе значение угла атаки соответствует углу атаки, рассматриваемому в качестве максимального, снова давая приемлемый запас по отношению к критическому углу атаки летательного аппарата А. Это второе значение угла атаки является большим, чем упомянутое первое значение угла атаки, и может определяться, например, в качестве функции положения предкрылков и закрылков, а также числа Маха летательного аппарата А.
Более того, упомянутые вторые условия удовлетворены, если одновременно осуществляются все из ситуаций E/, F/ и G/:
E/ высота летательного аппарата А относительно земли является большей, чем заранее определенное значение высоты во время приземления;
F/ число Маха летательного аппарата А является меньшим, чем заранее определенное значение числа Маха; и
G/ действительно множество конкретных систем, таких как устройство ADR («Отсчета аэродинамических данных»), система IRS («Инерциальной системы отсчета»), радиовысотомер, средство определения скорости полета и средство определения угла атаки летательного аппарата А.
Следует отметить, что вследствие условия, относящегося к упомянутой ситуации E/, защитная функция подавляется на земле, и даже во время приземления, если летательный аппарат А расположен слишком близко к земле.
Кроме того, устройство 1 согласно изобретению дополнительно содержит, по меньшей мере, одно средство 9, которое присоединено, например, посредством линии 10 связи, к упомянутому средству 3 управления (или к упомянутому средству 6 запуска), которое может управляться оператором и которое выполнено таким образом, чтобы выводить из работы упомянутую защитную функцию, когда им управляют. Таким образом, пилот способен в любое время выводить из работы упомянутую защитную функцию. В качестве иллюстрации упомянутым средством 9 может быть:
- пусковая кнопка;
- средство управления, которое связано с экраном, например, экраном типа FCU («Устройства управления полетом»);
- рычаг управления тягой, например, который может быть установлен в режим холостого хода, для того чтобы выводить из работы защитную функцию.
Упомянутое устройство 1 также может содержать средство 11 отображения, которое присоединено посредством линии 12 связи к упомянутым средствам 3 управления и которое выполнено с возможностью отображать сообщение, предупреждающее пилота летательного аппарата А о любом приведении в действие защитной функции, например, посредством отображения соответствующего сообщения на экране, например, таком как экран PDF («Главного рабочего дисплея»).
Кроме того, упомянутые средства 3 управления выполнено таким образом, чтобы управлять, когда защитная функция приведена в действие, по меньшей мере, некоторыми из двигателей летательного аппарата А, которые не отказали, из условия чтобы каждый из последних выдавал максимальную возможную тягу для взлета или для ухода на следующий круг.
Как упомянуто ранее, защитная функция запускается каждый раз, когда удовлетворяются упомянутые надлежащие условия. Более того, эта защитная функция подавляется, только если одновременно отказали два двигателя, которые расположены на общем крыле В или С летательного аппарата А.
Фиг.2-9 являются схематическими представлениями разных возможных ситуаций, которые каждый раз показывают летательный аппарат, имеющий крылья В и С. Каждое крыло В, С содержит внешний двигатель М1, М4 относительно фюзеляжа (Х-Х) летательного аппарата А и внутренний двигатель М2, М3 относительно упомянутого фюзеляжа. На этих фигурах с 2 по 9 упомянутые двигатели М1, М4 показаны в виде:
- кружка с крестом, когда соответствующий двигатель отказал, например, как показано для двигателя М1 на фиг.3;
- зачерненного кружка, когда соответствующий двигатель управляется на максимальной мощности согласно настоящему изобретению. Такое управление представлено посредством стрелки Е, которая иллюстрирует соответствующую тягу (или силу тяги), например, как показано для двигателей М2 и М1 на фиг.3; и
- простого незачерненного кружка, когда соответствующий двигатель не отказал, но управляется согласно изобретению, из условия чтобы он продолжал вырабатывать мощность, которая является представляющей нормальные команды, например, как показано для двигателя М4 на Фиг.3.
Согласно изобретению упомянутые средства 3 управления выполнены таким образом, чтобы управлять, для того чтобы получить максимальную тягу, когда они запущены:
- когда ни один двигатель не отказал, всеми четырьмя двигателями с М1 по М4, как показано на Фиг.2;
- когда отказал один внешний двигатель М1, только двумя внешними двигателями М2 и М3 по любой стороне фюзеляжа (Х-Х) летательного аппарата А, как показано на Фиг.3;
- когда внутренний двигатель М2 отказал, только двумя внешними двигателями М1 и М4 по любой стороне фюзеляжа, как показано на Фиг.4;
- когда отказали два внутренних двигателя М2 и М3, двумя внешними двигателями М1 и М4 по любой стороне фюзеляжа, как показано на Фиг.5;
- когда отказали два внешних двигателя М1 и М4, двумя внутренними двигателями М2 и М3 по любой стороне фюзеляжа, как показано на Фиг.6; и
- когда отказали внутренний двигатель M3 первого крыла С и внешний двигатель М1 второго крыла В, двумя двигателями М2 и М4, которые не отказали.
Кратко, когда удовлетворены условия, относящиеся к запуску защитной функции, и:
- если ни один двигатель не отказал, всеми из двигателей управляют на максимальной тяге, как показано на Фиг.2. Таким способом получается симметричная тяга;
- если два двигателя отказали, но не на общем крыле В, С, оставшимися двумя двигателями управляют на максимальной тяге, как показано на Фиг.7. Это может иметь следствием легкий разбаланс тяги; и
- если отказали два двигателя на общем крыле, защитная функция подавляется. Это имеет место, когда отказали только два двигателя М1 и М2, как показано на Фиг.8, или когда отказали три двигателя М1, М3 и М4, как показано на Фиг.9.
Конечно, вопрос не возникает в случае одновременного отказа всех четырех двигателей с М1 по М4.
Будет отмечено, что устройство энергетической защиты согласно изобретению также может быть применено на трехмоторном летательном аппарате (не показан), содержащем два двигателя под крыльями и один двигатель на фюзеляже. Если двигатель на фюзеляже отказывает, производятся мероприятия для приведения в действие функции энергетической защиты на двух двигателях под крыльями. Для того чтобы выполнить это, средства подавления упомянутого устройства энергетической защиты созданы таким образом, чтобы подавлять приведение в действие упомянутой защитной функции, только когда отказал, по меньшей мере, один из двигателей под крыльями.