УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМОМ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ, СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМОМ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ И ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ, СОДЕРЖАЩИЙ ТАКОЕ УСТРОЙСТВО
ENGINE OPERATION CONTROL DEVICE, METHOD OF ENGINE OPERATION CONTROL AND AIRCRAFT INCORPORATING SAID DEVICE

Предлагаемое изобретение относится к устройству управления режимом работы двигателя, например, для летательного аппарата, к способу управления режимом работы двигателя и к летательному аппарату, содержащему такое устройство.
В транспортных средствах, содержащих двигатель, в частности на летательных аппаратах, используют рычаг управления режимом работы двигателя, который позволяет пилоту (или водителю) управлять в режиме ручного функционирования режимом работы двигателя данного транспортного средства и управлять вследствие этого мощностью, развиваемой данным двигателем, и скоростью движения этого транспортного средства.
Для этого рычаг управления режимом работы двигателя выдает в двигатель информацию, которая представляет собой команду режима работы двигателя. После принятия этой команды внутренние механизмы двигателя действуют таким образом, чтобы фактический режим работы двигателя совпал с этой командой, что обычно происходит с реакцией по времени порядка секунды.
При установленном ручном режиме функционирования фактический режим работы двигателя достаточно точно следует команде, подаваемой рычагом управления таким образом, что рычаг обычно дает правильное указание фактического режима работы двигателя.
В других ситуациях, в частности в переходных режимах, существует зато значительное расхождение между командой, указываемой положением рычага управления режимом работы двигателя, и фактическим режимом работы двигателя. Это расхождение, естественно, влечет за собой изменение фактического режима работы двигателя в сторону режима его работы по команде, подаваемой рычагом управления, как объяснялось раньше, что может привести к ощущению толчка, неприятного для пассажиров транспортного средства, в том случае, когда упомянутое расхождение является значительным.
Это, в частности, относится к случаю транспортных средств, в которых используется система автоматического регулирования режима работы двигателя без соответствующего изменения положения рычага. Действительно, в режиме автоматического функционирования режим работы двигателя полностью контролируется этой системой независимо от положения рычага управления режимом работы двигателя (например, положения, которое было использовано перед переходом в режим автоматического функционирования). Таким образом, в этом режиме функционирования отсутствует связь между командой, создаваемой положением рычага управления и фактическим режимом работы двигателя.
При выходе из режима автоматического функционирования, то есть при возврате в режим ручного управления двигателем, обычно существует некоторое расхождение между фактическим режимом работы двигателя, установленным в предшествующий период системой автоматического регулирования, и командой режима работы двигателя, создаваемой рычагом управления.
Как об этом уже было сказано в предшествующем изложении, это расхождение (или разница) приводит к неравномерному изменению режима работы двигателя, которое может оказаться неожиданным для пилота и неприятным для пассажиров, в частности, в случае летательного аппарата, где соответствующее изменение тяги может быть относительно резким.
Для того чтобы исключить эти изменения режима, пилоты обычно стараются переставить рычаг управления режимом работы двигателя в положение, которое соответствует фактическому режиму его работы во время выхода из режима автоматического регулирования. Для того чтобы облегчить пилотам выполнение этой операции, обычно предусматривается индикация на одном и том же экране сведений о фактическом режиме работы двигателя и информации о команде, выдаваемой рычагом управления, которым манипулирует пилот.
Однако такое техническое решение требует, чтобы пилот следил за информацией на соответствующем экране, тогда как в этот момент для него более важным может оказаться концентрация внимания на другом экране, который он расценивает как более значимый, что часто случается в тех ситуациях, когда пилот переходит на режим ручного функционирования.
С другой стороны, нормальное функционирование этого технического решения подразумевает, что пилот будет внимательным к процессу совмещения индикации команды с индикацией фактического режима работы двигателя на экране путем воздействия на рычаг управления, что является достаточно сложным, в особенности, в сочетании с другими действиями, которые пилот должен выполнять в тот же самый момент.
Таким образом, данное изобретение, в частности, имеет целью предложить более практичное в осуществлении пилотом техническое решение проблемы, создаваемой нежелательным расхождением между командой режима работы двигателя, выдаваемой рычагом управления, и фактическим режимом работы двигателя, например, при отключении системы автоматического регулирования режима работы двигателя.
Таким образом, в данном изобретении предлагается устройство управления режимом работы двигателя, содержащее рычаг управления режимом работы двигателя, создающий команду режима работы двигателя, и средства, предназначенные для выдачи информации, характеризующей фактический режим работы двигателя, отличающееся тем, что предусматриваются средства воздействия, способные прикладывать механическое усилие на рычаг в зависимости от разницы между командой и информацией, характеризующей фактический режим работы двигателя.
Таким образом, пользователь этого рычага воспринимает некоторое тактильное ощущение в зависимости от близости команды, выдаваемой рычагом, и фактического режима работы двигателя.
В этом контексте упомянутые средства воздействия выдают, например, специфическую тактильную информацию в том случае, когда упомянутая разница равна нулю. То есть пользователь получает информацию в том случае, когда команда совпадает с фактическим режимом работы двигателя.
В том случае, когда данное устройство содержит систему автоматического регулирования режима работы двигателя, средства воздействия активны, например, при отключении системы автоматического регулирования. Действительно, отключение системы автоматического регулирования представляет собой тот момент, когда добиваться совпадения между командой и фактическим режимом работы двигателя особенно уместно.
В том же самом контексте информация, характеризующая фактический режим работы двигателя, представляет собой, например, режим работы двигателя, вычисленный системой автоматического регулирования. Эта информация является легко доступной.
При этом средства воздействия могут прикладывать нулевое усилие в том случае, когда система автоматического регулирования включена.
В качестве варианта средства воздействия могут быть активными на всем протяжении режима автоматического регулирования. Таким образом, пилот будет иметь возможность добиться совпадения между командой и фактическим режимом работы двигателя перед отключением режима автоматического регулирования, что позволит исключить любой скачок тяги в момент отключения.
В этом случае средства воздействия могут быть не действующими при отключении системы автоматического регулирования.
В соответствии с первым рассматриваемым здесь способом реализации средства воздействия содержат подвижный упор, который имеет возможность взаимодействовать с рычагом управления, и средства, предназначенные для перемещения этого подвижного упора в зависимости от информации, характеризующей фактический режим работы двигателя.
Этот подвижный упор может быть выполнен убирающимся.
В соответствии со вторым рассматриваемым здесь способом реализации средства воздействия содержат электромеханический тормоз, имеющий возможность взаимодействовать с рычагом управления.
В этом случае можно предусмотреть, чтобы этот электромеханический тормоз прикладывал максимальное усилие сопротивления к рычагу управления в том случае, когда команда равна информации, характеризующей фактический режим работы двигателя.
В соответствии с третьим рассматриваемым здесь способом реализации средства воздействия содержат двигатель, который имеет возможность воздействовать на рычаг, и электронику управления этим двигателем.
При этом можно предусмотреть, чтобы электроника управления управляла двигателем так, чтобы этот двигатель создавал момент сил в зависимости от разницы между командой и информацией, характеризующей фактический режим работы двигателя.
Так, например, двигатель создает отличный от нуля момент сил в том случае, когда упомянутая разница оказывается отличной от нуля и меньше, чем заданный угол, и этот двигатель создает нулевой момент сил, когда упомянутая разница равна нулю.
В данном изобретении также предлагается летательный аппарат, содержащий устройство управления режимом работы двигателя, описанного в предшествующем изложении.
Кроме того, в данном изобретении предлагается способ управления режимом работы двигателя, включающий в себя следующие этапы:
- определение режима работы двигателя, вычисленного посредством системы автоматического регулирования режима работы двигателя;
- приложение при помощи средств воздействия механического усилия на рычаг, выдающий команду режима работы двигателя, причем это механическое усилие представляет собой функцию разницы между командой и вычисленным режимом работы двигателя.
В соответствии с возможным вариантом технического решения этап приложения усилия реализуется при отключении системы автоматического регулирования.
В качестве варианта этап приложения усилия реализуется во время режима автоматического регулирования.
Способ также может содержать этап отключения средств воздействия после некоторой задержки по времени.
Другие характеристики и преимущества настоящего изобретения будут лучше поняты из приведенного ниже описания, где даются ссылки на приведенные чертежи.
Фиг.1 представляет систему управления режимом работы двигателя в соответствии с первым способом реализации изобретения.
Фиг.2 представляет систему управления режимом работы двигателя в соответствии со вторым способом реализации изобретения.
Фиг.3 представляет систему управления режимом работы двигателя в соответствии с третьим способом реализации изобретения.
На фиг.1 представлена система управления режимом работы двигателя самолета, в которой используется первый способ реализации изобретения.
Эта система управления режимом работы двигателя содержит рычаг 2 управления, подвижный по вращательному движению относительно оси, перпендикулярной плоскости чертежа, приведенного на фиг.1.
Рычаг управления 2 реализован в форме небольшого рычага, который пилоты обычно называют "рычаг управления двигателем".
Здесь на дугах окружности представлены различные положения, которые может занимать рычаг 2:
- положение, соответствующее малому газу и обозначенное на фиг.1 позицией "IDLE";
- положение, соответствующее набору высоты и обозначенное на фиг.1 позицией МСL (аббревиатура английского выражения "maximum climb");
- диапазон положений, которые может занимать рычаг 2 в ручном режиме, причем этот диапазон располагается между положениями IDLE и ТОGА и представлен на фиг.1 под обозначением "МАN";
- диапазон положений, которые может занимать рычаг 2 в автоматическом режиме регулирования режимом работы двигателя, обозначенный позицией "АUТО" на фиг.1 и располагающийся между положениями IDLE и МСL, причем автоматическое регулирование осуществляется между режимом, представленным положением рычага, и положением малого газа;
- взлетное положение, обозначенное на фиг.1 позицией "ТОGА" (аббревиатура английского выражения "take-off go-around").
Можно предусмотреть некоторые фиксированные точки, обычно реализуемые на уровне механической части поворота рычага 2 на уровне каждого специфического положения, каковыми являются положения IDLE, МСL и ТОGА.
Положение рычага 2 определяется при помощи датчика положения 4, который передает информацию РОS, характеризующую угловое положение рычага 2, в контроллер 6 режима работы двигателя.
В ручном режиме положение рычага 2 представляет режим работы двигателя, выбранный пилотом. При этом информация РОS о положении рычага преобразуется в команду режима работы двигателя при помощи контроллера 6 в процессе осуществления ручного режима (то есть, как это можно будет видеть в последующем изложении, в том случае, когда рычаг 2 не находится в положении АUТО).
В режиме ручного функционирования контроллер 6 управляет механизмами двигателя самолета таким образом, чтобы режим работы двигателя этого самолета соответствовал режиму работы двигателя, заданному положением рычага 2.
В том случае, когда включен режим автоматического регулирования режима работы двигателя (обычно это включение автоматического режима осуществляется при помощи кнопки, располагающейся в кабине экипажа транспортного средства, и при условии, что рычаг 2 располагается в диапазоне положений, охватываемых описанной выше позицией АUТО), контроллер 6 определяет режим работы двигателя в зависимости от различных доступных для него параметров, но не непосредственно от команды, создаваемой данным устройством в зависимости от положения рычага 2. Для этого контроллер 6 содержит вычислитель, который определяет оптимальный режим работы двигателя (то есть вычисленный режим работы двигателя) в зависимости от измеренных значений некоторых параметров (таких, например, как скорость движения самолета) и желаемых значений этих же параметров, задаваемых, например, программой автоматического пилотирования.
Выход из режима автоматического регулирования режима работы двигателя происходит, когда пилот осуществляет действие, обеспечивающее такой выход (например, путем нажатия на соответствующую кнопку, располагающуюся в кабине экипажа), или в том случае, когда пилот перемещает рычаг за пределы диапазона АUТО положений, допустимых для автоматического регулирования.
В этот момент (и возможно, в соответствии с предусматриваемым вариантом реализации, также и предварительно во время автоматического режима, для того, чтобы исключить всякую задержку установки подвижного упора) контроллер 6 управляет приводным механизмом 8 таким образом, чтобы убираемый подвижный упор 10 был установлен, в диапазоне AUTO отклонения рычага 2, в угловом положении, соответствующем фактическому режиму работы двигателя, то есть режиму работы двигателя, который последним был определен системой автоматического регулирования.
Для этого контроллер 6 определяет угловое положение θе, которое соответствует последнему значению режима работы двигателя, затребованному системой автоматического регулирования режима работы двигателя. Контроллер 6 использует закон преобразования, обратный тому, который позволяет ему трансформировать информацию о положении РОS в команду режима работы двигателя в процессе функционирования в ручном режиме.
При этом приводной механизм 8 устанавливает убирающийся упор 10 в положение θе, затребованное контроллером 6.
Таким образом, в том случае, когда пилот пытается привести в соответствие команду режима работы двигателя, выдаваемую рычагом 2, с фактическим режимом работы двигателя (то есть с тем режимом, который имел место в момент отключения автоматического режима), рычаг 2 упирается в убирающийся упор 10 точно тогда, когда необходимое положение достигнуто.
Таким образом, пилот получает непосредственную информацию в виде тактильного ощущения на рычаге 2 о том, что достигнуто положение соответствия команды и фактического режима работы двигателя.
Предусматривается, однако, что упор 10 может быть перемещен рычагом 2 в том случае, когда достаточно большое усилие (например, от 5 даН) воздействует на этот рычаг для того, чтобы наличие этого упора 10 не становилось непреодолимым препятствием для пилота, оставляя ему возможность перемещать рычаг 2 во всем диапазоне ручного управления.
В то же время после некоторой задержки по времени (например, 10 секунд) упор 10 убирается, чтобы не нарушать нормальное функционирование рычага 2, в частности, в установленном режиме.
На фиг.2 представлено устройство управления режимом работы двигателя, реализованное в соответствии со вторым способом реализации предлагаемого изобретения.
Здесь те элементы, которые являются общими для данного способа реализации и для способа реализации, описанного в предшествующем изложении со ссылками на фиг.1, обозначены теми цифровыми позициями и не будут описываться заново.
Как и в предыдущем случае, датчик положения 4 направляет в контроллер 6 информацию РОS о положении рычага 2. Здесь следует напомнить, что эта информация РОS позволяет определить в процессе ручного функционирования команду режима работы двигателя, определяемую положением рычагом 2.
В режиме автоматического регулирования режима работы двигателя этот режим вычисляется при помощи системы автоматического регулирования, как об этом уже было сказано в предшествующем изложении.
При выходе из режима автоматического регулирования режима работы двигателя, то есть в том случае, когда пилот отключает автоматическое регулирование или перемещает рычаг 2 управления двигателем за пределы диапазона положений АUТО, контроллер 6 управляет включением электромеханического тормоза 12, связанного с рычагом 2.
Говоря более конкретно, контроллер 6 передает в электромеханический тормоз 12 информацию об угловом положении θе, характеризующую фактический режим работы двигателя в момент выхода из режима автоматического регулирования, то есть в данном случае информацию, соответствующую последнему режиму работы двигателя, вычисленному системой автоматического регулирования.
Электромеханический тормоз 12 приводится в действие в угловом положении θе, полученном из контроллера 6, или, в качестве варианта реализации, в непосредственной близости от этого углового положения, и предпочтительно в этом случае с максимальным воздействием для этого углового положения θе.
Таким образом, в том случае, когда положение рычага 2 достигает угла, соответствующего фактическому режиму работы двигателя (то есть команда, выдаваемая рычагом 2, соответствует фактическому режиму работы двигателя), электромеханический тормоз 12 создает момент сил сопротивления на рычаге 2, который дает пилоту ощущение характерной "жесткой точки", означающей определенное положение этого рычага, в данном случае, положение соответствия между командой и фактическим режимом работы двигателя.
После временной задержки, то есть после некоторого промежутка времени после возврата к функционированию в ручном режиме, электромеханический тормоз 12 отключается, чтобы обеспечить возможность нормального перемещения рычага во всем диапазоне ручного управления МАN, с возможностью реализации жестких точек только для характерных точек IDLE, MCL и TOGA, как об этом уже было сказано в предшествующем изложении со ссылками на фиг.1.
В способе реализации, описанном в предшествующем изложении, электромеханический тормоз приводится в действие на определенный период времени при отключении режима автоматического регулирования, что позволяет ограничить по времени периоды его функционирования.
В качестве варианта реализации можно предусмотреть (как об этом уже было сказано в описании первого способа реализации и применимого, впрочем, ко всем трем описанным здесь способам реализации), чтобы средства воздействия (в данном случае это электромеханический тормоз) были активными на протяжении всего режима автоматического регулирования, что позволяет, в частности, помочь пилоту найти положение рычага управления двигателем, соответствующее фактическому режиму работы двигателя, перед отключением автоматического регулирования. Это положение таким образом легко может быть достигнуто в момент отключения, что исключает любой скачок тяги.
В соответствии с этим вариантом реализации можно, в случае необходимости, предусмотреть, чтобы средства воздействия были отключены при отключении режима автоматического регулирования.
На фиг.3 представлен третий способ реализации предлагаемого изобретения.
Элементы этого нового способа реализации, являющиеся общими с предшествующими способами реализации, обозначены здесь теми же цифровыми позициями и не будут описаны заново.
Устройство управления режимом работы двигателя в соответствии с третьим способом реализации предлагаемого изобретения содержит двигатель 16, который имеет возможность воздействовать на рычаг 2 в перемещении относительно ее оси вращения.
Двигатель управляется при помощи электроники управления 14 в зависимости от информации, принимаемой контроллером 6 режима работы двигателя, в частности информации об угловом положении θе и информации о включении ON/OFF, как об этом более подробно будет сказано в последующем изложении.
В установленном режиме ручного управления информация об отключении OFF передается контроллером 6 в электронику 14 таким образом, чтобы двигатель 16 был отключен. При этом усилия, прикладываемые при повороте к рычагу 2, ограничиваются в основном усилиями, прикладываемыми пилотом, кроме механических жестких точек для характерных положений типа IDLE, MCL и TOGA, как об этом уже было сказано в предшествующем изложении.
Положение рычага 2, заданное пилотом и измеренное датчиком положения 4, передается в контроллер 6 в виде информации РОS и преобразуется в команду режима работы двигателя.
Когда используется режим автоматического регулирования, режим работы двигателя определяется при помощи вычислителя, интегрированного в контроллер 6 режима работы двигателя в зависимости от различных параметров, а не в зависимости от команды, определяемой положением ручки 2.
На протяжении всего функционирования автоматического регулирования режима работы двигателя контроллер 6 поддерживает информацию отключения ОFF, предназначенную для электроники 14 управления, таким образом, чтобы двигатель 16 оставался отключенным на протяжении всего этого времени. Это согласуется с использованием неподвижного рычага во время автоматического регулирования (то есть положение этого рычага не изменяется в зависимости от регулируемого режима работы двигателя, но в случае необходимости может быть изменено в результате действий пилота), поскольку в соответствии с этой концепцией рычаг 2 обычно остается неподвижным на всем протяжении режима автоматического регулирования режима работы двигателя.
Однако, как об этом уже было сказано в предшествующем изложении, при выходе из режима автоматического регулирования команда, которая при этом определяется новым положением рычага 2 (в результате ручного режима функционирования, о котором было сказано в предшествующем изложении), обычно не соответствует фактическому режиму работы двигателя в момент отключения автоматического регулирования. Для того чтобы исключить изменение режима работы двигателя, вызываемое этой разницей, пилот обычно пытается привести в соответствие положение рычага 2 (и создать таким образом новую команду) с фактическим режимом работы двигателя.
Для того чтобы облегчить пилоту решение этой задачи, контроллер 6 приводит в действие электронику 14 управления путем передачи информации ОN. Контроллер 6 также передает информацию об угловом положении θе, которое соответствует последнему значению режима работы двигателя, вычисленному системой автоматического регулирования, и которое характеризует фактический режим работы двигателя.
Электроника управления 14 при этом управляет двигателем 16 в зависимости от положения рычага 2, измеренного датчиком положения 4, таким образом, чтобы дать пилоту тактильное ощущение в том случае, когда положение рычага 2 соответствует фактическому режиму работы двигателя (характеризующемуся информацией об угловом положении θе).
Для этого электроника управления 14 действует, например, в соответствии с функцией, схематически представленной на фиг.3. В соответствии с этим примером реализации двигатель 16 действует только для тех угловых положений рычага 2, которые отличаются от углового положения θе, соответствующего фактическому режиму работы двигателя, только на угол, меньший заданного угла α.
Этот пример, кроме того, предусматривает, что в том случае, когда положение рычага 2 является меньшим, чем угол θе (то есть между θе - α и значением θе), двигатель 16 создает на рычаге 2 положительный момент сил (например, соответствующий усилию, заключенному в диапазоне от 2Н до 8Н), который таким образом стремится переместить рычаг в положение θе.
Симметричным образом, в том случае, когда положение рычага 2 превышает значение θе (то есть между углами θе и θе + α), электроника управления 14 выдает в двигатель 16 сигнал создать на рычаге 2 отрицательный момент сил (например, имеющий тот же порядок абсолютной величины, что и положительный момент сил), который таким образом стремится перевести рычаг 2 в положения θе).
Пример реализации, описанный в предшествующем изложении, позволяет таким образом вызвать перемещение рычага 2 в устойчивое положение на уровне угла θе в результате действия двигателя 16, когда пилот приближает рычаг 2 к углу α от этого положения θе.
В качестве иллюстративного примера можно принять значение угла α в диапазоне от 1° до 10°, например α = 2°.
Здесь следует отметить, что двигатель 16 и соответствующая электроника управления 14 не используются здесь для обеспечения перемещения рычага 2 во всем диапазоне ручного управления двигателем, но используются для создания профиля специфического усилия, которое позволяет пилоту более легко определить положение соответствия между новой командой, создаваемой положением рычага 2, и фактическим режимом работы двигателя при выходе из режима автоматического регулирования.
После заданной временной задержки контроллер 6 отключает электронику управления 14 (и вследствие этого двигатель 16), передавая информацию отключения ОFF в электронику управления. При этом происходит возврат к функционированию в ручном режиме управления двигателем, описанному в предшествующем изложении.
Предлагаемое изобретением не ограничивается описанными выше способами его реализации. В частности, могут быть использованы другие средства воздействия, отличные от описанных здесь. Так, например, речь может идти об устройстве, которое создает вибрации на рычаге (или на рычаге управления), когда команда, выдаваемая рычагом, соответствует фактическому режиму работы двигателя, то есть, когда разница между командой и информацией, характеризующей фактический режим работы двигателя, равна нулю.