Автопилот летательного аппарата
AIRCRAFT AUTOPILOT

Область техники, к которой относиться изобретение
Изобретение относится к области военной техники, а именно, - к ракетам-мишеням с аэродинамическим управлением в широком диапазоне высот применения и может быть использовано при разработке летательных аппаратов различного назначения.
Уровень техники
В связи с развитием высокоскоростных и высокоманевренных перехватчиков летательных аппаратов актуальной становиться задача создания соответствующего мишенного парка летательных аппаратов. В качестве перспективного направления развития ракет-мишеней рассматривается дальнейшее повышение высот и маневренности их применения. Одним из современных разработанных ракетных мишенных комплексов является АРМК «Фаворит-РМ» с использованием ракеты 5В55.
Раскрытие сущности изобретения
Прототипом рассматриваемого изобретения является система управления и стабилизации ракетой-мишенью РМ 5В55 (далее - СУ). Центральным элементом СУ является штатный автопилот 5А25Б, реализованный на аналоговой основе (Фиг. 1), где:
поз. 1 фиг. 1 - блок выработки команд управления реализован на вновь разработанной цифровой инерциальной системе управления (ИСУ-210), представляющий собой устройство, формирующее команды управления и состоящее из сравнивающего и корректирующего устройств.
Сравнивающее устройство предназначено для обработки полученной координатно-временной информации и сравнения ее с требуемыми координатами в трехмерном пространстве в соответствующие моменты времени.
Корректирующее устройство, с учетом информации на выходе сравнивающего устройства, формирует команду управления на исключение рассогласования между желаемым и фактическим положением ракеты в принятой системе координат;
поз. 2 фиг. 1- блок отработки команд управления и стабилизации ракеты относительно трех осей связанной системы координат (аналоговый штатный автопилот 5А25Б);
поз. 3 фиг. 1- согласующее устройство между блоками 1 и 2, преобразующее цифровой код в аналоговый сигнал;
поз. 4 фиг. 1 - блок управления рулевыми приводами (аналоговый, функционально связанный с блоком поз. 2 фиг. 1), представляющий собой математическую модель функционирования рулевой следящей системы, на вход которой подаются управляющие сигналы из блока поз. 3 фиг. 1, в результате чего на выходе блока формируются команды управления рулями, осуществляющими требуемое движение ракеты-мишени в пространстве;
поз. 5 фиг. 1 - ракета-мишень;
δ - углы отклонения рулей (необходимые для управления РМ);
W - вектор ускорения (необходимый для расчета СУ);
ω - вектор угловой скорости (необходимый для расчета СУ).
Целью создания полностью цифровой системы управления РМ 5В55 является существенное повышение надежности ракеты-мишени (поз. 5 фиг. 1), расширение её функциональных возможностей, снижение стоимости СУ.
Эта цель достигается путем исключения аналоговых блоков (поз. 2 фиг. 1 и поз. 3 фиг.1) из состава СУ и передачей их функций блоку поз. 1 фиг. 2, где:
поз. 1 фиг. 2 - блок выработки команд управления;
поз. 4 фиг. 2 - блок управления рулевыми приводами;
поз. 5 фиг. 2 - ракета-мишень;
δ - углы отклонения рулей (необходимые для управления РМ);
W - вектор ускорения (необходимый для расчета СУ);
ω - вектор угловой скорости (необходимый для расчета СУ).
Это решение потребовало переработки алгоритмов управления ракеты-мишени (поз. 5 фиг. 2) в целом.
В такой комплектации ИСУ-210 присвоен индекс ИСУ-210-01, а ракете-мишени - индекс РМ 5В55-04.
Для отработки алгоритмов управления и стабилизации ракеты-мишени разработана математическая модель управления (ММУ РМ 5В55-04), которая описывает пространственное движение ракеты-мишени с крестообразным расположением оперения (в частности РМ 5В55-04).
В состав ММУ РМ 5В55-04 входят алгоритмы управления блока и блока поз. 2 фиг. 1. Разработанные алгоритмы управления могут использоваться при разработке различных типов изделий данного назначения.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в отказе от аналоговых элементов системы управления и реализации алгоритмического обеспечения на едином контроллере бортовой цифровой вычислительной машины (БЦВМ) ИСУ-210, что позволяет перевести всю систему управления движением летательных аппаратов на цифровую основу.
Положительный эффект предлагаемого технического решения заключается в повышении надежности и расширении функциональных возможностей ракеты-мишени, улучшении динамики её полета, снижении стоимости за счет исключения из состава СУ сложных гироскопических устройств.
Осуществление изобретения
Изобретение осуществляется при разработке и выборе параметров ракеты-мишени, её системы управления, а также программного обеспечения (ПО), реализуемого в БЦВМ ИСУ-210 на всех этапах разработки ракеты-мишени. Примером осуществления изобретения является разработка ракеты-мишени РМ-5В55-04 на основе серийной аналоговой ракеты 5В55.
Использование специального ПО позволило разработать полностью цифровую современную систему управления, обеспечивающую движение ракет-мишеней по широкому спектру типовых траекторий, при этом на основе 19 опорных траекторий, позволяющих имитировать движение целей на конечном участке траектории, сформировано пять классов траекторий:
- параболические траектории (класс I);
- траектории с горизонтальным участком (класс II);
- баллистические траектории (класс III);
- кабрирование-пикирование, то есть, траектории, имитирующие маневренные характеристики целей (класс IV);
- аэробаллистические траектории (класс V).
Классификация траекторий приведена в таблице 1.
Таблица 1.
Номер траектории
Класс траектории
Максимальнаявысота, км
Максимальнаядальность, км
1
I
С1
D1
2
С2
D2
3
С3
D3
4
С4
D4
5
С5
D5
6
II
С6
D6
7
С7
D7
8
С8
D8
9
С9
D9
10
С10
D10
11
С11
D11
12
III
С12
D12
13
С13
D13
14
С14
D14
15
IV
С15
D15
16
С16
D16
17
V
С17
D17
18
С18
D18
19
С19
D19
i
i
Выбором параметров С, D определяется форма желаемой опорной траектории.
Для каждой опорной траектории дано представление в аналитическом виде (в виде полинома):
X
< x ≤ X
k = 1,j
k
k
+1
при
к
где:  - количество участков, на которые разбивается траектория;
j
- индекс суммирования участков траектории;
n
k
- максимальная степень полинома на k-том участке;
i
- индекс суммирования;
A
i k
- коэффициенты полинома на k-том участке;
х
- аргумент полинома;
Y
- значение функции полинома.
В качестве примера на Фиг. 3 и 4 показаны 5 траекторий классов I и II, приведённых в таблице 1.
Система управления полетом РМ-5В55-04 построена таким образом, чтобы с допустимой точностью реализовать приведённые опорные траектории.
Выполненное по результатам испытаний уточненное математическое обеспечение показало приемлемое совпадение реализованных типовых траекторий с опорными.