АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ СПОСОБ РАЗДЕЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ БОКОВЫМ И ВЕРТИКАЛЬНЫМ ТРАЕКТОРНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ЛА
AUTOMATED METHOD OF SEPARATE CONTROL OVER SIDE AND VERTICAL PATH OF AIRCRAFT

Изобретение может быть использовано в авиации в системах дистанционного автоматизированного управлени  всех типов ЛА. Оно особенно эффективно на этапах высокоточного пилотировани  с использованием органов непосредственного управлени  силами.
Известен способ управлени  ЛА, в котором летчик отклонением ручки (или руко тки) задает в систему автоматизированного управлени  (или в автопилот) параметры движени  самолета, в частности углы крена и тангажа. Этот способ имеет название "по положению", так как после окончани  переходных процессов ЛА будет иметь углы крена и тангажа, пропорциональные отклоненному положению ручки ("влево - вправо" и "вперед - назад"), соответственно. Этот способ управлени  имеет широкое применение как на вертолетах (см. И.С. Дмитриев, С.Ю. Есаулов, "Системы управлени  одновинтовых вертолетов", М. Машиностроение, 1969 г., c. 91, 92), так и на самолетах (см. С.М. Федоров, О.И. Михайлов, Н. Н Сухих, "Бортовые информационно-управл ющие системы", М.: Транспорт, 1994 г., c. 195, 198, 199), однако и он имеет недостатки.
В нем летчик непосредственно управл ет углами ориентации ЛА в пространстве (углом крена и углом тангажа и имеет о них кинестетическую информацию через положение руки на ручке), а через них косвенно управл ет траекторией полета. Этот способ управлени  требует устойчивых моторных навыков дл  различных скоростей и высот полета, особенно при использовании больших углов крена. На малых высотах интенсивное маневрирование опасно, так как дл  точного выдерживани  высоты используетс  метод "проб и ошибок": летчик подбирает углы тангажа и крена, соответствующие нулевой вертикальной скорости. Затруднено управление ЛА, имеющего органы непосредственного управлени  силами, так как число органов управлени , как правило, больше количества управл емых параметров движени  ЛА. Невозможно осуществление управлени  с использованием сенсорного экрана и нашлемной системы целеуказани  (НСЦ). Такой способ управлени  не обеспечивает рационального распределени  функций между летчиком и автоматикой дл  управлени  траекторией полета, так как летчик излишне перегружен.
Технические результаты от использовани  изобретени  свод тс  к следующему.
1. Дл  достижени  высокой точности пилотировани  обеспечиваетс  раздельное управление боковым и вертикальным траекторным движением ЛА, что значительно ослабл ет требовани  к моторным навыкам летчика по координированному (по величине и темпу) отклонению ручки управлени . Практически исключаютс  ошибки летчика в технике пилотировани .
2. Изобретение позвол ет выполнить интенсивное маневрирование в горизонтальной плоскости с большими углами крена на максимальных перегрузках с обеспечением высокой безопасности полета: из-за практического отсутстви  непреднамеренной потери высоты при вводе и в установившемс  вираже и невозможности превышени  эксплуатационных ограничений по перегрузкам.
3. После окончани  переходных процессов в системе управлени  летчик по положению руки на ручке (кинестетически) может судить о величине угловых скоростей разворота ЛА в пространстве или об их отсутствии. Если ручка находитс  в нейтральном положении (или вообще брошена летчиком), то ЛА будет двигатьс  пр молинейно с посто нными углами наклона траектории и пути.
4. Летчиком легко реализуютс  заданные траектории полета, состо щие из пр молинейных участков полета (с посто нной и переменной скоростью), радиусов и спиралей (выполн емых с посто нной скоростью полета). При сохранении посто нного отклонени  ручки (включа  ее нейтральное положение) у летчика имеетс  больше возможностей отвлекатьс  от пилотировани , что существенно увеличивает его резервы внимани . Эти резервы внимани  могут затрачиватьс  им на решение задачи "осмотрительности" в полете, что косвенно повышает безопасность полета.
5. Существенно повышаетс  точность визуального пилотировани  без использовани  приборной информации, так как отклонение ручки строго в бок из горизонтального полета не приведет к непреднамеренной потере высоты. Обеспечиваетс  автоматическа  балансировка ЛА в горизонтальном полете с переменной скоростью полета и парирование возмущений, св занных с ветровым воздействием, активными отказами техники, повреждени ми конструкции ЛА и изменением конфигурации ЛА.
6. Способ легко реализуетс  на всех типах ЛА и особенно эффективен на ЛА, имеющих органы непосредственного управлени  силами, так как с помощью системы автоматизированного управлени  по вл етс  возможность оптимизировать ориентацию ЛА в пространстве и относительно вектора скорости (в зависимости от этапов полета и решаемых на них задач), а также синхронизировать темпы изменени  угловой ориентации ЛА и изменени  величины перегрузок. Таким образом, при избыточности количества органов управлени  ЛА по отношению к управл емым параметрам движени  летчик освобождаетс  от решени  задачи - какими именно органами управл ть, так как это делает за него система автоматизированного управлени .
7. Изобретение имеет хорошо пон тный летчику физический смысл, так как, чтобы двигатьс  в желаемом направлении полета, он по существу задает величину и направление результирующей силы, искривл ющей траекторию. Таким образом, дл  всех типов ЛА возможно сохранение основного стереотипа траекторного управлени , в котором летчик ручкой управл ет ориентацией вектора скорости ЛА в пространстве, а РУДом - его модулем. Изобретение быстро осваиваетс  летным составом.
8. По вл ютс  новые возможности управлени  ЛА с помощью сенсорного экрана и нашлемной системы целеуказани  (НСЦ) путем указани  желаемого направлени  полета на экране электронного индикатора (как пальцем, так и поворотом головы) или во внекабинном пространстве (только с помощью НСЦ), что позвол eт летчику более гибко управл ть ЛА в зависимости от сложившейс  полетной ситуации. Кроме того, повышаетс  надежность управлени  ЛА, так как по существу обеспечиваетс  трехкратное резервирование канала управлени .
9. Решаетс  проблема рационального распределени  функций по управлению ЛА между летчиком и автоматикой путем обеспечени  минимально необходимой активности его участи  в управлении ЛА, но без переутомлени  даже в длительных полетах.
Указанные технические результаты достигаютс  тем, что в способе управлени  ЛА отклонением ручки задают в систему автоматизированного управлени  параметры движени  ЛА, а именно задают желаемое направление полета ЛА в пространстве, пересчитываемое в составл ющие угловой скорости разворота вектора скорости ЛА в пространстве таким образом, что вертикальна  и горизонтальна  составл ющие угловой скорости разворота пропорциональны рассогласованию углов наклона траектории и путевых углов между желаемым и текущим направлени ми полета, в результате отклонением ручки влево-вправо задаетс  углова  скорость разворота вектора скорости ЛА в горизонтальной плоскости, а отклонением ручки вверх-вниз - углова  скорость разворота вектора скорости ЛА в вертикальной плоскости.
Кроме того, задание желаемого направлени  полета ЛА в пространстве осуществл етс  путем касани  пальцем сенсорного экрана индикатора или с помощью нашлемной системы целеуказани  (НСЦ) либо на экране индикатора, либо в закабинном пространстве путем поворота головы летчика.
При этом системой автоматизированного управлени  обеспечиваетс  рациональна  ориентаци  ЛА в пространстве и относительно вектора скорости, а также создание необходимых перегрузок (с учетом их ограничени  по услови м безопасности полета) с согласованием темпов их изменени  с темпом изменени  углов ориентации.
Предлагаемый способ управлени  реализуетс  с помощью электродистанционной системы автоматизированного управлени  ЛА, состо щей из вычислител , на вход которого поступают задаваемые летчиком сигналы: либо от ручки, либо от сенсорного экрана, либо от НСЦ (пропорциональные угловым скорост м разворота вектора скорости ЛА в горизонтальной и вертикальной плоскост х), а также сигналы от датчиков навигационного комплекса ЛА таких параметров движени , как углы ориентации ЛА в пространстве (тангаж, крен, рыскание), три проекции угловой скорости вращени  перегрузки на св занные оси координат ЛА и три составл ющие вектора скорости в земной системе координат, на основе которых в соответствии с законами управлени  (см., например, В.Т. Тараненко. "Динамика самолетов с вертикальным и коротким взлетом и посадкой", М.: Машиностроение, 1993 г., с. 231-246) в вычислителе формируютс  сигналы на рулевые приводы дл  отклонени  органов управлени  ЛА.
Наиболее просто показать работу изобретени  на самолете при выполнении летчиком виража из горизонтального пр молинейного полета с выходом на заданный курс. Вначале летчик из нейтрального положени  отклон ет ручку строго влево или вправо на величину в зависимости от требуемой интенсивности разворота и удерживает ее до тех пор, пока не подойдет к заданному курсу, после чего возвращает ее назад в нейтральное положение. В соответствии с задаваемыми летчиком составл ющими угловой скорости разворота вектора скорости ЛА в пространстве с учетом текущей скорости полета рассчитываютс  необходимые дл  их реализации угол крена и нормальна  перегрузка (при условии, что бокова  перегрузка на маневре будет равна нулю, т.е. разворот координированный). При этом система автоматизированного управлени  самолетом, чтобы не было "просадки" по высоте, синхронно измен ет нормальную перегрузку и крен до рассчитываемых значений. Этот же маневр может быть выполнен касанием пальцем заданного значени  курса на линии горизонта пилотажного индикатора или нацеливанием в эту точку перекресть  НСЦ. Кроме того, перекрестье может быть нацелено и на линию естественного горизонта в желаемом направлении полета, например, на какой-либо видимый ориентир.