×
20.04.2016
216.015.3458

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ САМОЛЕТОМ НА ПОСАДКЕ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Группа изобретений относится к способу и системе автоматического управления самолетом. Для автоматического управления самолетом при посадке используют сигналы радиовысоты, вертикальной скорости, формируют управляющий сигнал на руль высоты и на привод регулятора тяги двигателей, добавляют корректирующие сигналы компенсации влияния ветра на руль высоты и на привод регулятора тяги. Корректирующий сигнал на руль высоты основан на измерении разности путевой и приборной скорости. Корректирующий сигнал на привод регулятора тяги основан на измерении разности текущей и расчетной энергии самолета, определяемых на основе путевой и приборной скорости. Система автоматического управления самолетом на посадке содержит систему измерения параметров полета, устройства формирования управляющих сигналов на руль высоты и привод тяги двигателей соответственно. Система измерения параметров полета содержит радиовысотомер, датчик вертикальной скорости, датчик вертикальной перегрузки, датчик путевой скорости, датчик приборной скорости. Устройство формирования управляющих сигналов на руль высоты содержит блок формирования комплексного экспоненциального сигнала, два сумматора, программатор, дифференциатор, два блока коррекции высоты, два нелинейных преобразователя. Устройство формирования управляющего сигнала содержит пульт задания скорости, сумматор, нелинейный преобразователь, блок стабилизации тяги, блок расчета заданной энергии самолета, блок расчета текущей энергии самолета, компаратор. Обеспечивается требуемая точность посадки самолета. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области автоматического управления летательным аппаратом, в частности к способам управления, обеспечивающим автоматические режимы захода на посадку и выравнивания, и может найти применение в бортовых системах автоматического управления летательными аппаратами.

Известны системы управления, в которых оптимальное управление самолета выполняется в соответствии с алгоритмом прогнозирования промаха точки приземления, в основе которого используется изменение энергии, а также перегрузки и веса самолета (Полезная модель «Система управления летательным аппаратом» №31007 U1). Ошибка прогнозирования промаха индицируется летчику, после чего он принимает решение по перемещению управляющих органов тягой двигателя. В указанной системе управления не учитывается вид ветровых возмущений, а также изменение величины и направления ветра, что оказывает существенное влияние на скорость, определяющую дистанцию приземления и жесткость посадки.

Задачей изобретения является разработка способа управления, обеспечивающего повышение точности посадки и уровня безопасности при посадке самолета в условиях интенсивных ветровых возмущений и турбулентных порывов.

Технический результат - повышение эффективности управления за счет обеспечения возможности автоматической корректировки отклонения руля высоты, а также формирования переменной высоты «сброса тяги» в зависимости от энергетического состояния самолета с целью уменьшения разброса точек касания по дальности и вертикальной скорости, что в конечном итоге обеспечивает требуемую точность посадки.

Заявленный технический результат в предлагаемом способе автоматического управления самолетом при посадке с помощью руля высоты и регулятора тяги двигателей достигается тем, что способ, основанный на использовании сигналов радиовысоты, вертикальной скорости, вертикального ускорения, путевой и приборной скорости, поступающих из системы измерения параметров полета в вычислительную систему управления полетом, в которой обрабатываются поступающие из системы измерения параметров полета сигналы и формируются управляющий сигнал на привод руля высоты и управляющий сигнал на привод регулятора тяги двигателей, характеризуется тем, что для обеспечения касания ВПП основными стойками шасси в заданных диапазонах по дальности и вертикальной скорости в условиях экстремальных возмущений к сформированным управляющим сигналам добавляются корректирующие сигналы для компенсации неблагоприятного влияния ветра, причем компенсацию влияния на привод руля высоты осуществляют за счет использования в вычислительной системе первого блока коррекции, работающего по сигналам скорости изменения разности путевой и приборной скорости, а формирование переменной высоты сброса тяги двигателей осуществляют за счет использования в вычислительной системе второго блока коррекции, работающего по разности текущей и расчетной энергии самолета, где текущую энергию определяют на основе путевой и приборной скоростей, а расчетную энергию определяют на основе заданной приборной скорости, поступающей с пульта управления.

Технический результат для системы автоматического управления самолетом при посадке достигается тем, что система включает пульт задания скорости полета, средства обработки поступающих из системы измерения параметров полета сигналов и формирования управляющих сигналов на привод руля высоты и на привод регулятора тяги двигателя, при этом средства формирования управляющих сигналов выполнены в виде вычислительной системы управления полетом, состоящей из устройства формирования управляющего сигнала на привод руля высоты и устройства формирования управляющего сигнала на привод регулятора тяги двигателей, причем устройство формирования управляющего сигнала на привод руля высоты содержит блок формирования комплексного экспоненциального сигнала, первый и второй сумматоры, программатор, первый дифференциатор, первый и второй блоки коррекции руля высоты, первый и второй нелинейные преобразователи, а устройство формирования управляющего сигнала на привод регулятора тяги двигателей содержит пульт задания скорости, третий сумматор, третий нелинейный преобразователь, блок стабилизации тяги, блок расчета заданной энергии самолета, блок расчета текущей энергии самолета и компаратор, причем в устройстве формирования управляющего сигнала на привод руля высоты блок формирования комплексного экспоненциального сигнала на первом входе использует сигнал от радиовысотомера, на втором входе использует сигнал с датчика вертикальной скорости, а на третьем входе использует сигнал с первого выхода датчика вертикальной перегрузки, выход блока формирования комплексного экспоненциального сигнала соединен с первым входом первого сумматора, который на втором входе использует сигнал с первого выхода датчика вертикальной перегрузки, а на третьем входе использует сигнал с первого выхода датчика путевой скорости через последовательно соединенные по направлению сигнала второй сумматор на его первом входе, первый дифференциатор, первый блок коррекции руля высоты и первый нелинейный преобразователь, на четвертом входе первого сумматора используется сигнал с первого выхода датчика приборной скорости через последовательно соединенные по направлению сигнала второй сумматор на его втором входе, второй блок коррекции руля высоты и второй нелинейный преобразователь, пятый вход первого сумматора соединен с программатором; в устройстве формирования управляющего сигнала на привод регулятора тяги двигателей блок стабилизации тяги своим первым входом связан с первым выходом пульта задания скорости через последовательно соединенные по направлению сигнала третий сумматор на его первом входе и третий нелинейный преобразователь, на втором входе третий сумматор использует сигнал со второго выхода датчика приборной скорости, второй вход блока стабилизации тяги соединен с выходом компаратора, который через блок расчета текущей энергии самолета на первом его входе использует сигнал со второго датчика путевой скорости и на втором его входе использует сигнал с третьего выхода датчика приборной скорости, при этом своим вторым входом компаратор связан с пультом задания скорости на его втором выходе через блок расчета заданной энергии самолета.

В предлагаемом изобретении система автоматического управления в отличие от прототипа анализирует не только величину энергии, но и учитывает вид ветровых возмущений, идентифицируя постоянные сдвиги ветра или турбулентные порывы, а также изменение скорости ветра, без учета информации о весе, получение которой на борту затруднено. Система автоматически вырабатывает управляющие воздействия одновременно и на тягу двигателя, и на руль высоты, корректируя траекторию снижения при выполнении конечного этапа захода на посадку.

Предлагаемый способ, реализуемый в системе автоматического управления, обеспечивает управление на конечном этапе захода на посадку - выравнивании, определяющем характеристики касания ВПП (дальность касания, вертикальная скорость, угол тангажа и др.).

Управление на этапе выравнивания, как правило, осуществляется по экспоненциальному закону, формируемому как линейная комбинация геометрической высоты полета и ее производной, с привлечением дополнительной информации о параметрах движения центра масс самолета и его положения относительно расчетной точки приземления.

При выполнении автоматического выравнивания производится уменьшение вертикальной скорости объекта от величины, с которой самолет снижается по глиссаде, до вертикальной скорости, обеспечивающей безопасный контакт шасси с поверхностью ВПП.

Заданное значение вертикального ускорения формируется в функции отклонения от экспоненциальной траектории выравнивания, задаваемой соотношением между высотой полета над поверхностью ВПП и вертикальной скоростью снижения

где ΔНэксп - экспоненциальная траектория выравнивания;

HPB - высота нижней точки шасси над поверхностью ВПП по показаниям радиовысотомера;

HAC - положение асимптоты экспоненты, расположенной ниже уровня ВПП, для получения заданной вертикальной скорости касания;

KVy - коэффициент усиления;

- вертикальная скорость;

FVy - ограничение сигнала вертикальной скорости , введенное в систему с целью сглаживания скачков при дифференцировании высоты полета в случае наличия нерегулярности рельефа перед ВПП.

Известно, что на характеристики касания в большой степени влияют ветровые возмущения. В зависимости от величины ветра изменяются скорость полета, значения вертикальной скорости снижения, углы тангажа, что непосредственно определяет безопасность посадки. Поэтому очень важной проблемой является компенсация ветровых возмущений.

Компенсация ветровых возмущений выполнена и направлена на улучшение характеристик касания. Дополнительные корректирующие сигналы в зависимости от действующих ветровых возмущений предусмотрены как на руль высоты, так и на тягу двигателя и реализованы на основе:

- идентификации ветровых сдвигов и порывов ветра и формирования дополнительных управляющих сигналов в руль высоты;

- выбора высоты «сброса газа» в зависимости от уровня энергии самолета в текущий момент времени для сокращения дистанции касания.

Для формирования компенсационных управляющих сигналов на руль высоты при действии постоянного и турбулентного ветра в суммарный сигнал замкнутого и разомкнутого контура алгоритма выравнивания добавляется дополнительный сигнал компенсации постоянной составляющей и порывов попутного ветра

где - сигнал компенсации постоянной составляющей и порывов попутного ветра;

- заданное значение вертикального ускорения;

Uпр - программный сигнал, формирующий программную траекторию выравнивания в зависимости от высоты по радиовысотомеру;

Uw пор - компенсационная составляющая ветровых возмущений в виде порывов турбулентного ветра;

Uw vetr - компенсационная составляющая для формирования управляющих сигналов на руль высоты и компенсации постоянных сдвигов ветра, которая вычисляется следующим образом:

где ΔV - разница между приборной Vпр и путевой Vпут скоростью

(ΔV=Vпр-Vпут);

F1 - нелинейная функция, зависящая от направления и скорости постоянного ветра.

Составляющая Uw пор предназначена для формирования управляющих сигналов на руль высоты для компенсации турбулентных порывов ветра.

Uw пор может быть получена фильтрацией разности сигналов приборной и путевой скорости изодромным звеном с постоянной времени Тф

где Р - оператор Лапласа;

ΔV - разница между приборной Vпр и путевой Vпут скоростью;

F1 - нелинейная функция, зависящая от направления и скорости постоянного ветра;

F2 - нелинейная функция, имеющая ограничение, зону нечувствительности, определяющую величину порывов, компенсируемых рулем высоты, и несимметрию в отношении компенсаций попутных или встречных порывов.

В общем случае вид нелинейных функций F1 и F2 определяется типом самолета, его аэродинамическими свойствами - «летучестью» или, наоборот, склонностью к короткой посадке, а также коэффициентами, определяющими взаимодействие с поверхностью земли (коэффициентами, определяющими взаимодействие с поверхностью земли (коэффициентами влияния подстилающей поверхности)).

Для сокращения дистанций и исключения больших разбросов по дальности на посадке при действии ветра и турбулентных порывов формируется торможение на конечном участке полета перед касанием ВПП по команде сброса газа двигательной установки на переменной высоте исходя из энергетических возможностей самолета.

Перевод сектора газа в положение «малый газ» система автоматического управления выполняет, как правило, на фиксированной высоте Нсбр~3 м.

Введение переменной высоты сброса тяги двигателей в предложенном способе управления связано с необходимостью обеспечения одинакового изменения скорости полета на участке выравнивания, что необходимо для уменьшения разброса точки касания по дальности.

Для определения энергетических возможностей самолета определим кинетическую энергию на текущий момент времени

Поскольку летчик выставляет заданную скорость Vпр зад по руководству по летной эксплуатации в зависимости от веса самолета, то можно принять, что

тогда

где к - эмпирический коэффициент;

Vпр зад - заданное с пульта значение приборной скорости (выставляется летчиком), аналог характеристики веса;

- квадрат значения текущей путевой скорости с учетом ветра.

Выполним разложение по Лагранжу

где Vпр зад1, Vпр зад2, Vпр зад3 - опорные значения приборной заданной скорости соответственно для минимального, среднего и максимального весов;

Ек1, Ек2, Ек3 - рассчитанные (по соотношению 7) значения энергии соответственно для минимального, среднего и максимального весов.

В зависимости от величины энергии формируется команда на сброс газа при торможении на посадке при одновременном выполнении следующих условий:

Екк лагр и

|Vy|<|Vy1|,

где Ек - текущее значение энергии;

Vy - текущее значение вертикальной скорости;

Vy1 - минимальное значение для формирования команды сброса газа, определяемое по результатам математического моделирования.

Предлагаемые компенсации ветровых возмущений можно реализовать в системе автоматической посадки в виде устройств, вырабатывающих дополнительные сигналы управления на руль высоты и в канал тяги управления рычагами двигателя.

Сущность предлагаемого решения поясняется представленной на фиг. 1 блок-схемой системы автоматического управления.

Предлагаемая система автоматического управления представляет собой вычислительную систему, состоящую, согласно способу управления, из двух функциональных частей - устройства формирования управляющего сигнала на привод руля высоты (2) и устройства формирования управляющего сигнала на привод регулятора тяги двигателей (3) и использующую известную систему измерения параметров полета (1), включающую радиовысотомер (4), датчик вертикальной скорости (5), датчик вертикальной перегрузки (6), датчик путевой скорости (7) и датчик приборной скорости (8). Устройство формирования управляющего сигнала (2) содержит блок формирования комплексного экспоненциального сигнала (9), сумматоры (10) и (11), программатор (12), дифференциатор (13), блоки коррекции руля высоты (14), (15) и нелинейные преобразователи (16), (17). Устройство формирования управляющего сигнала (3) содержит пульт задания скорости (18), сумматор (19), нелинейный преобразователь (20), блок стабилизации тяги (21), блок расчета заданной энергии самолета (22), блок расчета текущей энергии самолета (23) и компаратор (24).

Система управления, с помощью которой реализуется заявляемый способ, работает следующим образом.

В устройстве формирования управляющего сигнала на привод руля высоты (2) на входы блока формирования комплексного экспоненциального сигнала (9) поступают сигналы от радиовысотомера (4), датчика вертикальной скорости (5) и датчика вертикальной перегрузки (6) следующим образом: на первый вход - сигнал высоты самолета относительно поверхности земли от радиовысотомера (4), на второй вход - сигнал вертикальной скорости полета с датчика вертикальной скорости (5), а на третий вход - сигнал перегрузки с первого выхода датчика вертикальной перегрузки (6). С выхода блока формирования комплексного экспоненциального сигнала (9) сигнал поступает на первый вход сумматора (10), на второй его вход поступает сигнал перегрузки со второго выхода датчика вертикальной перегрузки (6). Сигнал с первого выхода датчика путевой скорости (7) и сигнал с первого выхода датчика приборной скорости (8) поступают соответственно на первый и второй входы сумматора (11), а затем на дифференциатор (13), после которого сигнал усиливается в блоке коррекции (14), ограничивается в нелинейном преобразователе (16), с выхода которого первый корректирующий сигнал поступает на третий вход сумматора (10), на четвертый вход поступает второй корректирующий сигнал с выхода нелинейного преобразователя (17), на вход которого поступает сигнал со второго выхода сумматора (11), усиленный в блоке коррекции (15). На основе четырех сигналов, поступающих в сумматор (10), вырабатывается выходной сигнал устройства управления рулем высоты. Программирование сумматора осуществляют посредством программатора (12), соединенного с пятым входом сумматора (10).

В устройстве формирования управляющего сигнала на привод регулятора тяги двигателей (3) с первого выхода пульта задания скорости (18) заданная скорость поступает на первый вход сумматора (19), на второй вход которого поступает сигнал текущей приборной скорости со второго выхода датчика (7). Сигнал с выхода сумматора (19) через ограничитель (20) поступает на первый вход блока стабилизации тяги (21). На второй его вход поступает второй корректирующий сигнал с компаратора (24), сформированный на основе сравнения сигналов, один из которых поступает из блока расчета заданной энергии (22), на вход которого поступает сигнал со второго выхода пульта задания скорости (18), а другой сигнал - из блока расчета текущей энергии (23), на первый вход которого поступает сигнал со второго выхода датчика путевой скорости (7), а на второй - сигнал с датчика приборной скорости (8). На основе сигналов, поступающих с компаратора (24) на первый и второй входы блока стабилизации тяги (21), вырабатывается сигнал управления тягой двигателей.


СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ САМОЛЕТОМ НА ПОСАДКЕ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 11-17 of 17 items.
12.01.2017
№217.015.57de

Способ получения белковой биомассы базидиального гриба pleurotus pulmonarius

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано при производстве белковой пищевой добавки. Предложен способ получения белковой биомассы путем глубинного культивирования гриба Pleurotus pulmonarius РР-3.2 на крахмал-аммонийной среде в условиях аэрации при рН 5,5-6,0 и 23-25°C. В...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002588474
Дата охранного документа: 27.06.2016
13.01.2017
№217.015.68c0

Способ повышения точности начальной выставки бесплатформенной инерциальной системы

Изобретение, характеризуемое как способ повышения точности начальной выставки бесплатформенной инерциальной системы (БИНС) во время нахождения летательного аппарата (ЛА) на аэродроме, после начальной выставки и перехода БИНС в режим навигации, за все время нахождения ЛА на аэродроме,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002591738
Дата охранного документа: 20.07.2016
13.01.2017
№217.015.7272

Способ формирования выходной информации в блоке гироскопов и трехосный блок демпфирующих гироскопов

Изобретение относится к области приборостроения. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют измерение номинальных угловых скоростей по каждой измерительной оси посредством датчиков угловых скоростей и выдачу полученных параметров в виде аналоговых сигналов, при этом измерение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002598145
Дата охранного документа: 20.09.2016
13.01.2017
№217.015.7e41

Штамм candida albicans var. stellatoidea для получения диагностического аллергена

Изобретение относится к микробиологии, фармакологии и медицине и может быть использовано для получения диагностического аллергена. Штамм Candida albicans var. stellatoidea, депонированный в Государственной коллекции патогенных микроорганизмов 111-1V групп патогенности ФГБУ «Научный центр...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002601123
Дата охранного документа: 27.10.2016
06.07.2018
№218.016.6ce0

Кольцевой резонатор лазерного гироскопа

Настоящее изобретение относится к средствам адаптивной оптики и может быть использовано для стабилизации частоты кольцевого лазера в системах регулировки периметра кольцевого резонатора лазерного гироскопа. Технический результат достигается кольцевым резонатором с моноблоком из ситалла СО-115М,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002660290
Дата охранного документа: 05.07.2018
18.05.2019
№219.017.554e

Система управления самолетом

Изобретение относится к авиационному пилотажному оборудованию с процессорными управляющими комплектами и предназначено для использования при приведении в действие органов управления самолетом, изменяющих или поддерживающих его положение во время полета. Система управления самолетом содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02235043
Дата охранного документа: 27.08.2004
18.05.2019
№219.017.5550

Способ управления самолетом

Изобретение относится к технике авиационного пилотирования с процессорными управляющими комплектами. С помощью системы управления самолета осуществляют ограничение предельных эксплуатационных значений угла атаки и нормальной перегрузки, ограничение отклонения руля направления, управление...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02235042
Дата охранного документа: 27.08.2004
Showing 21-22 of 22 items.
26.05.2019
№219.017.6186

Способ управления скоростью полёта самолёта с учетом стабилизации скорости

Изобретение относится к способу управления скоростью полета самолета с учетом стабилизации скорости. Для управления скоростью полета самолета используют основной управляющий сигнал, поступающий на привод тяги двигателей, а также дополнительный управляющий сигнал, поступающий на привод секций...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002689054
Дата охранного документа: 23.05.2019
12.07.2020
№220.018.322f

Способ электрического стимулирования мяса птицы перед замораживанием

Изобретение относится к мясной промышленности и направлено на улучшение качественных показателей мяса птиц после размораживания. Способ электрического стимулирования мяса птицы перед замораживанием включает воздействие переменным электрическим током силой 2…5 А промышленной частоты 50 Гц в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002726246
Дата охранного документа: 10.07.2020
+ добавить свой РИД