Способ управления полетом летательного аппарата

Изобретение относится к технике авиационного пилотирования и может найти применение при использовании бортовых комплексных систем управления полетом и систем дистанционного управления (СДУ) летательным аппаратом (ЛА), что дает возможность обеспечить более гибкие законы управления, а также качественно и количественно более высокие характеристики устойчивости, управляемости и маневренности ЛА на всех режимах полета.

СДУ используется в комплексе с системой автоматического управления (САУ), системой формирования и выдачи экипажу ограничительных сигналов (СОС), автоматикой ограничения предельных режимов (ОПР). Систему, объединяющую в себе функции СДУ, САУ, СОС и ОПР, называют комплексной системой управления (КСУ).

Известен Способ управления самолетом, представленный в патенте RU 2235042 С1; МПК⁷ В64С 13/00, G06F 13/00, опубликованном 27.08.2004.

В известном способе с помощью системы управления самолета осуществляют ограничение предельных эксплуатационных значений угла атаки и нормальной перегрузки, ограничение отклонения руля направления, управление отклоняемыми носками крыла, управление закрылками, репрограммирование характеристик устойчивости и управляемости самолета. Посредством четырехканальной вычислительной части комплексной системы управления производят конвейерную обработку информации. Каждый канал вычислительной части выполняют с возможностью расчетного определения сигналов управления по структуре "канал-модель", для чего преобразуют сигналы датчиков, контролируют датчики с помощью приемников входной информации, в процессе вычислений используют решающий и модельный процессоры, цифроаналоговые преобразователи и регистры разовых команд, управляют приводами с обеспечением замыкания внутренних контуров одного канала всех приводов, усиления по току и напряжению команд на электрогидроклапаны, выдачи сигналов обратных связей в цифровой вычислитель контроля приводов, контролируют работу вычислительной части, питание электрических устройств и датчиков.

Недостатками известного способа являются:

- отсутствие возможности реконфигурации системы в случае отказа каналов управления, для обеспечения продолжения выполнения задания или возврата на аэродром посадки. В случае появления отказа в системе управления включается аварийный режим, который позволяет осуществить только посадку ЛА;

- недостаточно полный контроль сигналов резервированных каналов для определения исправности всех систем, обеспечивающих управление полетом.

Наиболее близким к предлагаемому является способ управления самолетом, описанный в пат. RU 2237276 С1, МПК⁷ G06F 11/16, G05B 9/03, G05D 3/00, В64С 13/00, опубликованном 27.09.2004 (публикация РСТ: WO 01/93039 06.12.2001), согласно которому вычислительные операции выполняют с резервированным процессорным определением локальных сигналов управления, в зависимости от сигналов сенсоров вводимых летчиком команд, передают данные по разветвленной сети из линий передачи данных, осуществляют согласование управляющих сигналов и направляют их к исполнительным органам с индивидуальными для управляемых элементов приводами.

Недостатком указанного способа является ограниченность его функциональных возможностей, в связи с тем, что в системах, обеспечивающих управление полетом ЛА, не предусмотрена реконфигурация архитектуры в случае какого-либо отказа, позволяющая продолжить выполнение задания или возврат ЛА на аэродром посадки, а также недостаточно уделено внимание вопросам надежности и контролю исправности этих систем.

Целью заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей способа управления полетом ЛА путем реконфигурации структуры вычислительно-управляющего оборудования КСУ с обеспечением его повышенной надежности, живучести и отказобезопасности.

Указанная цель достигается за счет того, что в предложенном способе управления полетом летательного аппарата (ЛА), при котором вычислительные операции выполняют с резервированным процессорным определением локальных сигналов управления, в зависимости от сигналов сенсоров вводимых летчиком команд, передают данные по разветвленной сети из линии передачи данных, осуществляют согласование управляющих сигналов и направляют их к исполнительным органам с индивидуальными для управляемых элементов приводами, дополнительно предусмотрены возможность реконфигурации структур вычислительно-управляющего оборудования комплексной системы управления (КСУ), обеспечивающей три режима работы - основной, альтернативный (упрощенный) и резервный (аварийный), и контроль исправности резервированных каналов управления, размещенных по два резерва на левом и правом борту ЛА и пространственно рассредоточенных, контроль исправности каналов управления осуществляют методом проверки разности сигналов одного сечения каждого канала между собой посредством использования необходимого числа уравнений для вычисления и сравнения разностей сигналов с назначенным порогом, по результатам проверки автоматически производят реконфигурацию структуры блоков вычисления и управления и распределенной вычислительной сети КСУ и выбирают один из трех режимов управления с выдачей сигнала на индикатор режимов работы КСУ ЛА, если все вычислители-резервы всех сечений каналов управления системы исправны и в КСУ поступает вся необходимая информация из комплекса бортового оборудования (КБО), то КСУ работает в основном режиме с максимальной функциональной конфигурацией, в котором задействованы все основные функциональные элементы КСУ и КБО, при отказах во взаимодействующих системах КБО, либо при нарушении связей с КБО, либо при числе вычислителей в каждом контрольном сечении не менее 3-х или при возникновении более 2-х последовательных отказов в разноименных контрольных сечениях вычислительного тракта любого из каналов управления производят автоматическое архитектурное преобразование (реконфигурацию) блоков системы и КСУ переводят в альтернативный (упрощенный) режим управления, при котором задействованы все функциональные компоненты КСУ без взаимодействия с КБО, в этом случае возможно продолжение полета в ситуации не хуже усложнения условий полета, используя режимы демпфирования и стабилизации крена и тангажа по сигналам интегрированного блока датчиков (ИБД) в помощь ручному управлению летчика, при этом углы крена и тангажа вычисляют по алгоритмам резервной навигации с адаптивной коррекцией от акселерометров в вычислителе ручного управления системы дистанционного управления (ВУ СДУ), после второго отказа вычислителей-резервов в каком-либо одном контрольном сечении тракта формирования и передачи сигналов в любом из каналов управления на уровне СДУ, КСУ автоматически переходит в резервный (аварийный) режим управления, при котором сохраняются только напрямую передаваемые к приводам сигналы с рычагов управления ЛА летчиком, в каждом из режимов вычисляют управляющие, предупреждающие (информирующие) сигналы и ограничительные сигналы в соответствии с логикой и алгоритмами управления в выбранном режиме, получают и обрабатывают сигналы обратной связи от исполнительных приводов после отработки команд управления.

Структура системы, реализующей данный способ управления полетом ЛА, представляет собой совокупность архитектур, характеризующих КСУ с независимых, но взаимосвязанных точек зрения, отражающих природу разных классов ресурсов, на основе которых КСУ должна строиться: функционально-алгоритмических (результирующей формой которых являются программные ресурсы); информационно-вычислительных и коммуникационных (топология бортовой распределенной вычислительной среды КСУ с шинами информационного обмена); аппаратных; энергетических. Наиболее важным среди указанных классов ресурсов является класс функциональных ресурсов, обеспечивающих достижение целей КСУ в смысле обеспечения решения в соответствующей функциональной архитектуре предписанных системе задач управления полетом. Эта архитектура разрабатывается первой, что позволяет обеспечить безусловную реализацию всех функций КСУ.

Посредством КСУ обеспечивается выполнение режимов управления полетом ЛА - основного, альтернативного и резервного. В основном режиме осуществляется решение всех функциональных задач КСУ в полном объеме. Альтернативный режим обеспечивает решение определенного круга задач, несколько суженного по сравнению с основным режимом. В резервном режиме доступны только функции ручного управления.

Подсистему, обеспечивающую режим резервного управления, реализуют в виде ядра КСУ, обособленного по всем видам ресурсов от других устройств КСУ, а также от систем КБО.

В КСУ обеспечивают максимальную внутрисистемную унификацию блоков и модулей.

В основном режиме управления ядро КСУ, образованное программно-аппаратными ресурсами СДУ, наращивают за счет соответствующих ресурсов САУ и взаимодействия с КБО. Связь КСУ с системами КБО осуществляют по шинам цифрового обмена, используя вычислители САУ. Основной режим - режим максимальной функциональной конфигурации, в котором задействованы все основные функциональные элементы КСУ при числе вычислителей в каждом контрольном сечении не менее 3-х.

Для повышения живучести КСУ и, соответственно, ЛА при возможном его военном применении, в изобретении осуществляют разделение четырех резервов вычислителей системы на блоки левого и правого бортов, в каждом из которых реализуют по два резерва, пространственно рассредоточенных на борту ЛА.

Предварительный анализ функциональной надежности системы показывает, что за счет четырехкратного резервирования КСУ по всему тракту формирования и передачи сигналов управления и аппаратного обособления режима аварийного управления можно обеспечить вероятность возникновения катастрофической ситуации, связанной с потерей управления ЛА, в частности вертолетом, ниже чем 10^-9.

Альтернативный (промежуточный между основным и резервным) режим включается при наличии отказов в КБО, приводящих к невозможности реализации функций КСУ, обеспечиваемых информацией от систем КБО, а также при возникновении более 2-х отказов собственных вычислителей КСУ в разноименных сечениях вычислительного тракта любого из каналов управления. В альтернативном режиме задействованы все функциональные компоненты КСУ без участия КБО, но допускается возникновение более 2-х последовательных отказов собственных вычислителей КСУ в разноименных контрольных сечениях. В этом случае возможно продолжение полета в ситуации не хуже усложнения условий полета.

В альтернативном режиме задействованы интегрированные блоки датчиков ИБД в качестве датчиков линейных ускорений и угловых скоростей, а в части СДУ задействованы все функциональные элементы, но число вычислителей-резервов в каком-либо контрольном сечении из-за отказов уменьшилось до двух. В этом режиме используют функции демпфирования и стабилизации крена и тангажа по сигналам ИБД в помощь ручному управлению летчика. Углы крена и тангажа вычисляют алгоритмами резервной навигации методом адаптивной компенсации погрешностей по сигналам датчиков линейных ускорений.

В альтернативном режиме выполняются в полном объеме только ручное автоматизированное управление и нижний уровень ОПР. Переход в альтернативный режим управления осуществляется автоматически при отказе цифрового обмена с системами КБО, либо при отказе всех основных взаимодействующих систем КБО, либо при определенных отказах в КСУ.

Режим резервного управления, реализуют в виде ядра КСУ, обособленного по всем видам ресурсов от других устройств КСУ, а также от систем КБО. В резервном режиме управления КСУ реализует только функции прямого ручного управления, при котором управляющие сигналы на органы управления формируются цифровым вычислителем только по сигналам датчиков положения ручки (ДПР).

В резервный режим КСУ переходит автоматически при возникновении критических отказов (после второго отказа в каком-либо одном контрольном сечении тракта формирования и передачи сигналов управления на уровне СДУ) и реконфигурация режимов работы КСУ будет осуществляться автоматически. Режим ручного управления является резервным, обеспечивает полет и посадку на ближайший аэродром или необорудованную площадку с помощью прямого ручного управления приводами. В резервном режиме управления реализуются только функции ручного управления (функции СУУ) и нижнего уровня ОПР (функция ОПР).

Для автоматического включения режима аварийного управления в БПС реализованы алгоритмы автомата переключения режимов. Ручной переход в режим резервного управления реализуется с помощью переключателя «Резервный режим».

Таким образом, техническим результатом заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей способа управления полетом ЛА путем реконфигурации структуры вычислительно-управляющего оборудования КСУ с обеспечением его повышенной надежности, живучести и отказобезопасности.