Система автоматического управления легкого маневренного самолета

Выбор законов управления в канале руля направления. Закон управления рулем высоты при угловой стабилизации. Стабилизация летательного аппарата относительно трех осей. Управление с заданной перегрузкой. Оптимальные передаточные числа автопилота крена.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Казанский Национальный Исследовательский Университет им. А.Н. Туполева

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫМИ АППАРАТАМИ

тема курсовой работы:

Система автоматического управления легкого маневренного самолета

Выполнил руководитель:

студент группы 3508

Табайчев А.С.

Казань 2012



Оглавление

Введение

1. Выбор и обоснование законов управления

1.1 Выбор законов управления в канале руля направления

1.2 Выбор законов управления в канале элеронов

1.3 Выбор законов управления для движения тангажа

1.4 Закон управления рулем высоты при угловой стабилизации

1.5 Стабилизация летательного аппарата относительно трех осей

1.6 Закон управления автопилота в режиме управления скоростью полета

1.7 Управление с заданной перегрузкой

2. Выбор привода системы управления

3. Выбор оптимальных передаточных чисел автопилота крена

4. Описание структурно-функциональной схемы САУ

Заключение

Список использованной литературы



Введение

В современной авиации более глубокое развитие автоматизации полёта получили системы автоматического управления (САУ или АБСУ) и более сложные структурированные комплексы. САУ, помимо стабилизации самолёта в пространстве и на маршруте, позволяет также реализовать программное управление на различных этапах полёта. Наиболее сложные системы автоматического управления берут на себя значительную часть функций по управлению самолётом в «штурвальном режиме», делая управление для лётчика лёгким и единообразным, парируя болтанку, предотвращая сносы, скольжения, выходы на критические режимы полёта и даже запрещая или игнорируя некоторые действия лётчика.

Система управления в автоматических режимах ведёт самолёт по заданному маршруту (или реализует более сложную подпрограмму боевого применения), используя пилотажно-навигационную информацию от группы собственных датчиков, самолётных систем, наземных радионавигационных средств или даже выполняя команды бортового оборудования соседнего самолёта (некоторые боевые летательные аппараты могут работать в паре или группой, постоянно обмениваясь тактической информацией по радиоканалам, вырабатывая тактику совместных действий и выполняя полётное задание в автоматическом или, что происходит чаще, полуавтоматическом режиме). Подсистема траекторного управления позволяет выполнять заход на посадку с высокой точностью без вмешательства экипажа.

В качестве управляющих органов уже давно стараются не применять рулевые машины, включённые в проводку управления, а используют прямое управление рулевыми агрегатами, подмешивая управляющие сигналы от системы автоматического управления в сигналы от штурвала (или ручной системы управления). На органах управления применяется довольно сложная электромеханическая система имитации загрузки для создания лётчику привычных усилий. В последнее время от этой практики постепенно отходят, резонно считая, что как ни имитируй, всё равно большая часть процесса управления воздушным судном автоматизирована. Всё чаще в кабинах современных самолётов применяются боковые ручки управления типа «сайдстик».

Широкая автоматизация процесса управления самолётом не исключает лётчика из системы управления, а оставляет за ним функции включения выключения, настройки автопилота, а так же контроль процесса пилотирования самолёта. Поэтому задача разработчика заключается в рациональном распределении и сочетании в рамках единой системы управления, функций пилота и САУ.

Усложнение и увеличение комплекса работ, выполняемых лётчиком при ручном пилотировании самолёта на дальние расстояний, изменение характеристик устойчивости и управляемости самолёта, увеличение скорости полёта привели к тому, что лётчик, пилотирующий самолёт приводит его к большим физическим напряжениям. Поэтому, чтобы получить полную отдачу от самолёта и облегчить работу пилота, необходимо летчику помогать в управлении самолетом.

Главной задачей САУ будет отслеживание и корректирование, задание траектории полёта самолёта, контроль хода процесса управления, изменения параметров движения самолёта.

Основной проблемой при построении автопилотов и автоматических систем управления является безопасность полёта. В простейших и не только авиационных автопилотах предусматривается быстрое отключение автопилота лётчиком при нарушениях его нормальной работы, возможность «пересиливания» рулевых машин ручным управлением, механическое отключение рулевых машин от проводки управления и даже «отстрел» пиропатронами (Ту-134).

Системы автоматического управления изначально проектируются с расчётом на отказы с сохранением основных функций работы, и предусматривается комплекс мер для повышения безопасности полёта. Системы автоматического управления проектируются многоканальными, то есть параллельно работают два, три и даже четыре абсолютно одинаковых канала управления на общий рулевой привод, и отказ одного-двух каналов никак не влияет на общую работоспособность системы. Система контроля постоянно отслеживает соответствие входных сигналов, прохождение сигналов по цепям и выполняет непрерывный контроль выходных параметров системы автоматического управления в течение всего полёта, как правило, по методу кворумирования (голосование большинством) или сравнения с эталоном. В случае возникновения какого-либо отказа система самостоятельно принимает решение на возможность дальнейшей работы режима, его переключения на резервный канал, дублирующий режим или передачи управления лётчику. Хорошим способом проверки общего контроля исправности системы автоматического управления считается предполётный тест-контроль, осуществляемый методом «прогона» пошаговой программы, подающей стимулирующие имитационные сигналы в различные входные цепи системы, что вызывает фактические отклонения рулевых и управляющих поверхностей самолёта в различных режимах работы.

Тем не менее, даже полная предполётная проверка автоматической системы управления с программным тест-контролем не может дать 100 % гарантии исправности системы. В связи с большой сложностью некоторые режимы просто невозможно симулировать в наземных условиях.



1. Выбор и обоснование законов управления

1.1 Выбор законов управления в канале руля направления

Управление центром масс самолета на заданной траектории в боковой плоскости, при построении системы по принципу управления рысканием.

(1)

Запишем систему уравнений, считая

Разрешим данную систему уравнений относительно Zg; продифференцируем 2-ое уравнение: , подставим 1-е уравнение , подставим уравнение 3, получим: , где - неизвестное управление. Для устойчивости систему необходимо и достаточно, чтобы . Получим , выбирая и мы можем обеспечить любой желаемый вид переходного процесса.

Точность выдерживания заданной траектории полета зависит от постоянной составляющей ветра. Если , то правая часть в среднем =0 отсюда видно, что по завершении переходного процесса, когда , то есть система управления центром масс в боковой плоскости, построенная по принципу управления рысканием не допускает появления статической ошибки при действии на самолет постоянного ветра. Посмотрим,, какими будут остальные параметры движения ЛА. , тогда то есть , а из 2-го уравнения находим, что .

Какой должна быть система управления, реализующая такой полет? Запишем уравнение системы, построенной по принципу управления рысканием:

как только появилось скольжение, датчик скольжения выдаст сигнал. - формирование заданного крена.

Очень часто сигнал с датчика скольжения заменяется сигналом - сигнал боковой перегрузки.



Вспомним уравнение сил в боковом движении, при

, следовательно и , а , тогда , , , то есть сигнал скольжения может быть заменен сигналом боковой перегрузки. Часто, чтобы убрать скольжение законы управления пишут: или , когда

, .

Наиболее распространенным законом управления в канале руля направления является закон вида:

(1.1)

Где - статические передаточные числа.

Причем, сигнал по в заменяется сигналом по боковой перегрузке nz.

Скольжение в связано с перегрузкой соотношением , тогда уравнение (1.1) примет вид:

(1.1.2)

Где



1.2 Выбор законов управления в канале элеронов

Законы управления системы построенной по принципу управления скольжением в режиме стабилизации центра масс в боковой плоскости, на заданной траектории имеют следующий вид:

(2.1)

- отклонение самолета от заданного нап...