Режимы управления самолетом
Лабораторная работа №3
«Выполнение полета по заданному маршруту и снижения на ЛА типа «Cessna 172P»».
Список условных сокращений:
ЛА – летательный аппарат, ИПМ – исходный пункт маршрута, ППМ – промежуточный пункт маршрута, КПМ – конечный пункт маршрута, ВПП – взлетно-посадочная полоса
1. Цель работы: 1.1. Ознакомиться с возможными способами пилотирования ЛА, описанными в п.2; 1.2. Воспользовавшись формульными зависимостями (1-4), произвести расчет полета по заданному маршруту с выполнением разворота на ППМ; 1.3. Выполнить полет по маршруту; 1.4. Выполнить расчет коэффициента подъемной силы и коэффициента лобового сопротивления и сравнить полученные результаты с реальными данными самолета.
Режимы управления самолетом
Расширение диапазонов изменения скоростей и высот полета привело к значительному изменению конструкции современных самолетов и связанному с этим ухудшению пилотажных характеристик. Поэтому появилась необходимость создания специальных автоматических систем, облегчающих пилотирование.
Различают три способа пилотирования: автоматическое полуавтоматическое (директорное) и ручное.
Режим автоматического пилотирования характеризуется тем, что пилот находится вне контура управления. Он только наблюдает за сигналами устройств индикации и сигнализации, не перемещая рычагов управления. Перемещение органов управления осуществляется следящими приводами по сигналам автоматических устройств.
Режим полуавтоматического пилотирования характеризуется тем, что пилот берет на себя функции следящей системы. Наблюдая за нуль-индикаторами (директорными приборами) и перемещая рычаги управления, пилот отрабатывает сигнал рассогласования, формируемый полуавтоматическими устройствами.
Режим ручного пилотирования характеризуется тем, что пилот самостоятельно принимает решение и выполняет то или иное действие, перемещая рычаги управления. При этом он использует собственные наблюдения окружающей обстановки и принимает информацию, поступающую от штурмана, диспетчера и от устройств индикации и сигнализации.
В настоящее время система автоматического управления полетом превратилась из средства, только облегчавшего пилоту процесс пилотирования самолетом, в средство, обеспечивающее эффективную эксплуатацию современного самолета. Это привело к увеличению количества задач, решаемых бортовыми системами автоматического управления, усложнению методов проектирования, испытания и эксплуатации таких систем.
На современном гражданском самолете разнообразные бортовые системы и подсистемы управления составляют сложный навигационно-пилотажный комплекс оборудования (НПК), который обеспечивает взлет самолета, полет по маршруту и посадку на заданный аэродром при сложных погодных условиях.
Сложная система, к которой относится НПК, может быть разделена на части различными способами, по разным признакам.
Обычно НПК делится на два комплекса: навигационный и пилотажный.
Навигационный комплекс (НК) — это комплекс оборудования, определяющий заданную опорную траекторию полета центра масс летательного аппарата, выдающий информацию об отклонении центра масс от опорной траектории и информацию о текущем положении центра масс летательного аппарата в пространстве. В состав НК входит бортовая цифровая вычислительная машина (БЦВМ), которая вырабатывает управляющие сигналы в пилотажный комплекс.
Пилотажный комплекс (ПК) — это комплекс оборудования, осуществляющий стабилизацию центра масс летательного аппарата на заданной опорной траектории и управление его поворотом вокруг центра масс с обеспечением требуемых пилотажных характеристик и безопасности полета при автоматическом, полуавтоматическом и ручном пилотировании.
Рис.1. Обобщенная функциональная схема пилотажного комплекса.
Границей между НК и ПК служат те переключающие устройства, которые отключают сигналы отклонения центра масс ЛА от опорной траектории, поступающие из НК в ПК на режимах полуавтоматического и автоматического пилотирования.
В навигационно-пилотажном комплексе могут быть выделены на следующие составляющие: датчики первичной информации, вычислитель, исполнительные устройства, средства индикации пилотажной и навигационной обстановки. В средства индикации входят все устройства, преобразующие для экипажа электрические сигналы в визуальную и звуковую форму.
Рассмотрим подробнее пилотажный комплекс. В ПК входят три основных функциональных системы: система штурвального управления (СШУ), система траекторного управления (СТУ) и система отображения информации (СОИ). Обобщенная функциональная схема ПК показана на рис.1.
Система штурвального управления, состоящая из двух частей (системы перемещения органов управления и системы улучшения пилотажных характеристик), предназначена для обеспечения требуемых пилотажных характеристик (демпфирования, устойчивости и управляемости) и предотвращения возможности выхода самолета на опасные режимы при автоматическом, полуавтоматическом и ручном пилотировании. Аппаратурный состав и структура СШУ определяются аэродинамическими и геометрическими особенностями конкретного летательного аппарата. Система штурвального управления должна работать при каждом из трех возможных способов пилотирования. Она органически связана с самолетом. Если пилотажные характеристики самого самолета удовлетворяют требованиям, то необходимости в специальной подсистеме улучшения пилотажных характеристик не возникает. Но, с другой стороны, для самолетов, пилотирование которых невозможно без автоматических устройств, указанная подсистема должна быть спроектирована и установлена на самолете в первую очередь, чтобы обеспечить нормальные испытательные полеты.
Система траекторного управления состоит из двух частей (системы формирования командных сигналов и системы отработки сигналов рассогласования) и предназначена для стабилизации центра масс летательного аппарата на заданной траектории и управления поворотом летательного аппарата вокруг центра масс. Аппаратурный состав и структура СТУ определяются совокупностью пилотажных задач. К числу таких задач относятся управление высотой и скоростью полета, а также угловым положением самолета. Динамические контуры СШУ являются внутренними по отношению к динамическим контурам СТУ. К последним относятся контуры стабилизации углового положения самолета и контуры стабилизации центра масс самолета на заданной траектории.
В систему отображения информации включаются все средства индикации, устанавливаемые на рабочем месте летчика и обеспечивающие его информацией, необходимой для пилотирования самолета и выполнения полетного задания. Это — индикаторы пилотажной обстановки и директорные приборы.
3. Исходные данные:
Самолет Cessna 172P
Технические характеристики самолета: площадь крыла S = 16.2 м², масса самолета без нагрузки m = 736 кг, максимальная взлетная масса М = 1159 кг, плотность воздуха: 
= 1.225 кг/м3.
4. Порядок выполнения лабораторной работы:
1) Определить курс на ППМ со следующими координатами: 77.70357875 (долгота), 13.19962232 (широта), взяв за ориентир ППМ завод «factory».
2) Ознакомиться с органами управления самолета Cessna 172P, используя методические указания по выполнению лабораторной работы №2.
3) Совершить взлет и набрать высоту произвольным образом и выйти на ИПМ.
4) Совершить полет в направлении на ППМ, долетев до точки упрежденного разворота, совершить разворот на ППМ по заданному курсу на КПМ (аэродром №2).
5) Произвести посадку на ВПП.
6) Выполнить необходимые расчеты; провести анализ полета и сравнить полученные результаты с реальными данными самолета Cessna 172P.