1.4. Автоматическая стабилизация и управление летательными аппаратами

Движение ЛА характеризуется некоторой совокупностью параметров, численные значения которых в конкретные промежутки времени определяют режим полета. К числу таких параметров можно отнести, например, углы ориентации летательного аппарата относительно плоскости горизонта, заданного направления движения и набегающего потока воздуха, величину и направление вектора скорости, составляющие вектора перегрузки и т.д. Изменение режима полета является целью, достигаемой в процессе управления. Для ее реализации предусмотренный в системе управления специальный элемент, в зависимости от изменяющихся условий выполнения летательным аппаратом общей тактической задачи и с учетом текущих значений параметров, вырабатывает сигналы, в соответствии с которыми должен быть изменен режим полета. Функции такого элемента на пилотируемых ЛА может выполнять летчик.

Необходимое изменение режима полета или его сохранение осуществляется посредством системы стабилизации. При этом в разных условиях перед системой стабилизации могут стоять следующие конкретные задачи:

• сохранение определенного, неизменного режима полета или установившегося движения при наличии действующих на ЛА возмущений

• изменение режима полета по некоторой заранее намеченной программе

• изменение режима полета по сигналам элемента управления

Решаются эти задачи с помощью устанавливаемых на борту ЛА специальных устройств – автопилотов. Измеряя параметры движения и сравнивая их с заданными значениями, автопилот воздействует на органы управления ЛА и ликвидирует таким образом возникающие в процессе полета отклонения от заданного режима. Рассмотренный принцип стабилизации параметров движения показывает, что ЛА и автопилот образуют замкнутую систему автоматического регулирования, в которой летательный аппарат является объектом регулирования, а автопилот – регулятором. Эта система и получила название системы стабилизации.

Особенности использования систем стабилизации при решении перечисленных выше задач отображены на рис.I.4. В первом случае (рис.1.4,а) осуществляется типичный процесс стабилизации параметров движения с предварительной настройкой на заданный режим ( ). Такая схема характерна для автономных систем. Во втором случае (рис.1.4,б) управляющее воздействие является заданной программой изменения режима. Система стабилизации выполняет уже две функции: компенсирует влияние внешних возмущений и воспроизводит управляющий сигнал заданной формы. Программное управление через систему стабилизации широко используется на различных летательных аппаратах.

Третий случай (рис.1.4,в) отличается от предыдущего тем, что управляющее воздействие заранее не известно, а вырабатывается непрерывно специальным элементом управления. Как видно, в этом случае система стабилизации должна рассматриваться как составная часть (точнее, как объект регулирования) более общей системы управления. Можно заметить, что принципиальной необходимости в использовании системы стабилизации в данном случае нет; нужный режим полета и его стабилизация обеспечиваются работой элементов системы управления. Однако здесь применением автопилота удается существенно улучшить и стабилизировать характеристики устойчивости и управляемости, что очень важно для летательных аппаратов, совершающих полет в большом диапазоне скоростей и высот.

Системы стабилизации могут быть и более сложного вида, когда стабилизация некоторых параметров движения осуществляется через систему стабилизации более низкого ранга. Например, системы стабилизации высоты, скорости, бокового сноса формируются обычно на базе систем стабилизации углового движения и т.п. С точки зрения теории автоматического регулирования эти системы являются многокультурными.

Конкретный вид системы стабилизации, а, следовательно, и структура автопилота, определяются типом ЛА, его назначением, характером поставленных перед системой стабилизации задач.

Если эти задачи меняются при переходе от одного участка полета к другому, необходимо изменять и структуру автопилота. Системы стабилизации с изменяемой или изменяющейся структурой (многорежимные, самонастраивающиеся, адаптивные) относятся к классу наиболее сложных и в рамках данного курса подобно не изучаются.

Как и всякий регулятор в автоматической системе автопилот должен содержать комплекс приборов и устройств, с помощью которых осуществляется

• обнаружение и измерение отклонений параметров движения от данного режима

• преобразование сигналов отклонений в сигналы, непосредственно используемые механизмами, перемещающими органы управления летательного аппарата

• создание необходимой величины усилий для перемещения органов управления

Первая задача решается группой измерительных приборов, вторая – с помощью усилителя – преобразовательных и корректирующих устройств, третья – посредством рулевого (силового) привода, состоящего из усилителя мощности, рулевого агрегата (рулевой машины) и устройств обратной связи. В зависимости от числа используемых для стабилизации органов управления ЛА автопилот может иметь от одного до нескольких каналов регулирования. Эти каналы могут быть взаимонезависимыми и взаимосвязанными. Отдельные каналы автопилота часто называют автоматами стабилизации того или иного параметра. примером служат такие названия, как автомат стабилизации курса, автомат тяги и т.д.

Следует еще раз подчеркнуть, что решение вопросов стабилизации и управления осуществляется на борту ЛА с помощью единого аппаратурного комплекса – автоматизированной системы управления полетом. Автопилот является составной частью этой системы и решает ограниченный круг задач. Нередко в сложных системах его просто называют подсистемой стабилизации параметров движения.