управление летательным аппаратом

управле́ние лета́тельным аппара́том — формирование отклонений органов управления (ОУ) для требуемого изменения положения летательного аппарата в пространстве или поддержания заданного его положения при действии различных возмущений. Управление траекторией движения центра масс летательного аппарата осуществляется изменением действующих на него сил (при полёте в атмосфере — это аэродинамические силы и тяга двигателя). Управление движением относительно центра масс (управление угловым положением) осуществляется изменением вектора момента относительно центра масс (см. Аэродинамические силы и моменты). На большинстве самолётов для создания управляющих сил и моментов применяются аэродинамические ОУ, а на вертолётах — несущие и рулевые винты (см. Вертолёт). На некоторых типах самолётов и вертолётов используется газодинамическое управление (см. также Управление вектором тяги). Иногда (например, на дельтапланах) У. л. а. реализуется перемещением центра тяжести.

У. л. а. может осуществляться лётчиком или автоматически. В зависимости от типа управления летательным аппаратом можно разделить на пилотируемые, которыми управляет лётчик либо непосредственно, либо через соответствующие системы автоматического управления (САУ), и беспилотные, управляемые полностью либо САУ, расположенными на борту летательного аппарата, либо САУ, использующими внешние команды (например, с самолёта сопровождения), задающие необходимую траекторию.

Пилотирование лётчиком осуществляется на основе исходной информации, которая складывается из визуального наблюдения внешней обстановки, наблюдения за приборами, ощущения лётчиком условий полёта по изменению перегрузки, усилий на рычагах управления (РУ) и их перемещений. На основе требований к режиму полёта и этой информации лётчиком формируется задача управления. Отклонение ОУ, а также необходимое изменение тяги двигателя или включение тормозных устройств лётчик производит в зависимости от формируемой задачи, опираясь на свой опыт. При ручном или (как его ещё называют) штурвальном управлении отклонение лётчиком ОУ может выполняться непосредственно (так называемое обратимое ручное управление), когда лётчик, прикладывая усилия к РУ, уравновешивает полностью или частично аэродинамический шарнирный момент отклоняемого ОУ. В этом случае перемещение РУ требует от лётчика непрерывной затраты энергии. Другой вид ручного управления — необратимое. Он связан с использованием для отклонения ОУ каких-либо вспомогательных устройств и источников энергии, например гидравлическая или электрическая системы (см. Бустерное управление). Гидравлический рулевой привод, или бустер, в системе необратимого управления уравновешивает полностью шарнирный момент ОУ, а лётчик перемещает только золотник бустера, для чего требуется небольшое усилие (порядка 10—15 Н). Поскольку рулевой привод представляет собой систему с жёсткой обратной связью, то перемещение лётчиком РУ однозначно (и, как правило, линейно) связано с перемещением выходного штока бустера и, следовательно, с отклонением ОУ. Такое устройство позволяет управлять летательным аппаратом на больших скоростях и при его больших размерах. Усилия, создаваемые рулевыми приводами скоростных самолётов, составляют несколько десятков кН. Однако для появления у лётчика необходимых ощущений изменения режима полёта (скорости, перегрузки, угловых скоростей и др.) на РУ должны искусственно имитироваться соответствующие изменения усилий, строго регламентированные в соответствии с опытом лётных испытаний. Применяемые для этого имитаторы усилий, которые обычно называются загрузочными устройствами, имеют различные принципы действия. Они могут быть пневматическими, гидравлическими и механическими. Последний тип получил наибольшее распространение (в виде регулируемой пружины). Загрузочные устройства должны обеспечивать регулирование усилий в зависимости от параметров полёта (см. Рычагов управления загрузка).

Для получения удовлетворительных пилотажных характеристик на самолёте с необратимым бустерным управлением приходится также вводить регулирование кинематической связи (изменение передаточного отношения) от РУ к ОУ. Это связано с необходимостью реализовать также определённый, установленный опытом лётных испытаний характер перемещения РУ в зависимости от изменения основных параметров полёта. Например, для управления продольным движением перемещение РУ должно быть связано также с изменением скорости полёта (или Маха числа), высоты полёта, перегрузкой. Для улучшения пилотажных характеристик самолёта в его систему штурвального (или ручного) управления включаются системы улучшения устойчивости и управляемости (СУУ), действующие, как правило, независимо от лётчика на ОУ в процессе возмущённого движения и отклоняющие их функции угловой скорости (для улучшения демпфирования свободных колебаний), угла атаки или перегрузки для увеличения устойчивости или сокращения времени переходных процессов при управлении. Сигналы СУУ формируются её вычислителем: входными сигналами в нём являются параметры движения летательного аппарата (угловая скорость, компоненты перегрузки, угол атаки или угол скольжения, скорость полёта и т. п.). Выходной сигнал СУУ формируется вычислителем по заданным алгоритмам. Выбор алгоритмов производится на основе анализа динамики движения летательного аппарата в различных условиях и связан с аэродинамической и инерционной характеристиками летательного аппарата. Вычислитель может быть аналоговым или цифровым. Связи РУ лётчика с исполнительными приводами ОУ (бустерами или др.) могут осуществляться механической или дистанционной электрической системой, гидравлическими каналами и, наконец, при помощи световодов (см. Гидравлическое оборудование, Проводка управления, Электродистанционная система управления). При дистанционной системе связи сигналы (электрические или оптические), передаваемые от лётчика, а также от СУУ, могут иметь аналоговую или цифровую форму. Дистанционные системы управления в значительной степени упрощают включение любых дополнительных автоматических устройств, в частности облегчают решение задачи управления при посадке и взлёте, а также при выполнении боевых операций.

На современных самолётах кроме штурвального (ручного) управления от лётчика используется обычно дополнительные САУ, как правило, на ограниченных режимах полёта. Наиболее широко САУ (автопилот) применяется для стабилизации длительного установившегося крейсерского режима полёта как по угловым параметрам, так и для стабилизации скорости и высоты полёта. САУ также широко используется для автоматизации посадки (по I, II и III категориям), для некоторых простых манёвров, для управления маневрированием в боевых операциях. Включение САУ в контур управления особенно удобно при дистанционной системе управления, хотя и требует принятия дополнительных мер для согласования с ручным управлением (см. Совмещённое управление).

Полностью автоматическое управление беспилотных летательных аппаратов возможно при наличии соответствующей требуемым условиям точности пилотирования информации о текущем положении летательного аппарата в пространстве (включая и угловое), а также информации о заданном движении летательного аппарата, которая в зависимости от решаемой задачи и назначения летательного аппарата может поступать от датчиков, расположенных на борту, и от внешних датчиков, измеряющих параметры движения летательного аппарата. Траекторное управление беспилотных летательных аппаратов различного назначения может быть командным (по командам, поступающим извне), программным (траектория сформирована и задается на борту в виде временных зависимостей), терминальным, при котором управление осуществляется для достижения конечного результата (при этом можно выполнять ряд ограничений). Кроме траекторного управления, как правило, осуществляются угловая стабилизация и управление угловым положением летательного аппарата. Важнейшими задачами при создании такого управления беспилотными летательными аппаратами являются; обеспечение устойчивости движения на всех режимах полета с учётом возможных возмущений, отклонений исходных данных; достижение точности реализации целевого назначения летательного аппарата; обеспечение надёжности управления при заданных отказах в системе управления.

Г. С. Бюшгенс.