книги из ГПНТБ / Василинин В.Н. Автоматизированное вождение тяжелых самолетов

Штурман на военном ДТС наравне с командиром эки­ пажа несет ответственность за выполнение специальной задачи, от него во многом зависит эффективность полета. Поэтому роль штурмана на военном ДТС значительнее, чем на гражданском. Более того, на гражданских ДТС, предназначенных для полетов по внутренним трассам, хо­ рошо оборудованным наземными средствами, штурман может вообще не входить в состав экипажа. Однако это не означает, что дальняя навигация полностью исклю­ чается. Функции, связанные с осуществлением дальней на­ вигации, возлагаются в этом случае на бортрадиста или одного из летчиков.

Наибольшая загруженность военного штурмана наблю­ дается при выполнении специальной задачи и в особых случаях в полете, когда изменяется его программа. Кроме того, загруженность как военного, так и гражданского штурмана повышается при выполнении коррекции места самолета и курса неавтоматизированными средствами и методами.

Бортинженер контролирует работу двигателей, управ­ ляет энергетической, гидравлической и топливной система­ ми, поддерживает внутреннюю связь. Он несет ответствен­ ность за техническое состояние самолета и бортового обо­ рудования.

Бортрадист ведет дальнюю радиотелеграфную связь согласно программе полета или по указанию командира экипажа, обеспечивает и контролирует командную радио­ связь и поддерживает внутреннюю связь, отвечает за на­ дежность радиосвязи. Бортрадисты некоторых военных самолетов управляют оборонительным оружием. Вполне естественно, что при отражении воздушных атак он не может вести дальнюю радиотелеграфную связь, так как эти функции несовместимы.

Из перечисленных функциональных обязанностей чле­ нов экипажа современного ДТС следует, что собственно вопросами вождения занимаются летчики и штурман, хотя бортрадист и участвует в обмене пилотажно-навигацион­ ной информацией по каналу дальней радиосвязи. Бортин­ женер в отношении вождения самолета играет вспомога­ тельную, обеспечивающую роль.

Всвязи с дальнейшим развитием авиационной техники

иповышением степени автоматизации совершенно законо­ мерна тенденция к сокращению числа членов экипажа тя­ желого самолета. Особенно ярко она проявляется при раз­

20

работке и создании СТС, где сокращение экипажа на од­ ного человека при прочих равных условиях приводит к заметному уменьшению взлетного веса и стоимости лет­ ного часа.

Постановку вопроса о сокращении экипажа на СТС следует считать правомерной лишь при условии, если это не идет в ущерб надежности, точности, безопасности поле­ та и загруженности каждого члена экипажа, которая с учетом перераспределения функций может быть чрезмер­ ной или непосильной.

Современные СТС разрабатываются в расчете на эки­ паж, сокращенный до четырех или даже до трех человек, что, естественно, приводит к перераспределению функций. Если в состав экипажа СТС входят четыре человека, то наиболее вероятно, что в гражданском варианте из соста­ ва экипажа будет исключен штурман, а его функции возь­ мут на себя летчики; в военном варианте, скорее всего, будет исключен бортинженер, а его функции станут вы­ полнять летчики, штурман и бортрадист.

Дальнейшее сокращение состава экипажа СТС за счет автоматизации принципиально возможно, но здесь всту­ пают в силу другие факторы. Пределом возможного сле­ дует считать экипаж, состоящий из двух человек, заменя­ ющих друг друга. Дальнейшее сокращение, по-видимому, будет нецелесообразным в силу необходимости поддержа­ ния высокой надежности самого экипажа, а также сохра­ нения оправдавшей себя системы подготовки летного со­ става методом стажирования.

Для военных СТС довести экипаж до двух человек, способных заменять друг друга, будет труднее, чем для гражданских, главным образом из-за исключительно вы­ соких требований к степени автоматизации выполнения специальных задач и трудности подготовки универсальных летчиков-операторов.

На рис. 6 показана в двух проекциях типовая схема размещения экипажа ДТС из пяти человек. Она получила довольно широкое распространение на военных ДТС, в состав экипажа которых входит штурман. Для сравнения на рис. 7 дано размещение экипажа СТС из четырех человек.

Первое требование к размещению летчиков на любом тяжелом самолете — это обеспечение хорошего визуаль­ ного обзора, что особенно важно на посадке. Сделать это значительно сложнее на СТС, чем на ДТС, из-за большего

21

Рис. 6. Схема размещения экипажа ДТС:

удлинения носовой части и большего угла тангажа на по­ садке. Если же СТС обладает крейсерской скоростью, соответствующей М>2, то приходится идти на значитель­ ное усложнение конструкции — создавать наклоняющийся жароустойчивый носовой обтекатель, закрывающий лобо­ вые стекла. Отсюда возникает дополнительная задача — избежание столкновения с другими самолетами.

Рис. 8. Интерьер кабины летчиков самолета Ту-144

Штурману обеспечивается хороший визуальный обзор из остекленной носовой части, как показано на рис. 6. Однако этому варианту присущи и существенные недо­ статки: ограничение радиолокационного обзора вперед и наличие выступающего за контуры фюзеляжа обтекателя антенны РЛС (А).

Известно и компромиссное решение, когда антенна

23

РЛС размещается в самом носу самолета. Многие счита­ ют такую компоновку более рациональной, но против нее есть довольно веские возражения: визуальный обзор у штурмана резко сокращается, а обзор вперед совсем от­ сутствует. Кроме того, при подобном размещении антенны РЛС необходимо ее уменьшить, что неизбежно сказы­ вается на разрешающей способности станции.

На СТС носовая часть обычно занята антенной РЛС, а штурману выделяется одно из рабочих мест (3 или 4) сзади летчиков (рис. 7).

Рабочие места каждого члена экипажа оборудуются в строгом соответствии с их функциональными обязанностями.

На рис. 8 показан интерьер кабины летчиков самолета Ту-144, экипаж которого состоит из двух летчиков и борт-

24

Со

25

инженера (функции штурмана и бортрадиста выполняют летчики). Как видно из рисунка, приборные доски летчи­ ков насыщены большим количеством органов управления, индикаторов и сигнализаторов.

Об оборудовании рабочего места штурмана дает неко­ торое представление приборная доска штурмана военно­ транспортного самолета С-141А (рис. 9). Здесь насыщение органами управления, индикаторами и сигнализаторами еще большее.

Уместно поставить вопрос о сокращении оборудования в кабинах летчиков и штурмана. Этого можно достичь дальнейшим повышением степени автоматизации вожде­ ния тяжелых самолетов.

Тенденцию к сокращению оборудования в кабине лет­ чика можно наглядно проиллюстрировать на проекте при­ борной доски СТС В-2707 (рис. 10). Обращает на себя внимание появление принципиально новых приборов: электронно-лучевого командно-пилотажного прибора (КПП), картографического индикатора места положения самолета и многофункционального индикатора. Для обе­ спечения работы таких индикаторов нужен сложнейший ПНК, создание которого может стать реальностью в бли­ жайшем будущем.

§ 2. УРАВНЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ САМОЛЕТА И СИСТЕМА «САМОЛЕТ-АВТОПИЛОТ»

Движение самолета в полете и управление им — слож­ ный процесс, характеризующийся множеством параметров. Самолет имеет шесть степеней свободы: три угловых дви­ жения вокруг центра масс и три поступательных движения самого центра масс; в полете на него действуют несколько сил и моментов, меняющихся во времени. Все это сильно затрудняет изучение движения самолета и автоматизацию полета.

Для управления полетом необходимо в каждый момент времени знать соотношение между управляющим воздей­ ствием органов управления и управляемыми параметрами полета. Эти соотношения описываются и определяются с помощью дифференциальных уравнений управляемого дви­ жения самолета.

Уравнения углового движения самолета принято рас­ сматривать в полусвязаиной системе координат, начало которой О совмещено с центром масс. Ось х направлена

26

угол между вектором скорости и плоскостью симметрии; угол рыскания ф— угол между проекцией продольной оси самолета на плоскость местного горизонта и некоторым направлением Оь принятым за начальное.

Проецируя указанные силы на оси полусвязанной системы координат, можно получить исходную систему дифференциальных уравнений движения самолета:

)

Для решения ряда практических задач эту систему уравнений удобно выразить через продольную пх и нор­ мальную пѵ перегрузки:

Р — Х G

11У ~ G

Можно показать, что система уравнений (3) приво­ дится к виду:

где r0epT, rrop— вертикальный и горизонтальный радиусы кривизны траектории.

Исходные уравнения (3) дополняются системой сум­ марных аэродинамических моментов:

28

Анализ и решение системы уравнений (3) и (6) пред­ ставляют большие трудности. В целях упрощения продоль­ ное и боковое угловое движения самолета рассматрива­ ются раздельно.

Продольное угловое движение самолета описывается системой дифференциальных уравнений;

т= Р cos а — X — О sin Ѳ;

сумму проекций сил на нормаль к траектории и третье — сумму моментов относительно поперечной оси Z.

Система уравнений линеаризуется и приводится к без­

(РУД); 8В— отклонение руля высоты;

п , — коэффициенты, определяемые аэродинамически­ ми характеристиками самолета;

/ііЛ і/з — возмущения, действующие на самолет. Характеристическое уравнение системы (8) четвертой

где С[ — коэффициенты при неизвестных в системе (8). Устойчивость продольного движения самолета по отно­

шению к V, 9 и а определяется видом корней характери­ стического уравнения. Для обеспечения устойчивости дви­ жения обязательно, чтобы, вещественные части всех кор­ ней были отрицательными. Для этого в свою очередь

29