Электродистанционная автоматическая система штурвального управления, как составная часть работы рулевых поверхностей

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ВОЗДУШНОГО ТРАНСПОРТА

 

САСОВСКОЕ ИМЕНИ ГЕРОЯ СОВЕТСКОГО СОЮЗА ТАРАНА Г.А. ЛЕТНОЕ УЧИЛИЩЕ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ ФИЛИАЛ ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «УЛЬЯНОВСКИЙ ИНСТИТУТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ     ИМЕНИ ГЛАВНОГО МАРШАЛА АВИАЦИИ Б.П. БУГАЕВА   (СЛУ ГА ФИЛИАЛ ФГБОУ ВО  УИ ГА )

 Цикловая  комиссия «Безопасность полетов  и специальные дисциплины»

Специальность: 161005 «Летная эксплуатация летательных аппаратов» 

                                                                                                                                          

                                                                                                                                                           

                                                                              ДОПУСТИТЬ К ЗАЩИТЕ 

                                            Заместитель директора филиала  по учебной работе                                                                       

 

                                                          __________________ /___________________

                                                                                         (подпись)

 

«         »  ___________20___г.

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к дипломной работе

 

НА ТЕМУ: ЭЛЕКТРОДИСТАНЦИОННАЯ АВТОМАТИЧЕСКАЯ    СИСТЕМА ШТУРВАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ, КАК СОСТАВНАЯ ЧАСТЬ РАБОТЫ РУЛЕВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

 

 Дипломник:  _______________________________   /______________________/

                                 (Ф.И.О.)                                   (подпись, дата)

Руководитель:  _____________________________   /______________________/

                                (Ф.И.О.)                                    (подпись, дата)

Консультанты:  _____________________________  /______________________/

                               (Ф.И.О.)                                    (подпись, дата)

Рецензент:  ________________________________   /______________________/

                                  (Ф.И.О.)                                      (подпись, дата)

Нормоконтроль проведен: ____________________  /______________________/

                                (Ф.И.О.)                                    (подпись, дата)

 

 

САСОВО  2016г.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ……...………....... 3

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………….…...…….....5

1. История создания ЭДСУ………………………………………..........….6
2. Описание системы АСШУ -204М.……………………..…….…...….....9

1. Общее описание системы АСШУ-204М………………….................9
2. Основной контур системы АСШУ-204М ………………................13
3. Резервный контур системы АСШУ-204М ……………………......16
4. Аварийный механический контур управления……………………17

3. Описание «классической» системы управления……………………...25

4. Сравнение систем…………………………………………………..……32

   ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………....34

   СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ………………….........36

   ПРИЛОЖЕНИЕ……………………………………………………………37

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

 

АП – Автопилот

АМКУ – Аварийный механический контур управления

АСШУ– Автоматическая система штурвального управления

АСШУ-204М – Автоматическая система штурвального управления Ту-204

АЦП – Преобразователь аналоговых сигналов в цифровые

БВУУ - Блок вычислителя устойчивости и управляемости  
БДКВ-11 – Блок датчиков углового положения закрылков и концевых выключателей

БУК-8-1 – Блок управления и контроля резервного контура

ВС – Воздушное судно

ВСС – Вычислительная система самолёта

ВСУП – Вычислительная система управления полётом

ВСУТ – Вычислительная система управления тягой

ДЗ – дополнительный загружатель

ДЛКУ-3 – Датчики линейных ускорений капиллярные

ДПС-6 – Датчик положения строенные

ДУИ-2М – Система дистанционного управления интерцепторами Ту-22М

ДУСУ-М – Датчик угловой скорости

КИНО – Комплексный индикатор навигационной обстановки

КИСС – Комплексный индикатор систем самолёта

КПИ – Командно-пилотажный прибор

КТЦ – Комплекс топливоизмерения и центровки

ЛТХ – Лётно-технические характеристики

МЗР – Механизм загрузки рулей

МСРП – Многоканальная система регистрации параметров

ОЗУ – Оперативное запоминающее устройство

ПАБ-204 – Привод автоматической балансировки стабилизатора

ПАЦ – Преобразователь цифровых сигналов в аналоговые

ПЗУ – Постоянное запоминающее устройство

ППО-5-1 – Пульт предполетного обслуживания

ПР – Процессор

РУД – Рычаг управления двигателями

РЭД – Регулятор электрический двигателей

САРД – Система автоматического регулирования давления

САУ – Система автоматического управления

СВС – Система воздушных сигналов

СДУ – Система дистанционного управления 
СПЗ-6 – Система перемещения закрылков

СПП-6 – Система перемещения предкрылков

СУР – Система управления рулями

УБК – Устройство биполярного кода

УРК – Устройство разовых команд

ШРБ – Штурвальчик ручной балансировки

ЭДСУ – Электродистанционная система управления

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

С ростом лётно-технических характеристик летательных аппаратов и дальности полётов возникла необходимость автоматизировать процесс пилотирования, так как для длительного полёта на больших скоростях в ручном режиме многократно увеличилась нагрузка на лётный экипаж, что негативно влияет на безопасность полётов.

Только с развитием радиоэлектроники стали постепенно внедрятся каналы электродистанционного управления, позволяющие переложить часть рабочей нагрузки с экипажа на автоматику (на современных самолётах ЭДСУ выполняет от 12 до 30 функций),  включая предотвращение вывода самолёта на опасные (критические) режимы полёта. Это позволило значительно снизить рабочую нагрузку на пилотов, сократить состав экипажа и существенно повысить надежность системы "человек-машина" и, как результат, безопасность полетов.

Современная система управления летательным аппаратом представляет из себя комплекс приборного, электро-радиотехнического оборудования, а так же системы управления рулевыми поверхностями и силовыми установками, так как в настоящее время на ВС множество функций по управлению полётом выполняют компьютеры.

В данной работе сравниваются возможности автоматической системы штурвального управления (АСШУ-204М) установленной на самолетах Ту-204, Ту-214 и их модификациях с «классической», т.е. более простой системой включающей в себя тросовую проводку, тяги и гидроприводы.

 

1 История создания ЭДСУ

 

Электродистанционная система управления (ЭДСУ, Fly-by-Wire)—система управления летательным аппаратом, обеспечивающая передачу управляющих сигналов от органов управления в кабине экипажа (например, от ручки управления самолётом, педалей руля направления) к исполнительным приводам аэродинамических поверхностей (рулей и взлетно-посадочной механизации крыла) в виде электрических сигналов.

Исторически появление ЭДСУ было связано с ростом лётно-технических характеристик летательных аппаратов и сопутствующих этому росту технических проблем.

Долгое время система управления самолётов была чисто механическая. Усилия от штурвала и педалей передавались к рулям посредством тросовой проводки, проложенной на шкивах внутри конструкции планера, при этом рулевые машины автопилота включались параллельно в проводку управления. В дальнейшем тросовая проводка была заменена трубчатыми тягами, как выдерживающая большие усилия и менее подвержена деформациям. С ростом высот и скоростей появились гидроусилители, помогающие пилоту, так как человеческих сил уже банально не хватало. В дальнейшем рост ЛТХ потребовал установки необратимых гидроусилителей, которые полностью брали на себя нагрузки от рулей, а для имитации привычных лётчику усилий потребовалось устанавливать на самолёты сложную систему имитации — пружинные загружатели и механизмы эффекта триммирования, причём управление силовыми бустерами уже осуществлялось по дифференциальной системе — трубчатые тяги от штурвала/педалей передавали перемещения не напрямую, а через двухплечевые (дифференциальные) качалки. Одно плечо такой качалки было подключено на управление от лётчика, а второе плечо — от рулевой машины (агрегата) автопилота, и результатирующее перемещение приходило на силовой бустер и, соответственно, управляющую поверхность самолёта. Такое управление с постоянной коррекцией от автоматики было вызвано необходимостью широкой автоматизации процесса пилотирования.

Подобные технические решения к 60—70-м годам 20-го века получили достаточно широкое распространение. Однако такая система управления при множестве положительных качеств также имела массу недостатков, в частности, она была сложной, громоздкой и тяжёлой. Гораздо перспективнее было бы отказаться от механических тяг и части промежуточных электро- и гидравлических агрегатов, заменив это электропроводкой; однако существовавшая тогда электроника не была достаточно надёжной. 
И только с развитием радиоэлектроники каналы электродистанционного управления стали постепенно внедряться. В советской авиации на серийном самолёте-бомбардировщике Ту-22М (1971 год) впервые в отечественной практике был применён электродистанционный канал по крену — четырёхканальная система дистанционного управления интерцепторами ДУИ-2М. Так как на предшественнике Ту-22 применялась механическая проводка с гидроусилителями, самолёт имел огромное количество проблем, связанных с устойчивостью и управляемостью, а из-за нагрева тяг при сверхзвуковом полёте возникало самопроизвольное перемещение штурвала, порою достигавшее запредельных величин. Установка электродистанционной системы с интерцепторами полностью решила данную проблему, позволила легко автоматизировать управление по крену и конструктивно освободила заднюю часть крыла под высокоэффективные закрылки.

При разработке высокоманёвренного самолёта Су-27 (1981 год) было решено, что самолёт будет статически неустойчивым при дозвуковых скоростях. При исследованиях по данной теме выяснилось, что классическая дифференциальная система управления с управлением от лётчика и коррекцией от САУ не обладает должным быстродействием и точностью, поэтому для Су-27 разработали электродистанционный канал по тангажу — систему СДУ-10. Система, помимо дистанционного управления стабилизатором, решает задачи устойчивости и управляемости по всем трём осям. В канале тангажа она выполнена 4-х канальной, курса и крена — трёхканальной.

Стратегический ракетоносец Ту-160 (первый полёт в 1981 году) оборудован полностью дистанционной (по всем каналам управления) автоматической бортовой системой управления с четырёхкратным резервированием.

Несколько позже ЭДСУ появились и на пассажирских самолётах (впервые — на Airbus A320 и Ту-204). Большинство современных пассажирских и военных самолётов оснащены полностью дистанционной, по всем каналам, системой управления, а сейчас уже вместо обработки аналоговых сигналов применяется цифровой.

Различают два типа ЭДСУ:

• ЭДСУ с полной ответственностью (без механического резерва);
• ЭДСУ с механическим резервом.

Под механическим резервом понимают возможность перехода на управление посредством механической проводки в случае отказа ЭДСУ.

Примером ЭДСУ с полной ответственностью является ЭДСУ самолетов Як-130, Сухой Суперджет-100

ЭДСУ с механическим резервом — ЭДСУ самолетов Ту-160, Ту-204, Ан-148.

 

2 Описание системы АСШУ -204М

 

2.1 Общее описание системы АСШУ-204М

АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ШТУРВАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ (далее АСШУ) входит составной частью в систему управления рулями самолетов Ту-204-100, Ту-214, Ту-204-120, Ту-204-300 и их модификаций.

Система АСШУ состоит из цифровых вычислителей, образующих основной контур управления и аналоговых вычислителей, образующих резервный контур управления.

Система АСШУ трехкратно резервирована, как в основном контуре управления, так и в резервном контуре управления. В основном контуре управления три цифровых вычислителя образуют продольный контур управления, а три других вычислителя образуют боковой контур управления.

Система управления рулями самолетов семейства Ту, указанных выше, представляет собой электродистанционную систему, т.е. датчики положения, расположенные на органах управления самолетом по тангажу, крену и курсу, формируют электрические сигналы пропорциональные перемещению органов управления, которые передаются по электрическим проводам в вычислители АСШУ. АСШУ в соответствии с алгоритмами, заложенными в них, формируют электрические сигналы управления рулевыми поверхностями, которые подаются в системы дистанционного управления СДУ, далее на рулевой агрегат, а рулевой агрегат управляет рулевыми приводами, которые перемещают рулевые поверхности. 
 АСШУ-204М, далее по тексту АСШУ, представляет собой трехкратно резервированную цифро-аналоговую систему (информационные датчики и резервный контур аналоговые, вычислители основного контура - цифровые).