Энергосберегающий алгоритм автоматического управления принудительной посадкой пассажирского самолета. Часть I

Предложена задача создания системы автоматической посадки (САП) пассажирского самолета, инициируемой извне и исключающей возможность влияния экипажа на режим посадки, например, при изменении курса самолета и отсутствии связи с экипажем. В истории авиакатастроф имеется много случаев, которые можно было бы предотвратить, если бы на борту самолетов имелась САП, а технические средства аэропортов имели бы возможность инициировать эту систему и отключать экипаж от процесса управления. Одним из таких памятных примеров являются трагические события 11 сентября 2001 года в Нью-Йорке. Современный уровень техники позволяет решить задачу автоматической посадки самолета. Ярчайшим примером успешного решения этой задачи является посадка космического самолета (КС) "Буран" в автоматическом режиме 30 лет назад 15 ноября 1988 года.

Статья состоит из двух частей.

В первой части статьи рассмотрены условия успешного решения задачи автоматической посадки самолета. Кратко изложен перечень режимов полета самолета при автоматическом управлении посадкой. Для решения задачи автоматического управления самолетом в продольной плоскости на самом ответственном заключительном режиме посадки предложен энергосберегающий алгоритм управления, обеспечивающий управление в режиме отрицательной обратной связи. Приведено краткое описание энергосберегающего алгоритма управления. Алгоритм управления разработан применительно к пассажирскому самолету ТУ-154М. В состав вектора состояния системы включены шесть параметров: дальность, высота, угол тангажа и их первые производные по времени. При разработке алгоритма использованы следующие допущения: а) линейная модель зависимости аэродинамических характеристик самолета от угла атаки; б) линейная модель программного перевода тяги двигателей в режим малого газа на интервале 3 с от начала этапа выравнивания; в) использование углового ускорения самолета по каналу тангажа, возникающего при перекладке руля высоты, в качестве управляющего сигнала; г) частота работы алгоритма управления, равная 200 Гц.

Во второй части статьи на основе энергосберегающего алгоритма автоматического управления посадкой пассажирского самолета на заключительном участке посадки, разработанного в первой части, продолжены работы по анализу характеристик этого алгоритма. Разработана модельная программа управления посадкой применительно к самолету ТУ-154М. Проведено математическое моделирование этапов режима посадки самолета. При переходе от одного этапа к другому проводилась конкатенация (сшивка) параметров движения, в результате которой конечные параметры движения предыдущего этапа становились начальными параметрами движения последующего этапа. Исследовано влияние погрешностей в аэродинамических характеристиках на условия посадки. В результате моделирования выявлено, что если для определения этапов использовать направление изменения угла тангажа, то режим посадки в общем случае складывается не из двух, традиционно определяемых, а из трех этапов: увеличения угла тангажа (выравнивание), его уменьшения (выдерживание) и вновь увеличения угла (этап назван поддерживанием). Необходимость введения третьего этапа обусловлена наличием погрешностей в аэродинамических характеристиках самолета. В целом подтверждено, что энергосберегающий алгоритм управления обеспечивает успешное решение задачи автоматической посадки пассажирского самолета на заключительном этапе его полета. При этом установлено, что длительность режима посадки не превышает 5 с.

1. URL: www.buran.ru

2. Набойщиков Г. Ф. Авиационно-космические системы / Под ред. Лозино-Лозинского. М.: Изд-во МАИ, 1997. 416 с.

3. Коптев А. Н. Авиационное и радиоэлектронное оборудование воздушных судов гражданской авиации. Кн. 3. Учеб. пособ. Самара: Изд-во СГАУ, 2011. 392 с.

4. Котик М. Г. Динамика взлета и посадки самолета. М.: Машиностроение, 1984. 256 с.

5. Кулифеев Ю. Б., Афанасьев Ю. Н. Алгоритм автоматической посадки самолета // Электронный журнал "Труды МАИ". Вып. 62.

6. Филимонов Н. Б. Аналитическое конструирование квазиоптимальной системы терминального управления // Аналитические методы синтеза регуляторов: Межвуз. науч. сб. Вып. 3. Саратов: СПИ, 1978. С. 100—113.

7. Филимонов А. Б., Филимонов Н. Б. Циклические процессы регулирования в нелинейных объектах // Аналитические методы синтеза регуляторов: Межвуз. науч. сб. Саратов: СПИ, 1988. С. 90—96.

8. Пухов А. Л., Толокнов В. И., Филимонов Н. Б. Компьютерная сертификация посадочного маневра сверхзвукового пассажирского самолета Ту-144. М.: Изд. ОАО "Туполев", 2001.

9. Филимонов А. Б., Филимонов Н. Б. Принцип гибких кинематических траекторий управления терминальными маневрами летательных аппаратов // Системы управления беспилотными космическими и атмосферными летательными аппаратами: Тез. докл. II Всерос. науч.-техн. конф. М.: МОКБ "Марс", 2012. С. 51—53.

10. Проблемы управления сложными динамическими объектами авиационной и космической техники / С. Н. Васильев и др. / Под ред. акад. РАН С. Н. Васильева. М.: Машиностроение, 2015. 519 с.

11. Петрищев В. Ф. Энергосберегающее управление объектами ракетно-космической техники. Самара: Изд-во СамНЦ РАН, 2017. 140 с.