Разработка и исследование математической модели работы пары активных ручек управления самолетом в среде MATLAB

Разработка боковых активных ручек управления самолетом (АРУС) является актуальным направлением развития современных систем управления полетом, позволяющим повысить безопасность полета, улучшить эргономику работы в кабине и сократить массогабаритные показатели рычагов управления. Статья посвящена имитационному моделированию работы пары АРУС, выполненных на основе электромеханических приводов (ЭМП) по безрамочной конструктивно-кинематической схеме, обеспечивающей идентичные динамические характеристики в каналах тангажа и крена. Моделирование проводилось в среде MATLAB с использованием специализированных библиотек SimMechanics и SimPowerSystems. С помощью трехмерной твердотельной модели конструкции АРУС были уточнены массы и моменты инерции подвижных частей. Разработанная комплексная модель состоит из моделей двух постов АРУС, трех блоков задания входного воздействия ("Автопилот", блоки 1-го и 2-го пилотов), блока формирования загрузочной характеристики для режима ручного управления и блока логики перехода из автоматического режима в ручной. Модель позволяет исследовать статические и динамические характеристики электромеханических приводов и алгоритмы управления в автоматическом и ручном режимах полета, в том числе при одновременном управлении двумя пилотами и при вмешательстве пилотов в автоматическое управление. Введение в модель блока удержания положен ия рукоятки позволило смоделировать ситуацию, когда в режиме ручного управления 1-й пилот пытается удержать рукоятку в положении, которое он считает правильным, несмотря на вмешательство 2-го пилота. Проведенные на модели эксперименты показали, что разработанная конструкция АРУС обеспечивает выполнение заданных требований к активным боковым ручкам управления самолетом.

активная боковая ручка управления самолетом, электромеханический привод, математическое моделирование, алгоритмы управления

1. Hermans R. L. Design of an actuated side stick controller for the SiMoNa research simulator. Delft: Delft University of Technology, 1999.154 р.

2. Hanke D., Herbst C. Active sidestick technology — a means for improving situational awareness // Aerospace science technology. 1999. Vol. 3. P. 1—11.

3. Абдулин Р. Р., Тимофеев Д. С., Кравченко А. А., Крылов Н. В., Самсонович С. Л., Рожнин Н. Б., Ларин А. П., Макарин М. А., Заец В. Ф. Боковая ручка управления (варианты). Патент РФ № 2681462, 06.03.2019.

4. Абдулин Р. Р., Тимофеев Д. С., Кравченко А. А., Крылов Н. В., Самсонович С. Л., Рожнин Н. Б., Ларин А. П., Макарин М. А. О кинематических и энергетических характеристиках активной безрамочной ручки управления самолетом // Мехатроника, автоматизация, управление. 2018. Т. 19, № 19(10). С. 673—679.

5. Абдулин Р. Р., Кравченко А. А., Крылов Н. В., Тимофеев Д. С. Ларин А. П., Макарин М. А., Рожнин Н. Б., Самсонович С. Л. Разработка конструктивно-кинематической схемы активной боковой ручки управления самолетом на основе качающейся шайбы и косого кривошипа // Материалы V научнопрактической конференции памяти О. В. Успенского. М.: Издательский дом Академии им. Н. Е. Жуковского, 2018. С. 57—64.

6. Ефремов А. В., Александров В. В., Валеров К. В. Исследование влияния типа рычага и управляющего сигнала на свойства системы самолет—летчик // Труды МАИ. 2017. № 94. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=80903.

7. Ли Б. П., Родченко В. В., Зайчик Л. Е. An approach to feel system characteristics selection // AIAA Atmospheric Flight Mechanics Conference and Exhibit. AIAA Paper № 5362, 2004.

8. Родченко В. В., Зайчик Л. Е., Яшин Ю. П. Similarity criteria for manipulator loading and control sensitivity characteristics // Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 1998. Vol. 21, N. 2. P. 307—314.

9. Зайчик Л. Е., Гринев К. Н., Яшин Ю. П., Сорокин С. А. Effect of Feel System Characteristics on Pilot Model Parameters // Proceedings of the 1st IFAC Conference on Cyber-Physical & Human-Systems. Brazil, Florionapolis. P. 165—170, 2016.

10. Black G. Th., Moorhouse D. J. Flying Qualities Design Requirements for Sidestick Controllers. 1979. 186 p. URL: http://contrails.iit.edu/reports/9304.

11. Hall G. W., Smith R. E. Flight Investigation of Fighter Side-Stick Force-Deflection Characteristics. 1975. 96 p. URL: http://contrails.iit.edu/reports/9208.

12. Jann Mayer, Timothy H. Cox. Evaluation of Two Unique Side Stick Controllers in a Fixed-Base Flight Simulator. Edwards, California: NASA Dryden Flight Research Center, 2003.