Электродистанционная система управления

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Прямое (не fly-by-wire) управление самолётом

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.

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 самолета Сухой Суперджет-100, ЭДСУ с механическим резервом - ЭДСУ самолета Ан-148.

История[править | править вики-текст]

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 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. Но проблема безопасности полётов позволить этого не могла, так как существующее на тот момент развитие электроники не позволяло дать стопроцентной гарантии надёжности.

И только с развитием радиоэлектроники каналы электродистанционного управления стали постепенно внедрятся. В советской авиации на серийном самолёте-бомбардировщике Ту-22М (1971 год) впервые в отечественно 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.

Первым серийным американским самолётом с аналоговой ЭДСУ стал A-5 «Виджилент» (начало эксплуатации 1961 год).

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.

Принцип действия[править | править вики-текст]

В отличие от механических и бустерных систем управления, где воздействия от органов управления в кабине к управляющим поверхностям (элеронам, рулю высоты и т. д.) или силовым приводам передаются посредством механической проводки, включающей в себя тяги, качалки, тросы, шкивы и т. д., в ЭДСУ эти воздействия передаются с помощью электрических сигналов.

Механические перемещения рычагов управления в кабине самолёта с помощью установленных на них датчиков преобразуются в аналоговые или цифровые электрические сигналы, которые по электропроводке поступают в вычислитель (-и) системы управления. Одновременно туда же поступают сигналы от датчиков угловых скоростей, перегрузок, углов атаки и скольжения, вычислителя системы воздушных сигналов и целого ряда других устройств. Вычислитель ЭДСУ в соответствии с заложенными в него алгоритмами управления преобразует эти сигналы в управляющие электросигналы приводов органов управления. При этом он также может выполнять функции ограничителя предельных режимов полёта: не допускать превышения установленных ограничений по перегрузке, углу атаки и другим параметрам. Таким образом значительно снижается вероятность попадания самолёта в нежелательные режимы полета: сваливание, штопор и т. д.

Для большинства важнейших систем самолёта ключевыми факторами обеспечения безопасности полёта являются надёжность их функционирования. Это имеет самое непосредственное отношение к ЭДСУ. На борту самолёта имеется несколько (обычно, четыре или более) параллельно работающих каналов управления с вычислителями, с их собственными датчиками, преобразователями и электропроводкой. Система контроля сравнивает сигналы каналов между собой в нескольких ключевых точках и способна «проигнорировать мнение» вычислителя, который выдает неверные данные, определяемые как превышение допустимого порога погрешности (такой контроль, основанный на сравнительном анализе сигналов каналов, называется «кворумирование», а схема сравнительного анализа — «кворум-элементом»). Помимо контроля сигналов каналов управления часто применяется многоуровневый дополнительный контроль сигналов на соответствие параметрам, вплоть до проверки качества электропитания, поступающего в ЭДСУ (и которое также дублируется). В результате вероятность полного отказа ЭДСУ пассажирских самолётов составляет менее 10^{-9}, а военных — менее 10^{-7} на 1 час полёта, то есть такой отказ практически невозможен.

В то-же время, несмотря на очень высокую надёжность элементов и многократное дублирование, стопроцентной гарантии надёжности системы в целом добиться невозможно, поэтому дублируются не только каналы управления, но и режимы управления, позволяющие в случае отказа переходить на упрощённый режим пилотирования, и не один. Система проектируется именно с расчётом на многочисленные отказы, причём основной проблемой разработчиков является задача предусмотреть все теоретически возможные варианты развития событий.

Преимущества и недостатки[править | править вики-текст]

Преимущества
  • Исключается механическая проводка управления, что позволяет добиться лучших массогабаритных показателей и в некоторой степени упрощает техническое обслуживание.
  • Появляется возможность вводить очень сложные алгоритмы управление, физически невозможные для человека, и, например, управлять аэродинамически неустойчивыми самолётами (на гражданских самолётах это повышает экономичность, на военных — манёвренность).
  • Система умнее и быстрее, и полностью контролирует действия лётчика и не позволяет выйти на опасные режимы — присутствует многоуровневая «защита от дурака».
Недостатки
  • Трудность обеспечения достаточной надёжности ЭДСУ.
  • Система требует очень высокой квалификации наземного персонала. Обслуживание аналоговых ЭДСУ сложно и трудоёмко. Цифровые ЭДСУ при неисправностях вызывают порою совершенно головоломные эффекты (например, течь крана в туалете (!!!) может вызывать постоянный крен на посадке в 3 градуса[источник не указан 102 дня] — логика просто феноменальная, но она есть) - впрочем, это относится не только к ЭДСУ, но ко всем цифровым системам.
  • В некоторых вариантах исполнения ЭДСУ (например на самолётах фирмы Airbus) командные рычаги различных членов экипажа никак не связаны между собой, отсутствует приоритет команд и выполняется усреднённая величина отклонения РУС. В результате, в стрессовой обстановке аварийной ситуации рули самолёта выполняют среднее арифметическое перемещение РУС нередко хаотичных команд, что приводит к трагическим последствиям (Авиакатастрофа над Атлантическим океаном 1 июня 2009 года) - но это просто фатальная глупость разработчиков. В то же время на всех остальных самолётах, при наличии ЭДСУ, имеется жёсткая механическая связь между командными рычагами обоих лётчиков, позволяющая исключить подобные опасные ситуации.

См. также[править | править вики-текст]