Систем команди лета авиона

Илустрација принципа рада команди лета..

Систем команди лета авиона подразумева међусобно интегрисане подсистеме, који су у функцији управљања и преко којих се мења и одржава жељени режим кретања (лета) летелице. Преко њих пилот саопштава своју жељу о промени режима лета, а авион одговара са својим карактеристикама и извршава задату команду. Одступање одговора авиона, од жељеног, пилот уочава и коригује, са допунском командом. Заједно, пилот, команде лета и авион сачињавају затворену динамичку целину, која се међусобно усклађује, у реализацију жељеног режима лета. Са развојем ваздухопловства, то усклађивање је све савршеније и све је ближе јединственом „организму“, као код птица, чему човек тежи од давнина. На томе путу развоја, систем команди лета авиона је имао велике трансформације, сагласно развоју свих грана технике и са освајањем нових технологија.

Коришћене физичке величине

Осе координатног система авиона.
Пилот на своме радном месту,
у седишту борбеног авиона.
Изглед пилотске палице на
авиону МиГ-29.
  • Основне
    • [s] време
    • [m] дужина
    • [kg] маса
  • Изведене
    • [m] радијус заокрета
    • [m/s2]  убрзање, дуж „X“ осе
    • [m/s2] убрзање, дуж „Z“ осе
    • [m/s2] убрзање, дуж „y“ осе
    • [rad/s] угаона брзина, око „y“ осе
    • [rad/s] угаона брзина, око „Z“ осе
    • [rad/s] угаона брзина, око „X“ осе
    • [m/s] брзина
    • [m/s2] убрзање
    • [m/s2] гравитација
    • [kg/ms2] статички притисак
    • [kg/ms2] динамички притисак
    • [kgm/s2] сила
    • [kgm/s2] сила на палици/педалама
    • [kg/s2] крутост опруге
    • [kgm/s2] тежина
    • [kgm/s2] сила узгона
    • [—] фактор аеродинамичког оптерећења

Опис и принцип

Пилот управља са свима системима на авиону, а коначно и са самим авионом, односно одређује путању и остале параметре његовог лета. То захтева посебну психо–физичку способност, увежбаност и знање. Гледано кроз историју развоја ваздухопловства, то је на почетку било вишеструко једноставније, у односу на савремене авионе са великим бројем система, радњи и са велики разликама између минималних и максималних брзина лета. Једино је остало исто то што пилот доноси коначне одлуке. На савременим авионима су интегрисани многи системи који пилоту олакшавају управљање авионом и растерећују га од сувишних радњи, које не може обавити, у захтеваном кратком временском периоду. Пилоту се олакшава управљање са авионом, са интеграцијом система на бази достигнућа технолошког развоја у домену, рачунарства аутоматике,  вештачке интелегенције, роботике, експертских система итд. Развој тих система и њихова интеграција у функционални ланац пилот–систем и пилот–авион, у ствари је развојни пут система команди лета авиона, од првих једноставних до паметних и веома сложених.

Пилот је смештен у кабину авиона, на своме радном месту, а код борбених авиона, везан је са посебним појасевима у пилотском седишту. Своје жеље, односно одлуке може пренети на авион и његове системе са мехничким радњама руку и ногу, покретом главе и са изговореним препознатљивим речима. У последње време се много истражује и управљање са покретом очију. На првим авионима, на почетку развоја ваздухопловства, било је управљање само са механичким радњама руку и ногу. Та чињеница је одредила концепцију и техничка решења за команде лета. То је задржано и на данашњим авионима, а остала усавршавања су само додавана. Командни покрети руку и ногу пилота, преношени су на системе, такође механички, преко сајли, котурача и полуга, касније је увођен пренос преко електричних сигнала, прво преко аналогних електронских, касније дигиталних и сада се стигло преко преноса са светлосним сигналима. Примарне команде лета, су са извршним елементима, аеродинамичким покретним површинама, у функцији континуалног подешавања аеродинамичких сила и момената у циљу одржања жељеног режима лета авиона на задатој путањи. Сваки авионски систем је специфичан и захтева управљање, а ти остали управљачки системи, сви заједно се сврставају, у тако зване „секундарне команде“.

Управљач авиона Боинг 737
Поглед на пилотску палицу и педале
у кабини F-14 томкета.
Командне ручице, педале и други
прибори за управљање, у кабини
авиона Пајпер сенека.
Мала бочна палица,
на авиону Ербас А380.

Сви улазни командни сигнали, који потичу од пилота, генеришу се у кабини и преносе према извршним подсистемима. Пилот саопштава своју жељу, у виду улазних сигнала, преко специфичних командних елемената интегрисаних у кабини.

Примарне команде

Vista-xmag.pngЗа више информација видети чланак Аеродинамика

Примарне команде лета служе за управљање са изменом аеродинамичких сила и момената авиона, у циљу реализације лета по жељеној путањи са жељеним параметрима. На измену аеродинамике се утиче са померањем делова крила и репних површина. На крилу су померљиви делови површина, близу краја његовог размаха и излазне ивице, то су крилца. На хоризонталном и вертикалном репу су класична решења са крмилом, а новија су са обртном целом површином. Код авиона са крозвучним и надзвучним брзинама, обавезно се цела површина отклања (закреће), има и ретких решења да се отклања и вертикална. Код тих решења и на крозвучним и надзвучним брзинама, обавезан је погон командних површина са хидро–покретачима.

Све ове покретне површине се отклањају (обрћу) око својих „шарнирних“ оса. На авиону су командне обртне командне површине обележене на уводној шеми:

          • крилца, обележена су са „А“,
          • крмило хоризонталног репа, обележено са „C“ и
          • крмило вертикалног репа, обележено са „D“.

Елементи у кабини, преко којих пилот иницира померање наведених обртних површна, обележено са „B“, су:

          • палица и
          • педале.

Крилца су покретни делови крила, на горњој првој слици. Диференцијално се отклањају, у функцији стварања разлике узгона на левом и десном полу–крилу, резултат чега је момент ваљања авиона, око његове уздужне осе. Хоризонтални реп/крмило је узгонска површина, постављена на завршном делу трупа авиона. Служи за уздужну стабилизацију и за уздужно управљање са авионом. Вертикални реп/крмило је уграђено на завршном делу трупа авиона, у равни симетрије, ако је удвојен онда паралелно са њом. Служи за бочну стабилизацију и за управљање са авионом у скретању.

Палица је повезана са крилцима и са хоризонталним репом/крмилом. Бочно отклањање палице се преноси на диференцијално отклањање крилаца. Када пилот отклони палицу на десно, крилце на десном полу–крилу, иде нагоре, а на левом надоле. Уздужно отклањање палице (у равни симетрије), преноси се на отклањање хоризонталног репа/крмила. Када пилот отклања палицу према себи хоризонтални реп/крмило се отклања тако што му излазна ивица иде нагоре (-) и обрнуто (+).

Код класичних борбених авиона, са избацивим седиштем са нормалним нагибом, пилотска палица је уграђена у равни симетрије авиона.

Код савременијих авиона, са електричним преносом командног сигнала и са заваљеним седиштем, палица је смањена и постављена бочно, десно од пилота, као џојстик (енг Joystick). Код појединих путничких, туристичких и пословних авиона је уместо палице уграђен управљач налик на аутомобилски.

Педале су уграђене у продужетку ногу пилота, по сличном принципу као и код аутомобила. Оне су повезане са вертикалним репом/крмилом правца. Када се десна педала гура напред, крмило се отклања тако што му се излазна ивица креће у десно (+) и обрнуто (-). Овај принцип и решење су практично исти, за све врсте авиона и за све нивое њиховог развоја и савремености.

Секундарне команде

Секундарне команде су све остале, које нису везане за померање пилотске палице и педала. Њима припадају и команде са прекидачима, уграђеним у рукохват палице. То су елементи преко којих пилот управља са појединим кључним системима у току лета и када не скида руку са палице. Секундарним командама припадају и оне команде које су везане за промену аеродинамике крила, при полетању и слетању авиона, то јест команде са преткрилцима и закрилцима.

Секундарним командама, поред ових за извлачења преткрилаца и
закрилаца, припадају и:

    • погон (мотора),
    • навигацију,
    • аутопилот,
    • наоружање,
    • стајне органе,
    • аеродинамичке кочнице,
    • радио и друге системе везе,
    • одбацивање спољних терета,
    • активну и пасивну електронску заштиту,
    • електро и електронску опрему,
    • позив информација и података на показивачки систем,
    • катапултирање пилотског седишта итд.
 

 Хидро–механичке

Са развојем ваздухопловства расле су брзине лета, прешле су у крозвучне и надзвучне области, са чиме су расли и шарнирни моменти командних површина. На тим брзинама, у условима стишљивости ваздуха померао се аеродинамички центар (центар потиска) укупног авиона, расла је резерва стабилности, а и локално, на командној површини се нагло померао центар потиска преко 50% њене тетиве, због чега се прешло на целообртне. У тим условима класичне механичке команде лета, практично нису биле више применљиве.

Ова ограничења су постала прекретница у даљем развоју авиона. Решење је нађено са увођењем хидрауличког покретача командне површине, са неповратним дејством. При томе се шарнирни момент уравнотежава са силом хидропокретача, а на палици се осећа безначајан отпор трења у чворовима механичког преноса и у разводнику хидро уља. Овде се јављају нови проблеми, пилот губи осећај о учињеној радњи, преко информације пораста силе реакције на палици и педалама, при његовој команди. Тај се осећај мора вештачки симулирати, што је приказано у поглављу „Симулација осећаја силе на палици“. Други је проблем је осетљивост разводника хидропокретача и на најмањи нежељени улаз, што изазива и нежељени отклон крмила. Због дужине механичког кола команди лета, од палице до разводника, тај услов је тешко испунити због зазора у чворовима и због еластичности целог командног кола. Компромисно решење се налази у повећању преклапања клипова разводника и пролазних отвора. На тај начин се повећава толеранција на нежељени улаз у разводник, али се повећава нелинеарност система хидропокретача.

Хидраулички покретачи

Анимација принципа рада
хидрауличког покретача.

Хидропокретачи крмила, концепциски су двокоморни (редно интегрисана два цилиндра и два клипа, на заједничкој клипњачи). Разводници су такође редно интегрисани, са клиповима на заједничкој клипњачи и са заједничким улазом. На овај начин је обезбеђена потребна снага, са релативно малим пречником клипова и напајање оба цилиндра са независним системима хидроинсталације. То повећава поузданост рада, са аспекта њиховог напајања, са хидроуљем под потребним притиском. Допунски је обезбеђен и резервни хидро систем, који напаја једну од комора, за нужно управљање са авионом при отказу оба основна.

Повратна спрега је механичка, са системом полуга (на слици назначено са плавом бојом), која обезбеђује прецизно позиционо управљање са крмилом. Преносни однос, дефинисан је са кинематиком повратне спреге, дефинише се као појачање исте. Блок шема, на горњој слици, алгоритамски дефинише принцип рада хидрауличког покретача. Са „А“ је означен цилиндар са двоструким клипом, „Б“ је структура повратне спреге и „С“ је упоређивач, који направи разлику између жељеног и стварног помака клипњаче (крмила). Уочена разлика је допунски (корективни) улаз на разводник и такав се одвија процес, све док се грешка (разлика) између жељеног и постигнутог отклона крмила не изједначи са нулом. Хидраулички покретач, бољих перформанси, то брже оствари. Било је веома озбиљних покушаја решавања овог проблема погона крмила и са електричним покретачима. Због практичних проблема је напуштена та технологија и ако је било неколико примена и у серијској производњи. У последње време, у склопу електричних команди лета, поново се истражују та решења, у циљу елиминације дугачких водова хидросистема и велике масе хидроуља.

Хидраулички покретач је веома поуздан уређај. Поузданост његовог рада једино може да угрози отказ напајања и нечистоће у хидроуљу. Преклапање клипова вентила мора постојати због несавршености механичког кинаматског кола од палице до улаза у вентил. Са друге стране би вентили без икаквог преклапања имали одређено унутрашње цурење хидроуља, што би изазивало корективно померање улаза на њима, па и нестабилност рада. У стварној примени хидропокретача на авионима виших перформанси постоје и аутопилоти и пригушивачи, чији излази (команде) исто пристижу у хидропокретач. То су електронски улази, са ограниченим ауторитетом и они се саопштавају хидропокретачу преко сервовентила. Код електричних команди лета су сви улази електронски сигнали, али потпуног ауторитета (у пуним границама између два крајња отклона крмила).

 

Шематски приказ хидрауличког покретача, са принципијелном шемом, где су: А-хидропокретач, Б-повратна спрега и С- упоређивач.

Електричне команде лета

Vista-xmag.pngЗа више информација видети чланак Аеродинамика

Механички и хидро–механички системи команди лета, поред тога што су једноставни, имају доста негативности. Ови системи увећавају масу целог авиона, пошто полуге, сајле и котураче имају значајну масу, али и са својим захтевима о крутости структуре која прихвата наслоне њених чворова, индиректно изазива повећавање њених димензија, па и масе авиона. Строги услови производње чворова командних кола испред хидропокретача, поскупљује производњу. Авиони са механичким и хидро–механичким системима морају испунити услове обезбеђења значајне статичке резерве стабилности авиона, што има за последицу већу масу његове структуре, а и директно деградира перформансе лета.

Увођењем електронске везе између пилотске палице/педала и хидропокретача, добијају се значајна побољшања, а уклањају се сви проблеми са полугама, сајлама, котурачама, крутошћу и трењем. Добија се систем брзог одзива (мале временске константе). Поготово се остварују велике користи, када се тај електронски сигнал успут моделира у рачунару, према потребама и захтевима високих перформанси управљања. Механичко деловање пилота на палицу/педале, претвара се у електронски сигнал, који се преко рачунара моделира и спроводи у сервовентил хидропокретача. Сервовентил је потпуног ауторитета, што значи да се са примљеним електронским сигналом може остварити пун ход хидропокретача, односно пун отклон крмила. Преко електронског преноса сигнала, поједностављена је и интеграција пригушивача и аутопилота. Све те електронске сигнале, од палице/педала, пригушивача и аутопилота прихвата и интегрише рачунар, обрађује и моделира по изабраним/оптимизираним законима управљања и шаље резултујући, у серво вентил односно хидропокретач. Свакако је највећа корист од овог система команди лета што испуњава услове безбедног лета авиона и са негативном резервом статичке стабилности (статички нестабилан). Са конфигурацијом статички нестабилног авиона, добијају се далеко боље перформансе, посебно у маневру. Ово је могуће и присутно је већ као стандардардна технологија у многи серијским авионима. Рачунарске технологије и методе оптимизације закона управљања су толико напредовале, да се могу остварити захтеви без ограничења. Без обзира што је то систем са максималном употребом рачунара и технологија оптимизације у управљању, назван је енг fly-by-wire control systems, а у српском школству и ваздухопловној струци електричне команде лета. Ова технологија је дуго и опрезно развијана, у стационарним и у летећим лабораторијама, све док није постала довољно поуздана. Прошла је кро фазе развоја на бази аналогне, па дигиталне технологије електронике и кроз више фаза решавања концепција резервације поузданости.

Глобални допринос електричних команди лета, сагледава се у доприносу:

          • Оптимизацији аеродинамичких конфигурација за повољан однос узгона и отпора у надзвучном лету.
          • Реализацији задате (жељене) статичке и динамичке стабилности, у целој анвелопи лета авиона, што омогућава и лет са тежиштем иза неутралне тачке (недопустива статичка нестабилност у класичној аеродинамици авиона), што побољшава перформансе авиона.
          • Оптималном моделирању одговора авиона на пилотову команду (изражену жељу са померањем палице/педала).
          • Интеграцији аутопилота, широког спектра функција.
          • Реализацији лаке, поуздане и благовремене размене података са системом за навигацију.
          • Развоју система команди лета, пошто се лако и у раној фази укључује пилот у тај процес, преко симулатора лета, који почиње да функционише од самог почетка развоја авиона.

На Ербасу А380 су интегрисане електричне команде лета, а F-8 крусадер је био један од демонстратора тих технологија.

На F-8 је приказан рачунарски блок.

Аналогна технологија

Једноставно су замењене механичке команде са преносом аналогног електронаког сигнала, генерисаног на пилотској палици/педалама, до електронског серво–вентила на хидро–покретачу. Успут је тај сигнал интегрисан са електронским сигналом аутопилота, преко одговарајућег електронског блока.

Напајање хидро–покретача са хидро уљем је задржано као код механичко–хидрауличког система. Оваква, прва и најједноставнија варијанта електричних команди лета је изведена на авиону лабораторији Авро Вулкан 1950. године. Осећај потребне силе на палици, за командни помак исте, вештачки је симулиран. Сличан систем, коришћен је и на првом надзвучном путничком авиону Конкорд.

Касније је примењен савршенији аналогни систем на борбеном авиону F-16 фајтинг фалкон. У овој апликацији су коришћене и друге опције из менија могућности, као што је смањење статичке стабилности, што је овом познатом ловцу, значајно повећало могућности у маневру. У овим унапређеним решењима, коришћени су аналогни рачунари, већих могућности.

Управљање са потиском мотора преко електричних сигнала

Дигитални сигнали за управљање са режимом рада мотора омогућују потпуну интеграцију те функције у систем команди лета. На савременим борбених авионима, то је посебно значајно, пошто је обично један пилот у авиону, који је обавезан да сам извршава велики број радњи и још да води борбу. Са интеграцијом свих подсистема, као што су аутостабилизација, навигација, радар, управљање са наоружањем итд. и са уведеном аутоматизацијом, растерећује се пилот од сувишних радњи. На тај начин, пилот се у борби може усредсредити и концентристи само на тај свој примарни задатак. Са савременим интегрисаним софтвером, постиже се оптимално усклађивање потребног потиска мотора за одређени режим лета авиона, у сагласности са осталим системима и са врстом задатка. Пилот није ни заузет нити оптерећен бригом о различитим и многобројним ограничењима. Код комерцијалних авиона, добитак је у рационалности и економичности смањења потрошње горива. Ако је економичнија потрошња горива, авион носи мању његову резерву (мањи је мртав терет), па ће и индиректно мање трошити на режиму крстарења, због мање укупне масе, целог авиона.

Дигитална технологија

Електричне команде лета, са дигиталним електронским сигналом, сличног су општег принципа као и претходна варијанта са аналогним сигналом. Разлика је само у електронском облику преноса и обраде сигнала. У овом случају се користи дигитални рачунар, већих могућности и бољих перформанси. Дигитални рачунар поред наведених предности је и флексибилнији за пријем сигнала од авионских сензора. Са дигиталним рачунаром се могу остварити излази, према серво–вентилу, по сложенијем, задатом софтверу. Алгоритми сличног нивоа није могуће реализовати код логичког блока аналогног система, који има велика ограничења. Са дигиталним електричним командама лета се потпуно спроводи жеља пилота, уз побољшани квалитет и уз пружање велике помоћи у управљању са авионом. Пилот се ослобађа бриге о свима ограничењима које прате управљање са авионом, као што је гранична издржљивост структуре и граница нападног угла. Софтвер, са којим рачунар обрађује сигнале, исте и филтрира од осцилаторних побуда, што обезбеђује и стабилност рада целог система. Овај систем команди лета, између осталог, отвара могућност за измештање палице, бочно од пилота. Значајно њено смањење и повећани нагиб пилотског седишта, прате овај концепт. Концепт мале бочне палице ослобађа централни део инструменталне табле, за бољу прегледност, а заваљено седиште омогућава пилоту лакше подношење услова већих оптерећења, при повећаним убрзањима. Један од пионира, у примени ових решења, је борбени авион F-16 фајтинг фалкон, а на путничком авиону Аирбусу, примењена је бочна палица.

Технологије електричних команди лета, освојене су и потврђене са обимним теоретским и лабораторијским истраживањима и са више десетина авиона–лабораторија, преправљених на бази тих нових технологија. Сада су то усвојени стандарди, за савремене борбене, транспортне и путничке авионе, широм света. У томе смислу, Федерална ваздухопловна администрација САД (ен. Federal Aviation Administration (FAA)), стандардизовала је софтвер за електричне команде лета, под ознаком: RTCA/DO-178B, а закони управљања, морају да испуне услове DO-178B Level A. Савремени серијски борбени и комерцијални авиони се производе са овом технологијом управљања, примери су F-16 фајтинг фалкон, F-22 раптор, Авион Рафал, JAS 39 Грипен, МиГ-29СМТ, Сухој ПАК ФА, Ербас А320, Боинг 777 и други.

Вектор стања лета се формира на основу сигнала из сензора за статички и динамички притисак, убрзања дуж све три осе авиона и угаоних брзина око њих (дато у „кућици“) и других сензора као што су радар, SGP и др.


Шема принципа електричних команди лета.

 

Шема примењеног принципа електричних команди лета за Нови авион

 

Резервација поузданости

Илустрација умножавања и надгласавања 
сигнала, електричних команди лета
 
 

Основни проблем електрични команди лета био је поузданост и то првенствено због тешкоћа доказа исте. Доказ поузданости у реалном времену би био толико дуготрајан, тако да би за то време застареле све остале примењене технологије. Са савременим методама симулације, у лабораторијским условима, то је смањено на прихватљиво време. Посебно је била проблематична поузданост код дигиталних система, код којих електронски сигнал потпуно прекида рачунар, када падне његов софтвер, тада се прекида и веза према хидро–покретачу. Кроз дуготрајна истраживања и потврђивања, отворен је пут резервације поузданости преко умножавања паралелних система, са применом посебних метода међусобног надгласавања њихових сигнала, усвојен је принцип међусобне независности између канала, који је основа поузданости. Већински број сличних сигнала, софтверски одбацују мањински, који одступа са својом вредношћу. Циљ је да се избегну фаталне истовремене грешке у каналима. Ако се и појави грешка у неком од канала, са надгласавањем сигнала, тај се различит сигнал одбацује, пошто је у мањини. Поузданост електричних команди лета, дефинисана је са захтевима да више од један фаталан отказ не сме да се појави, на милион сати лета. Та поузданост система команди лета, нпр. на Рафалу, доказана је у физичкој симулацији у лабораторији, при искљученим механичким компонентама. У процесу испитивања, од милион сати лета, није се појавила ни једна грешка у електронском сигналу управљања. Шематски, на слици десно, приказан је општи принцип умножавања и надгласавања система дигиталних команди лета. Умножавање система је било по принципу три независна дигитална и један аналоган систем. У последње време је приступ са сва четири дигитална канала, при чему је на једном каналу другојачији рачунар, са поједностављеним софтвером. Када би се десило, да три истоветна канала, са сложеним софтвером, имају грешку, велика је вероватноћа да четврти, са поједностављеним, неће имати и да се авион са тиме ограниченим могућностима може вратити у базу. На овај начин је смањен ризик да системска, скривена грешка у сложеном софтверу, буде фатална за цео авион.

Систем HOTAS

Код примене електричних команди лета и интеграције свих система управљања на авиону, створени су услови и за интеграцију саопштавања жеље пилота, преко леве и десне руке, према авионским системима. У тој функцији пилот стално у току лета, држи руке на малим палицама, постављеним лево и десно од његовог седишта. Са леве стране је мала палица за управљање са мотором, са десне стране је мала палица за померање крилаца и крмила хоризонталног репа. Мале командне ручице (палице) имају ергономски подешене рукохвате, за шаке руку, а пилотове подлактице имају одговарајуће наслоне на бочним странама седишта. На рукохватима палица су распоређени командни прекидачи, за управљање са системима опреме и наоружања, у реалном времену. Пилот, током лета и током вођења борбе, држи обе руке на палицама и управља са авионом, са његовим системима опреме и са оружјем. Ријеч је о такозваном систему HOTAS (енгл hands on throtle and stick). Пилот се потпуно сједињује са борбеним авионом, у јединствен динамички систем, преко својих одлука, визуелног праћења циља и истовременог управљања са обема палицама и прекидачима на њима, при борби са непријатељем.

Трансформација командног сигнала

У почетном степену развоја авијација, било је довољно одредити преносни односи змеђу дужине уздужне путање рукохвата пилотске палице и укупног угла отклона крмила хоризонталног репа и бочне путање палице и укупног угла отклона крилаца, као и отклона педала и отклона крмила вертикалног репа. То су за авионе, на почетном степену развоја, биле константе, пошто је био мали распон њиховихбрзина лета, од минималне до максималне. Са даљим развојем авијације тај распон је нагло растао, чак се стигло до максималних брзина сагласних Маховом броју од М=2,5, где се и зауставило, због повећаног загревања додирних површина авиона са ваздушном струјом. У оквиру тако великог распона брзина, услови управљања и понашање авиона, драстично су измењени, што није могуће покрити са једноставним полужним или еластичним преносом, константног преносног односа командног система, без допунских уређаја–ускладника. Аеродинамички момент командне површине, око обртне осе (зове се шарнирни момент), драстично се увећава, равнотежни углови отклона (за исти маневар) су знатно смањени и распоред маса у односу на осе авиона знатно је измењен. Ово зачајно мења услове управљања, упоређујући нпр. авионе Поликаров ПО-2 и F-22 раптор . Конструктори су били пред задатком да обезбеде пилоту сличан осећај када управљају са било којим од ова два гранична авиона и свих осталих конфигурација у томе распону. Аналогно, као што се са истом возачком дозволом и са истим знањем може возити Трабант и врхунска луксузна лимузина.

Промена преносног односа

Нелинеарна крива преноса
палица–крмило
 
 

Код почетног развоја авиона, већ при помаку максималних брзина авиона преко 300 km/h, уочена је значајна промена у условима и у осећају пилота при управљању са авионом. Сила на палици/педалама је много увећана због пораста шарнирних момената са порастом брзине. Такође је авион постао преосетљив и на веома мале помаке палице/педала, због смањених потребних равнотежних отклона крмила, са порастом брзине. Тај проблем је код механичких командних система разрешен са „нелинеарним механизмом“. Уградњом овога механизма, постиже се измена градијента хода рукохвата палице по углу отклона крмила , са изменом положаја (отклона) палице, по законитости приказаној на скици, датој на слици десно. Овом техником, могао се компромисно решавати овај проблем само у малом распону брзина. Са даљим порастом тога распона и при употреби хидро–покретача прешло се на механизовани систем аутоматске адаптације кинематског преносног односа палица/педале–покретач а и уједно и према опружном механизму за вештачку симулацију силе на палици/педалама. На авионима J-22 oрао и МиГ-21, примењен је механизам ''АРУ-3В'', а на МиГ-29 ''АРУ-29-2''.

Симулација осећаја силе на палици

Пилот при управљању, са авионом, мора имати информацију шта ради, а то му саопштава прираст силе на палици при њеном померању, као реакција, на дејство руке на њу, при изражавању жеље о реализацији маневра. Градијент силе на палици по фактору аеродинамичког оптерећења, dFx /dn је кључни параметар управљивости авиона. Пилот мора имати информацију о томе, шта је урадио авиону, са помаком палице или педале. О томе има повратну информацију преко одговора авиона, што уочава визуелно и преко осећаја оптерећења услед изазваног убрзања. Ако не постоји ова затворена веза пилот–авион, онда тај увезани систем није управљив. Из тих разлога, у случајевима када је нарушен пожељан опсег вредности градијента силе на палици по фактору аеродинамичког оптерећења, приступа се уградњи ускладника у систем команди лета. Са нелинеарним механизмом се донекле очувају пожељне вредности градијента сила на палици по фактору оптерећења. Са порастом распона брзина и са увођењем хидрауличког покретача, неопходна су друга додатна и сложенија решења. Уграђени су, у коло команди лета, уређаји за симулацију силе и за промену преносног односа, са адаптацијом по динамичком и статичком притиску, на принципу аутоматског управљања. Илустровани су принципи развоја и примене тих уређаја са једноставним шемама, на доњој слици.

Начелни принципи вештачког подешавања градијента силе, по помаку палице/педала.

Пригушивачи осцилација авиона

Са развојем авиона, истима се повећавао распон брзине лета. Увећала се и укупна маса, а и променио им се однос у величини трупа и крила. Труп се повећао, а размах крила се смањио. Та трансформација, изазвала је код авиона проблем појаве динамичке нестабилности, у виду слабо пригушених осцилација, при краткопериодичном уздужном и попречно–смерном кретању. Пошто такво понашање авиона није могуће толерисати, предузимају се вештачке мере њиховог лечења. Уведени су, у систем команди лета, уређаји (пригушивачи), са којима се те осцилације пригушују. Динамичко понашање авиона се подешава, са вештачким моделирањем, са функцијом пригушивача. Пригушивач се састоји од логичко рачунарског блока и од извршног механизма. У логичком блоку, са одређеним софтвером, обраде се придошли сигнали са жироскопа, сагласно са динамичким карактеристикама објекта, чије се осцилаторно кретање пригушује. Оформљени управљачки сигнали, у рачунарском блоку су улаз (наредба) за извршни механизам пригушивача. На различитим нивоима развоја ваздухопловства, различите су биле концепције уградње извршног механизма у ланац командног кола. Код механичких командних система, извршни механизам је био електро или хидраулички брзи покретач, интегрисан у ланац команди као на приказаној шеми на доњој слици. На основу примљеног сигнала, из логичког кола, извршни механизам реализује ограничен помак, са којим се отклања крмило без утицаја пилота у облику хармониске функције, са амплитудом од неколико степени (у границама од -5 до +5 степени). То се назива ограничени ауторитет. На основу софтверске подешености, са методама аутоматског управљања, фазе и учестаности кретања крмила, у односу на нежељено осциловање авиона, исто се пригушује. Код авиона са хидрауличким покретачима, извршни механизам се уграђује као предпокретач испред улаза у разводник. У каснијој фази развоја, појавили су се сервовентили са две врсте улаза, механички и електро. У тој концепцији је олакшана интеграција пригушивача. Једноставно се у сервовентил уводи електронски улаз из логичког блока пригушивача. Код система електричних команди лета, посебно је олакшана интеграција ове функције пригушивача у софтвер моделирања динамичког понашања авиона. Функција пригушивача се овде и губи, као засебна категорија.

Пригушивачи, око све три осе, на авиону Ј-22 орао, интегрисани су у оквиру рачунарског блока УПСУ, а на МиГ-29 у оквиру САУ-451-04. На овим авионима се директно воде електронски сигнали у сервовентиле хидропокретача, паралелно и одвојено од сигнала услед померања палице и педала од стране пилота. Значи, на „орлу“ сервовентили прихватају команду пилота у оквиру потпуног ауторитета и електричне из УПСУ само у оквиру делимичног (+ - 3 / 5°) .

Aileron yaw.gif Aileron pitch.gif

 Анимација пригушења осцилација авиона по правцу и висини,

Аутопилот

Под појмом авионског аутопилота, подразумева се уређај за аутоматско одржавање задатих номиналних параметара лета, као што су висина, правац, брзина и тако даље. Аутопилот је интегрисан у систем команди лета авиона. За начине интеграције важи све што је речено за пригушиваче, они се заједно интегрално и решавају. Функција аутопилота је да одржава номинално стање параметара лета, а функција пригушивача је да обезбеди стабилно то стање и квалитетан прелазни процес, при задатом преласку са једног на друго номинално стање. Спецификације аутопилота путничких авиона, веома су захтевне, док за борбене су доста једноставне. За борбене авионе је најважнија функција да га врати у правилан положај, када пилот тренутно изгуби оријентацију, у акробацијама и у току борбе. Код борбених авиона, аутопилот одржава последње задате параметре, које је командовао пилот. На путничким, линијским авионима, аутопилот је интегрисан са системом за навигацију и уређајима за навођење са земље. Принципске шеме, ова два прилаза, илустрована су на доњој слици.

Аутопилот је ограниченог ауторитета, у односу на цео распон отклањања крмила. Код савремених авиона, функције пригушивача и аутопилота интегрисана су у јединствен рачунарско аутоматичарски блок. Код авиона Ј-22 орао је САУ-451-04.

Аутопилот 1.svg Аутопилот 6.svg
Блок шеме уобичајених улога аутопилота, за борбене и путничке авионе.

Види још

          • Крило
          • Аеродинамика
          • Стајни трап ваздухоплова
          • Хидраулички систем авиона

Извори