RU2380280C2 - Automatic speed control system for aircraft - Google Patents
Automatic speed control system for aircraft Download PDFInfo
- Publication number
- RU2380280C2 RU2380280C2 RU2008113626/11A RU2008113626A RU2380280C2 RU 2380280 C2 RU2380280 C2 RU 2380280C2 RU 2008113626/11 A RU2008113626/11 A RU 2008113626/11A RU 2008113626 A RU2008113626 A RU 2008113626A RU 2380280 C2 RU2380280 C2 RU 2380280C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aircraft
- parameter
- speed
- error signal
- airspeed
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Настоящее изобретение в целом относится к области систем управления полетом для воздушного судна, более конкретно к системе автоматического регулирования скорости воздушного судна.The present invention generally relates to the field of flight control systems for an aircraft, and more particularly, to an aircraft speed automatic control system.
Уровень техникиState of the art
Многие современные воздушные суда имеют системы управления полетом для поддержания выбранных параметров полета точно или близкими к выбранным значениям. Эти параметры могут включать высоту полета, курс, положение в пространстве и/или воздушную скорость, а система управления поддерживает каждый параметр благодаря функционированию систем управления полетом воздушного судна. Например, высота может управляться путем использования поверхностей управления полетом, таких как рули высоты, или путем использования дросселя для управления воздушной скоростью воздушного судна. Эти системы управления полетом обычно являются замкнутыми системами регулирования с обратной связью, позволяющими входному сигналу из системы управления реагировать на изменения значения управляемого параметра.Many modern aircraft have flight control systems to keep selected flight parameters accurate or close to selected values. These parameters may include flight altitude, heading, position in space and / or airspeed, and the control system supports each parameter through the operation of aircraft flight control systems. For example, altitude can be controlled by using flight control surfaces, such as elevators, or by using a throttle to control the airspeed of an aircraft. These flight control systems are usually closed loop control systems that allow the input from the control system to respond to changes in the value of the controlled parameter.
Типичные замкнутые системы регулирования управляют скоростью воздушного судна, используя либо воздушную скорость, либо инерциальную скорость. Воздушная скорость определяется как скорость продвижения вперед воздушного судна относительно воздушных масс, в которых летит воздушное судно, тогда как инерциальная скорость определяется как скорость продвижения вперед воздушного судна по отношению к поверхности земли, над которой летит воздушное судно. Система управления полетом сравнивает заданную скорость (воздушную скорость или инерциальную скорость) с измеренной скоростью, и разность между заданной скоростью и измеренной скоростью считают ошибкой скорости. Когда ошибка скорости не равна нулю, система управления вводит корректировочную команду одной или большему числу систем воздушного судна, таких как дроссели для воздушного судна с неизменяемой геометрией крыла или угол наклона лопасти винта в вертолете, с целью увеличения или уменьшения измеренной скорости для того, чтобы добиться нулевой ошибки скорости. Обычно корректировочная команда пропорциональна ошибке скорости.Typical closed loop control systems control aircraft speed using either airspeed or inertial speed. Air speed is defined as the forward speed of the aircraft relative to the air masses in which the aircraft is flying, while inertial speed is defined as the forward speed of the aircraft relative to the surface of the earth over which the aircraft is flying. The flight control system compares the target speed (airspeed or inertial speed) with the measured speed, and the difference between the target speed and the measured speed is considered a speed error. When the speed error is not zero, the control system enters an adjustment command to one or more aircraft systems, such as throttles for an aircraft with fixed wing geometry or the angle of inclination of the propeller blade in a helicopter, in order to increase or decrease the measured speed in order to achieve zero speed error. Usually the correction command is proportional to the speed error.
Схематический вид известной системы управления воздушной скоростью показан на фиг.1. Система 11 содержит устройство 13 введения команды для отправления команд к силовым приводам 15 воздушного судна, а воздушная скорость воздушного судна измеряется датчиком 17 в контуре 19 обратной связи. Команда воздушной скорости из устройства 13 и значение, противоположное измеренному выходному значению воздушной скорости от датчика 17, суммируются в узле 21, производящем сигнал ошибки воздушной скорости, который отправляется к силовым приводам 15. Система 11 управляет работой силовых приводов 15 для понижения этого сигнала ошибки воздушной скорости до нуля.A schematic view of a known airspeed control system is shown in FIG. The
При отсутствии ветра типичные замкнутые системы с обратной связью довольно хорошо функционируют для управления воздушной скоростью. Однако воздушное судно, летящее в окружающей среде, представляющей турбулентный воздух, будет переходить из воздушных масс, движущихся в одном направлении, в воздушные массы, двигающиеся в другом направлении. Эффекты от этой турбулентности будут вызывать положительные и отрицательные продольные ускоряющие силы на воздушное судно. Эти ускорения изменяют воздушную скорость и инерциальную скорость воздушного судна, что создает ошибку скорости, которую пытается устранить система управления. В воздушном судне с неизменяемой геометрией крыла система управления будет выдавать команду изменения положения дросселя, что изменяет мощность двигателя и производит дополнительные ускорения. В вертолетах или других винтокрылых воздушных судах, таких как конвертопланы, система управления может подавать команду изменения положения дросселя, положения гондолы двигателя и/или входных сигналов наклона лопастей, что также может быть причиной изменения положения наклона воздушного судна. Изменения мощности двигателя и положения наклона передаются в салон воздушного судна, производя нежелательные воздействия ускорения и движения на пассажиров.In the absence of wind, typical closed loop closed loop systems work pretty well to control airspeed. However, an aircraft flying in an environment representing turbulent air will move from air masses moving in one direction to air masses moving in the other direction. The effects of this turbulence will cause positive and negative longitudinal accelerating forces on the aircraft. These accelerations alter the airspeed and inertial speed of the aircraft, which creates a speed error that the control system is trying to eliminate. In an aircraft with unchanged wing geometry, the control system will issue a command to change the throttle position, which changes the engine power and produces additional accelerations. In helicopters or other rotary-wing aircraft, such as convertiplanes, the control system can command the throttle position, the position of the engine nacelle and / or the input signals of the tilt of the blades, which can also cause a change in the tilt position of the aircraft. Changes in engine power and tilt position are transmitted to the aircraft cabin, producing undesirable effects of acceleration and movement on passengers.
Пример проиллюстрирует воздействия турбулентного воздуха на функционирование системы управления полетом, такой как система 11, которая выдает команду поддерживать выбранную воздушную скорость. Фиг.2А-2Е представляют собой диаграммы зависимости входного сигнала и отклика от времени для продолжительного встречного порыва ветра при использовании системы предшествующего уровня техники, показанной на фиг.1, а на фиг.3А-3Е показаны аналогичные диаграммы, показывающие входной сигнал и отклик для кратковременного встречного порыва ветра.An example illustrates the effects of turbulent air on the operation of a flight control system, such as
В воздушном судне, летящем сквозь воздушные массы, которые не имеют скорости (неподвижный воздух), система управления измеряет малую ошибку скорости или не фиксирует ее вовсе, при этом ускорения, вызванные пренебрежимо малыми изменениями во входном сигнале дросселя, не ощущаются пассажирами. Тем не менее, когда воздушное судно встречается с воздушными массами, которые движутся в противоположном направлении по отношению к воздушному судну, датчик воздушной скорости будет регистрировать увеличенную воздушную скорость. Например, на диаграмме 2А показаны результаты продолжительного встречного порыва ветра скоростью 9,1 м/с, встреченного в момент времени 5 с на линии времени, который линейно возрастает до его максимального значения за время приблизительно 1 с. Порыв приводит к тому, что измеренная воздушная скорость, показанная на фиг.2В, возрастает от заданной воздушной скорости 370 км/ч (200 узлов) до приблизительно 383 км/ч (207 узлов) в момент времени около 7,5 с. Это также является причиной уменьшения наземной скорости, как показано на фиг.2С. В ответ на увеличившуюся воздушную скорость система 11 управления выдает команду изменения положения дросселя для понижения мощности двигателя для того, чтобы достигнуть первоначальной воздушной скорости. Положение дросселя в зависимости от времени показано на фиг.2D, причем это положение уменьшается от приблизительно 36 градусов непосредственно перед встречей с порывом ветра до приблизительно 12 градусов после него в момент времени 8 с, понижая мощность двигателя. Воздушное судно, соответственно, замедляется до даже более низкой наземной скорости, достигая общего уменьшения наземной скорости на 55,6 км/ч (30 узлов) в момент времени около 14 с.In an aircraft flying through air masses that do not have speed (still air), the control system measures a small speed error or does not record it at all, while the accelerations caused by negligible changes in the throttle input signal are not felt by passengers. However, when the aircraft encounters air masses that are moving in the opposite direction with respect to the aircraft, the airspeed sensor will detect increased airspeed. For example, Diagram 2A shows the results of a long oncoming gust of wind at a speed of 9.1 m / s, seen at a time point of 5 s on a time line, which increases linearly to its maximum value over a period of approximately 1 s. A gust causes the measured air speed shown in FIG. 2B to increase from a given air speed of 370 km / h (200 knots) to about 383 km / h (207 knots) at a time of about 7.5 s. This is also the reason for the decrease in ground speed, as shown in figs. In response to increased airspeed,
После достижения максимального значения в 383 км/ч (207 узлов) воздушная скорость начинает уменьшаться вследствие понижения мощности двигателя и падает ниже 370 км/ч (200 узлов) в момент времени около 11 с. В то же самое время положение дросселя возрастает для увеличения мощности двигателя для достижения и сохранения заданной воздушной скорости, но система 11 управления приводит к тому, что положение дросселя переходит за требуемое значение и оно не стабилизируется до момента времени приблизительно 35 с. В дополнение к продольным скоростям оказывается воздействие на вертикальную скорость воздушного судна, как показано на фиг.2Е, с максимальным значением +2,44 м/с (8 фут/с) и минимальным значением -2,74 м/с (9 фут/с).After reaching a maximum value of 383 km / h (207 knots), airspeed begins to decrease due to lower engine power and falls below 370 km / h (200 knots) at a time of about 11 s. At the same time, the throttle position increases to increase engine power to achieve and maintain a given airspeed, but the
Когда воздушное судно возвращается в неподвижные воздушные массы (нулевая скорость ветра), измеренная воздушная скорость будет меньше, чем заданная воздушная скорость. Тогда система управления выдает команду изменения положения дросселя для увеличения мощности двигателя, приводя ускорение воздушного судна назад к исходной воздушной скорости и исходной наземной скорости.When the aircraft returns to stationary air masses (zero wind speed), the measured airspeed will be less than the set airspeed. Then the control system issues a command to change the throttle position to increase engine power, leading the aircraft to accelerate back to the original airspeed and the original ground speed.
Аналогичные эффекты происходят в случае кратковременных встречных порывов ветра. На фиг.3В-3Е показаны результаты встречного порыва ветра со скоростью 9,1 м/с (30 фут/с), который встречается на промежуток времени в 5 с, как показано на фиг.3А. Как показано на фиг.3В, порыв ветра вызывает увеличение измеренной воздушной скорости до 389 км/ч (210 узлов) в момент времени около 7 с, в то время как наземная скорость уменьшается, как показано на фиг.3С. В ответ на увеличившуюся воздушную скорость система 11 управления выдает команду изменения положения дросселя для понижения мощности двигателя для того, чтобы достичь исходной воздушной скорости. Положение дросселя в зависимости от времени показано на фиг.3D, и это положение уменьшается от приблизительно 36 градусов непосредственно перед встречей с порывом ветра, до приблизительно 22 градусов после него в момент времени около 7 с, понижая мощность двигателя. Воздушное судно, соответственно, замедляется до даже более низкой наземной скорости, достигая общего уменьшения наземной скорости на 42,6 км/ч (23 узла) в момент времени около 11 с.Similar effects occur in the case of short-term oncoming gusts of wind. FIGS. 3B-3E show the results of a headwind at a speed of 9.1 m / s (30 ft / s), which occurs for a period of 5 s, as shown in FIG. 3A. As shown in FIG. 3B, a gust of wind causes the measured airspeed to increase to 389 km / h (210 knots) at a time of about 7 s, while the ground speed decreases, as shown in FIG. 3C. In response to the increased airspeed, the
После достижения максимума в 389 км/ч (210 узлов) воздушная скорость начинает уменьшаться вследствие понижения мощности двигателя, и воздушная скорость падает ниже 370 км/ч (200 узлов) в момент времени около 9,5 с. В то же самое время положение дросселя возрастает для увеличения мощности двигателя для достижения и поддержания заданной воздушной скорости, но система 11 управления вызывает переход положения дросселя за требуемое значение, и это положения дросселя не стабилизируется до момента времени приблизительно 35 с. Продольное ускорение показано в виде диаграммы на фиг.3Е с исходным максимальным значением замедления 2,4 м/с2 (8 фут/с2) и последующим максимальным ускорением 2,1 м/с2 (7 фут/с2).After reaching a maximum of 389 km / h (210 knots), airspeed begins to decrease due to lower engine power, and airspeed drops below 370 km / h (200 knots) at a time of about 9.5 s. At the same time, the throttle position increases to increase engine power to achieve and maintain a given airspeed, but the
Сочетание положительных и отрицательных ускорений вследствие поведения системы 11 приводит к нежелательным воздействиям на пассажиров воздушного судна. Исходное замедление, вызванное продолжительным или кратковременным порывом ветра, ухудшается за счет ускорений, возникающих вследствие большого недохода положения дросселя до требуемого значения регулирования или перехода через него.The combination of positive and negative accelerations due to the behavior of the
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Существует потребность в автоматической системе управления для регулирования воздушной скорости воздушного судна, которая сводит к минимуму нежелательные ускорения, воздействующие на пассажиров воздушного судна.There is a need for an automatic control system for controlling aircraft airspeed that minimizes unwanted accelerations affecting aircraft passengers.
Вследствие этого цель настоящего изобретения состоит в создании автоматической системы управления для регулирования воздушной скорости воздушного судна, которая сводит к минимуму нежелательные ускорения, воздействующие на пассажиров воздушного судна.Consequently, an object of the present invention is to provide an automatic control system for controlling the airspeed of an aircraft, which minimizes undesired accelerations affecting aircraft passengers.
Система управления полетом для воздушного судна принимает выбранное значение первого параметра, который представляет собой либо воздушную скорость, либо инерциальную скорость воздушного судна. Первичный контур обратной связи вырабатывает первичный сигнал ошибки, который пропорционален разности между выбранным значением и измеренным значением первого параметра. Вторичный контур обратной связи вырабатывает вторичный сигнал ошибки, который пропорционален разности между выбранным значением первого параметра и измеренным значением второго параметра полета, который является либо воздушной скоростью, либо инерциальной скоростью, но отличен от первого параметра. Первичный и вторичный сигналы ошибки суммируются для производства сигнала ошибки скорости, и сигнал ошибки скорости и интегрированное значение первичного сигнала ошибки суммируются для производства сигнала управления силовым приводом. Затем сигнал управления силовым приводом используется для рабочих устройств воздушного судна для управления первым параметром, чтобы свести к минимуму первичный сигнал ошибки.The flight control system for the aircraft takes the selected value of the first parameter, which is either the airspeed or the inertial speed of the aircraft. The primary feedback loop generates a primary error signal that is proportional to the difference between the selected value and the measured value of the first parameter. The secondary feedback loop generates a secondary error signal that is proportional to the difference between the selected value of the first parameter and the measured value of the second flight parameter, which is either airspeed or inertial speed, but different from the first parameter. The primary and secondary error signals are summed to produce a speed error signal, and the speed error signal and the integrated value of the primary error signal are summed to produce a power drive control signal. The power drive control signal is then used for aircraft operating devices to control the first parameter in order to minimize the primary error signal.
Настоящее изобретение обеспечивает получение нескольких преимуществ, среди которых:The present invention provides several advantages, including:
1) понижение нежелательного продольного ускорения, вызванного автоматическими откликами на встречные порывы ветра и турбулентность воздуха;1) reduction of undesirable longitudinal acceleration caused by automatic responses to oncoming wind gusts and air turbulence;
2) понижение автоматических изменений мощности двигателя, вызванных как ответ на турбулентность воздуха;2) a decrease in automatic changes in engine power caused as a response to air turbulence;
3) увеличение устойчивости системы управления полетом, понижая тем самым переход за требуемое значение регулирования и недоход до него, вызванные турбулентностью и заданными изменениями;3) increasing the stability of the flight control system, thereby reducing the transition beyond the required regulation value and the lack of access to it, caused by turbulence and predetermined changes;
4) улучшение эффективности воздушного судна за счет понижения ускорений, вызванных турбулентностью воздуха.4) improving the efficiency of the aircraft by reducing the acceleration caused by air turbulence.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Для более полного понимания настоящего изобретения, включая его характерные особенности и преимущества, обратимся к подробному описанию изобретения, взятому в сочетании с сопровождающими его чертежами, на которых одинаковые части обозначены одинаковыми номерами позиций, и гдеFor a more complete understanding of the present invention, including its characteristic features and advantages, we turn to the detailed description of the invention, taken in combination with the accompanying drawings, in which the same parts are indicated by the same reference numbers, and where
на фиг.1 показан схематический вид компонентов системы управления полетом предшествующего уровня техники;figure 1 shows a schematic view of the components of a flight control system of the prior art;
на фиг.2А-2Е показаны диаграммы зависимости входа и отклика от времени для продолжительного встречного порыва ветра при использовании системы предшествующего уровня техники, изображенной на фиг.1;on figa-2E shows a diagram of the dependence of input and response from time to time oncoming gust of wind when using the prior art system shown in figure 1;
на фиг.3А-3Е показаны диаграммы зависимости входа и отклика от времени для кратковременного встречного порыва ветра при использовании системы предшествующего уровня техники, изображенной на фиг.1;on figa-3E shows a diagram of the dependence of input and response on time for a short oncoming gust of wind when using the prior art system shown in figure 1;
на фиг.4 показан схематический вид компонентов предпочтительного варианта выполнения системы управления полетом в соответствии с настоящим изобретением;4 is a schematic view of components of a preferred embodiment of a flight control system in accordance with the present invention;
на фиг.5А-5Е показаны диаграммы зависимости входа и отклика от времени для продолжительного встречного порыва ветра при использовании системы, изображенной на фиг.4;on figa-5E shows a diagram of the dependence of input and response from time to time oncoming gust of wind when using the system depicted in figure 4;
на фиг.6А-6Е показаны диаграммы зависимости входа и отклика от времени для кратковременного встречного порыва ветра при использовании системы, изображенной на фиг.4;on figa-6E shows a diagram of the dependence of input and response on time for a short oncoming gust of wind when using the system depicted in figure 4;
на фиг.7 показан вид в перспективе воздушного судна, содержащего систему управления полетом, показанную на фиг.4;FIG. 7 is a perspective view of an aircraft comprising the flight control system shown in FIG. 4;
на фиг.8 показан альтернативный вариант выполнения системы управления полетом в соответствии с настоящим изобретением.on Fig shows an alternative embodiment of a flight control system in accordance with the present invention.
Описание предпочтительного варианта выполненияDescription of the preferred embodiment
Настоящее изобретение направлено на систему управления воздушной скоростью, выполненную для автоматического регулирования воздушной скорости воздушного судна и понижения продольных ускорений вследствие турбулентности воздуха, встреченной в течение полета. Когда обнаружен порыв ветра, имеющий продольную составляющую, система в соответствии с изобретением использует комбинацию сигнала воздушной скорости и сигнала инерциальной скорости (продольной составляющей наземной скорости) в качестве сигнала обратной связи скорости для системы управления. При неподвижном воздухе установившаяся воздушная скорость и инерциальная скорость являются одной и той же величиной.The present invention is directed to an airspeed control system configured to automatically control the airspeed of an aircraft and reduce longitudinal accelerations due to air turbulence encountered during flight. When a gust of wind having a longitudinal component is detected, the system according to the invention uses a combination of an airspeed signal and an inertial speed signal (longitudinal component of ground speed) as a speed feedback signal for the control system. With still air, steady-state airspeed and inertial speed are one and the same value.
Обращаясь к чертежам, отметим, что на фиг.4 показан схематический вид предпочтительного варианта выполнения системы управления в соответствии с изобретением, в котором выбранная воздушная скорость задается оператором или пилотом. Система 23 представляет собой замкнутую систему регулирования с обратной связью, которая использует одновременно воздушную скорость и инерциальную скорость (наземную скорость) для определения адекватной реакции дросселя на изменения воздушной скорости. В показанной системе выбранный сигнал воздушной скорости является выходным сигналом из командного устройства 25, которое может быть расположенным на борту стыковочным средством, используемым пилотом или системой управления, такой как автопилот. В качестве альтернативы командное устройство 25 может стыковаться с приемником, который принимает команды, передаваемые из местоположения, удаленного от воздушного судна, например с беспилотного или дистанционно пилотируемого транспортного средства. Сигнал управления воздушной скорости суммируется в узле 27 с выходным сигналом из контура 29 обратной связи воздушной скорости, который является первичным контуром обратной связи. Датчик 31 воздушной скорости передает данные в контур 29 обратной связи воздушной скорости для получения сигнала, представляющего собой измеренную воздушную скорость воздушного судна, и значение, противоположное измеренной воздушной скорости, суммируется с заданной воздушной скоростью в узле 27 для вычисления сигнала ошибки воздушной скорости. Аналогично контур 33 обратной связи инерциальной скорости, или наземной скорости, обеспечивает сигнал, представляющий значение инерциальной скорости, измеренной датчиком 35 инерциальной скорости, передающим данные в контур 33 обратной связи. В этом варианте выполнения контур 33 обратной связи инерциальной скорости является вторичным контуром обратной связи. Значение, противоположное инерциальной скорости, измеренной датчиком 35, суммируется с заданной воздушной скоростью в узле 37 для вычисления ошибки инерциальной скорости.Turning to the drawings, we note that Fig. 4 shows a schematic view of a preferred embodiment of a control system in accordance with the invention in which the selected airspeed is set by the operator or pilot. System 23 is a closed loop feedback control system that simultaneously uses airspeed and inertial speed (ground speed) to determine an adequate throttle response to changes in airspeed. In the system shown, the selected airspeed signal is the output from the
Ошибку воздушной скорости, вычисленную в узле 27, используют в двух последующих вычислениях. Ошибку инерциальной скорости (вычисленную в узле 37) суммируют с положительной величиной ошибки воздушной скорости в узле 39 для вычисления ошибки скорости. Интегральное значение ошибки скорости вычисляют с использованием интегратора 41 и положительное значение этого интегрального значения суммируют с положительным значением ошибки скорости в узле 43. Выходной сигнал из узла 43 представляет собой сигнал управления силовым приводом, используемый силовыми приводами или другими устройствами, представленными на чертеже прямоугольником 45, для регулирования воздушной скорости воздушного судна таким образом, чтобы свести к минимуму воздушную скорость.The airspeed error calculated at node 27 is used in two subsequent calculations. The inertial velocity error (calculated in node 37) is added to the positive value of the airspeed error in node 39 to calculate the velocity error. The integral value of the speed error is calculated using the integrator 41 and the positive value of this integral value is summed with the positive value of the speed error in the node 43. The output signal from the node 43 is the drive control signal used by the power drives or other devices represented by a rectangle 45, to adjust the airspeed of the aircraft so as to minimize airspeed.
Путем использования комбинации сигнала воздушной скорости и сигнала инерциальной скорости в качестве сигнала обратной связи скорости динамическая комбинация этих двух сигналов будет понижать амплитуду изменений, выданных в качестве команды системой 23, вызванных турбулентностью воздуха, когда используется только датчик 31 воздушной скорости. Датчики 31, 35 показывают ошибки скорости в противоположных направлениях, но так как пропорциональная ошибка скорости рассчитывается из комбинации этих двух сигналов, то нежелательное ускорение значительно меньше вследствие эффекта взаимной компенсации этих двух сигналов. Тем не менее, низкочастотная, или стационарная, ошибка скорости, используемая для интегрального значения ошибки скорости, определяется только датчиком 31 воздушной скорости, так что стационарная воздушная скорость не испытывает влияния со стороны сигнала инерциальной скорости. Улучшенный отклик можно увидеть на фиг.5А-5Е и на фиг.6А-6Е, на которых показаны диаграммы входного сигнала и улучшенного отклика для встречных порывов ветра той же самой скорости и длительности, как те, которые были показаны для системы 11 существующего уровня техники соответственно на фиг.2А-2Е и на фиг.3А-3Е.By using a combination of the airspeed signal and the inertial speed signal as the speed feedback signal, a dynamic combination of these two signals will reduce the amplitude of the changes issued as a command by the system 23 caused by air turbulence when only the airspeed sensor 31 is used. The
Например, на диаграмме на фиг.5А показано, что продолжительный встречный порыв ветра скоростью 9,1 м/с (30 фут/с) встречается в момент времени 5 с на линии времени и быстро возрастает по линейному закону до его максимального значения приблизительно за 1 с. Порыв ветра приводит к тому, что измеренная воздушная скорость, показанная на фиг.5В, возрастает от заданной воздушной скорости в 370 км/ч (200 узлов) до приблизительно 383 км/ч (207 узлов) в момент времени около 7,5 с. На фиг.5С показано, что наземная скорость также уменьшается, как и ожидалось. В ответ на увеличившуюся воздушную скорость система 23 управления выдает команду изменения силовому приводу или другому устройству для того, чтобы оказать воздействие на воздушную скорость. В этом примере положение дросселя используется для того, чтобы управлять мощностью двигателя, причем положение дросселя сначала понижается для того, чтобы достигнуть исходной воздушной скорости. Тем не менее, положение дросселя, как это показано на фиг.5Р, уменьшается от приблизительно 36 градусов непосредственно перед встречей с порывом ветра до около 30 градусов после порыва ветра в момент времени приблизительно 7 с. Положение дросселя затем равномерно возрастает вплоть до приблизительно 62 градусов, в то время как воздушная скорость и наземная скорость равномерно стабилизируются при новых значениях. Система стабилизируется приблизительно за 15 с от начала порыва ветра. Как показано на диаграмме на фиг.5Е, также осуществляется понижение вертикальных ускорений и движений.For example, the diagram in FIG. 5A shows that a long oncoming gust of wind at a speed of 9.1 m / s (30 ft / s) occurs at a point in time of 5 s on the time line and rapidly increases linearly to its maximum value in about 1 from. A gust of wind causes the measured air speed shown in FIG. 5B to increase from a given air speed of 370 km / h (200 knots) to about 383 km / h (207 knots) at a time of about 7.5 s. On figs shows that the ground speed is also reduced, as expected. In response to increased airspeed, control system 23 issues a change command to a power drive or other device in order to affect airspeed. In this example, the throttle position is used to control engine power, with the throttle position first being lowered in order to reach the original airspeed. However, the throttle position, as shown in FIG. 5P, decreases from about 36 degrees just before meeting with a gust of wind to about 30 degrees after a gust of wind at a time of about 7 s. The throttle position then increases uniformly up to approximately 62 degrees, while airspeed and ground speed uniformly stabilize at new values. The system stabilizes in about 15 seconds from the start of a gust of wind. As shown in the diagram in FIG. 5E, the vertical accelerations and motions are also reduced.
При сравнении с откликами системы 11 предшествующего уровня техники следует обратить внимание на то, что диаграммы на фиг.5В-5D не имеют недохода до требуемых значений регулирования и перехода через них, обнаруживаемых в системе предшествующего уровня техники. Когда система мягко стабилизируется до новых значений без этих колебаний, комфорт поездки пассажира увеличивается.When comparing with the responses of the
Те же самые улучшения также видны в откликах для кратковременного порыва ветра, что видно на фиг.6А-6Е. Встречный порыв ветра со скоростью 9,1 м/с (30 фут/с) встречается в момент времени 5 с и длится в течение 5 с. На фиг.6В показано, что измеренная воздушная скорость достигает максимума в 210 узлов (389 км/ч) в момент времени 7 с и не доходит до требуемого значения регулирования при значении около 194 узлов (359 км/ч) в момент времени около 12 с. Наземная скорость, показанная на фиг.6С, имеет максимальное уменьшение приблизительно на 27,8 км/ч (15 узлов) в момент времени приблизительно 10 с, но наземная скорость восстанавливается после порыва ветра без перехода через требуемое значение регулирования. Со ссылкой на фиг.6D отметим, что положение дросселя изменяется от первоначальной установки в 36 градусов до приблизительно 26 градусов в ответ на порыв ветра, а затем увеличивается до значения, близкого к 60 градусов, для увеличения воздушной скорости после того, как закончился порыв ветра. Положение дросселя затем стабилизируется в обратном направлении к значению приблизительно в 36 градусов без недохода до требуемого значения регулирования. Отклик системы стабилизируется в момент времени приблизительно 15 с от начала порыва ветра.The same improvements are also visible in the responses for a brief gust of wind, as seen in FIGS. 6A-6E. A headwind at a speed of 9.1 m / s (30 ft / s) occurs at a time of 5 s and lasts for 5 s. FIG. 6B shows that the measured airspeed reaches a maximum of 210 knots (389 km / h) at a time of 7 s and does not reach the desired control value at a value of about 194 knots (359 km / h) at a time of about 12 s . The ground speed shown in FIG. 6C has a maximum decrease of about 27.8 km / h (15 knots) at a time of about 10 s, but the ground speed is restored after a gust of wind without crossing the desired control value. Referring to FIG. 6D, note that the throttle position changes from the initial setting of 36 degrees to about 26 degrees in response to a gust of wind, and then increases to a value close to 60 degrees to increase air speed after the gust of wind has ended . The position of the throttle is then stabilized in the opposite direction to a value of approximately 36 degrees without a loss to the desired control value. The response of the system stabilizes at approximately 15 s from the start of a gust of wind.
Сравнивая отклик системы в соответствии с настоящим изобретением с откликами, показанными на фиг.3В-3Е для системы предшествующего уровня техники, необходимо отметить, что предложенная система понижает максимальные отклонения от условий, существовавших до порыва ветра, без недохода до требуемого значения регулирования и перехода через него, наблюдавшихся в откликах системы предшествующего уровня техники. Кроме того, система стабилизируется скорее, чем система предшествующего уровня техники, при этом продольные ускорения, показанные на диаграмме на фиг.6Е, длятся более короткое время. Все это способствует улучшению комфорта поездки пассажиров воздушного судна.Comparing the response of the system in accordance with the present invention with the responses shown in FIGS. 3B-3E for the prior art system, it should be noted that the proposed system lowers the maximum deviations from the conditions that existed before the gust of wind, without income, to the desired regulation and transition through him observed in the responses of the prior art system. In addition, the system stabilizes rather than the prior art system, with the longitudinal accelerations shown in the diagram in FIG. 6E lasting a shorter time. All this contributes to improving the comfort of travel of aircraft passengers.
Устройства на воздушном судне, используемые для управления воздушной скоростью, могут быть различных типов в зависимости от типа воздушного судна. Например, на фиг.7 показан конвертоплан 47 с системой управления воздушной скоростью в соответствии с настоящим изобретением, имеющий два поворотных винта 49 с многочисленными лопастями 51, при этом каждый винт 49 вращается с крутящим моментом, обеспечиваемым двигателем, расположенным в соответствующей гондоле 53. Каждая гондола 53 прикреплена с возможностью поворота к наружному краю крыла 55 воздушного судна 47, что позволяет каждой гондоле поворачиваться между горизонтальным положением, как показано на чертеже, и вертикальным положением. Каждый двигатель имеет средства (не показаны) для контроля выходной мощности и/или скорости двигателя, и эти средства в данном документе в своей совокупности обозначаются как «дроссель».Aircraft devices used to control airspeed can be of various types, depending on the type of aircraft. For example, FIG. 7 shows a
В то время как показан конвертоплан, следует понимать, что предложенная система 23 управления воздушной скоростью может применяться для всех типов воздушных судов, включая воздушные суда с неизменяемой геометрией крыла и вертолеты. Кроме того, хотя двигатели воздушного судна 47 являются турбинными двигателями, предложенная система 23 также может применяться для других типов двигателей воздушных судов, включая поршневые двигатели. Также несмотря на то что дроссели в основном используются для управления выходной мощностью двигателей на воздушном судне 47, система 23 управления может быть использована для управления другими устройствами для регулирования величины или направления тяги, производимой винтами 49. Например, система 23 управления может быть использована для управления угловым положением гондол 53 или наклона лопастей 51. В других типах воздушных судов система 23 управления может быть использована для управления воздушной скоростью путем использования устройств, задающих направление тяги, таких как те, которые используются для направления выхлопа турбины.While a tiltrotor is shown, it should be understood that the proposed airspeed control system 23 can be applied to all types of aircraft, including aircraft with fixed wing geometry and helicopters. In addition, although the engines of the
На фиг.8 показан схематический вид альтернативного варианта выполнения предложенной системы 23 управления. Система 57 управления выполнена для поддержания заданной инерциальной скорости, или наземной скорости, а не для поддержания заданной воздушной скорости, как система 23 на фиг.4, показанная выше.On Fig shows a schematic view of an alternative embodiment of the proposed control system 23. The
Система 57 является замкнутой системой регулирования с обратной связью, которая использует как воздушную скорость, так и инерциальную скорость (наземную скорость) для определения соответствующего отклика дросселя на изменения инерциальной скорости. В показанной системе выбранный сигнал инерциальной скорости является выходным сигналом из командного устройства 59, которое может быть расположенным на борту стыковочным устройством, используемым пилотом или системой управления, такой как система автопилота. В качестве альтернативы командное устройство 59 может быть соединено с приемником, который принимает команды, передаваемые из местоположения, удаленного от воздушного судна. Заданный сигнал управления инерциальной скорости суммируют в узле 61 с выходным сигналом из контура 63 обратной связи инерциальной скорости, который в этом варианте выполнения является первичным контуром обратной связи. Датчик 65 инерциальной скорости обменивается данными с контуром 63 обратной связи инерциальной скорости для получения сигнала, отображающего измеренную инерциальную скорость воздушного судна, при этом значение, противоположное измеренной инерциальной скорости, суммируют с заданной инерциальной скоростью в узле 61 для вычисления сигнала ошибки инерциальной скорости. Аналогично контур 67 обратной связи воздушной скорости, который в этом варианте выполнения является вторичным контуром обратной связи, выдает сигнал, представляющий собой значение воздушной скорости, измеренной датчиком 69 воздушной скорости, который обменивается данными с контуром 67 обратной связи. Значение, противоположное воздушной скорости, измеренной датчиком 69, суммируют с заданной инерциальной скоростью в узле 71 для вычисления ошибки воздушной скорости.
Ошибку инерциальной скорости, вычисленную в узле 61, используют в двух последующих вычислениях. Ошибку воздушной скорости (вычисленную в узле 71) суммируют с положительным значением ошибки инерциальной скорости в узле 73 для вычисления ошибки скорости. Интегральное значение ошибки инерциальной скорости вычисляют с использованием интегратора 75, и положительное значение этого интегрального значения суммируют с положительным значением ошибки скорости в узле 77. Выходной сигнал из узла 77 представляет собой сигнал управления силовым приводом, используемый силовыми приводами или другими устройствами, представленными на чертеже прямоугольником 79, для регулирования воздушной скорости воздушного судна так, что ошибка инерциальной скорости сводится к минимуму.The inertial velocity error calculated at
Комбинация сигнала воздушной скорости и сигнала инерциальной скорости в качестве сигнала обратной связи скорости понижает амплитуду изменений, заданных системой 57, вызванных турбулентностью воздуха. Когда встречается порыв ветра, датчики 65, 69 определяют изменения скорости в противоположных направлениях. Пропорциональную ошибку скорости вычисляют с использованием этих двух сигналов, так что нежелательная мощность или резкий подъем тяги значительно меньше вследствие эффекта взаимной компенсации. Тем не менее, низкочастотную, или стационарную, ошибку инерциальной скорости, используемую для интегрального значения ошибки скорости, определяют только датчиком инерциальной скорости, так что на установившуюся скорость не влияет сигнал воздушной скорости.The combination of the airspeed signal and the inertial speed signal as the speed feedback signal reduces the amplitude of the changes defined by
Например, воздушное судно, использующее систему управления инерциальной скоростью, может встретить поток воздуха, который движется в противоположном направлении по отношению к направлению движения воздушного судна. Когда это происходит, датчик инерциальной скорости определит уменьшение инерциальной скорости вследствие увеличенного аэродинамического сопротивления. Система управления инерциальной скоростью выдает команду для поддержания постоянной инерциальной скорости, и система будет управлять устройствами на воздушном судне так, чтобы достигнуть и поддерживать первоначальную инерциальную скорость.For example, an aircraft using an inertial speed control system may encounter a stream of air that moves in the opposite direction with respect to the direction of movement of the aircraft. When this happens, the inertial speed sensor will detect a decrease in inertial speed due to increased aerodynamic drag. The inertial speed control system issues a command to maintain a constant inertial speed, and the system will control the devices on the aircraft so as to achieve and maintain the initial inertial speed.
Настоящее изобретение обеспечивает несколько преимуществ, среди которыхThe present invention provides several advantages, among which
1) понижение нежелательного продольного ускорения, вызванного автоматическими откликами на встречные порывы ветра и турбулентность воздуха;1) reduction of undesirable longitudinal acceleration caused by automatic responses to oncoming wind gusts and air turbulence;
2) понижение автоматических изменений мощности двигателя, вызванных откликом на турбулентность воздуха;2) a decrease in automatic changes in engine power caused by a response to air turbulence;
3) увеличение устойчивости системы управления полетом и, как следствие, снижение переходов за требуемое значение регулирования и недохода до него, вызванные турбулентностью и заданными изменениями;3) an increase in the stability of the flight control system and, as a consequence, a decrease in transitions beyond the required regulation value and non-profit to it, caused by turbulence and predetermined changes;
4) улучшение эффективности воздушного судна за счет понижения ускорений, вызванных турбулентностью воздуха.4) improving the efficiency of the aircraft by reducing the acceleration caused by air turbulence.
В то время как предложенное изобретение описано со ссылкой на иллюстративные варианты выполнения, это описание не предназначено для истолкования его в ограничивающем смысле. Различные модификации и комбинации иллюстративных вариантов выполнения, а также другие варианты выполнения изобретения будут очевидны специалистам в данной области техники при обращении к этому описанию.While the proposed invention is described with reference to illustrative embodiments, this description is not intended to be construed in a limiting sense. Various modifications and combinations of illustrative embodiments, as well as other embodiments of the invention, will be apparent to those skilled in the art when referring to this description.
Claims (16)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008113626/11A RU2380280C2 (en) | 2005-09-12 | 2005-09-12 | Automatic speed control system for aircraft |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008113626/11A RU2380280C2 (en) | 2005-09-12 | 2005-09-12 | Automatic speed control system for aircraft |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008113626A RU2008113626A (en) | 2009-10-20 |
RU2380280C2 true RU2380280C2 (en) | 2010-01-27 |
Family
ID=41262430
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008113626/11A RU2380280C2 (en) | 2005-09-12 | 2005-09-12 | Automatic speed control system for aircraft |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2380280C2 (en) |
-
2005
- 2005-09-12 RU RU2008113626/11A patent/RU2380280C2/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
АЛЕКСАНДРОВ А.Д. Системы цифрового управления самолетом. - М.: Машиностроение, 1983, с.94, рис.3.1. * |
КРИНЕЦКИЙ И.И. Основы авиационной автоматики. - М.: Машиностроение, 1969, с.101. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2008113626A (en) | 2009-10-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2587835C (en) | Automatic velocity control system for aircraft | |
US11181932B2 (en) | Combined pitch and forward thrust control for unmanned aircraft systems | |
US11119505B1 (en) | Wind finding and compensation for unmanned aircraft systems | |
US6885917B2 (en) | Enhanced flight control systems and methods for a jet powered tri-mode aircraft | |
US11208205B2 (en) | System and method for rotorcraft autorotation entry assist | |
US10647422B2 (en) | Pitch control system | |
EP3159767B1 (en) | Zoom climb prevention system for enhanced performance | |
JP4406662B2 (en) | Method and apparatus for minimizing noise generated by rotorcraft during takeoff and landing | |
CN108693886B (en) | Flight control system computer for rotorcraft and method of operating the same | |
US10351225B2 (en) | Position hold override control | |
RU2380280C2 (en) | Automatic speed control system for aircraft | |
US6290171B1 (en) | Device for controlling a helicopter hybrid countertorque system | |
US20200001979A1 (en) | Method and apparatus for proximity control between rotating and non-rotating aircraft components | |
JPH0733159B2 (en) | Fuel controller for rotorcraft | |
IL87382A (en) | Aircraft precision landing approach system | |
KR20080043885A (en) | Automatic velocity control system for aircraft | |
US11685515B2 (en) | Active horizontal stabilizer for high speed rotorcraft | |
MX2008003435A (en) | Automatic velocity control system for aircraft |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 3-2010 FOR TAG: (73) |