Условия и задачи автоматизации самолетовождения.

Условия автоматизации самолетовождения

Принципы решения задачи автоматизации самолетовождения. Воз­росшие скорости полетов ВС гражданской авиации и обилие навига­ционной информации привели к дефициту времени, которым распола­гает экипаж для оценки быстро меняющейся в полете аэронавигаци­онной обстановки, принятия решения и его выполнения. Дефицит вре­мени приводит к вынужденной поспешности решения ряда задач, свя­занных с пилотированием и навигацией. При этом возрастает вероят­ность промахов в работе с аппаратурой и ошибок в расчетах, цена ко­торых очень высока, так как оказывает влияние на безопасность поле­тов.

Кардинального решения этой проблемы можно достичь только за счет автоматизации процесса вождения ВС по заданному маршруту и совершенствования подготовки экипажа к полету. Все современные магистральные самолеты и часть вертолетов оборудованы автоматизи­рованными навигационными системами (АНС). Применение АНС в по­лете освобождает экипаж от выполнения рутинных операций, связанных с расчетами, графической работой на полетной карте и обслужива­нием датчиков навигационной информации. В связи с тем что АНС взяли на себя решение большинства частных навигационных задач в полете, объем и содержание работы экипажа при подготовке и выпол­нении полета на современном ВС существенно изменились.

Анализ процесса вождения ВС по маршруту показал, что необхо­димо и достаточно иметь на борту непрерывную информацию об укло­нениях ВС от заданной траектории полета и их производных. При этом число учитываемых производных зависит от совершенства навигационного оборудования.

Программирование заданного маршрута.

Центральная задача воз­душной навигации в полете — точное выдерживание ВС линии за­данного пути, поэтому в основе автоматизированного самолетовожде­ния лежит непрерывное соблюдение условия, при котором управляю­щие сигналы, вырабатываемые АНС на каждом участке маршрута, стремятся к нулю. Для обеспечения этого условия прост­ранственно-временная программа полета должна содержать данные, по которым можно зафиксировать линию заданного пути относительно мо­дели земной поверхности.

В зависимости от степени совершенства АНС применяются разные способы программирования ЛЗП. Наиболее совершенные АНС в ка­честве информационной системы координат используют геодезическую (географическую) систему. Для этого в запоминающее устройство АНС

вводятся широты и долготы всех ППМ и радиомаяков, если в полете предусмотрено их применение. Дальнейшее преобразование координат позволяет произвести расчет на сфере и получить S и начальный истинный путевой угол β_н каждого участка маршрута

)

Приняв для простоты треугольник равносторонними приравняв допустимую угловую погрешность равной 1/3 сферическо­го избытка, получим величину стороны треугольника а и радиуса вписанной окружности r:

,

где Δ' — Допустимая погрешность, выраженная в угловых минутах.

Приняв, например, допустимую погрешность, равную 0,5' (30') получим а = 1568 км и r= 452 км. Это значит, что в круге радиусом 450 км замена сферической поверхности плоскостью приведет к мак­симальной погрешности измерения углов до 0,5°. Если повысить тре­бования к точности и принять Δ = 10', т. е. на порядок выше точно­сти работы курсовых приборов, то сторона треугольника сократится до 904 км, а размер вписанной окружности до 261 км. Таким образом можно установить границы области применения прямоугольной систе­мы координат, используемой для целей навигации, например, в РСБН, АРП, районе аэродрома и т. д.

Задачи автоматизации самолетовождения, решаемые в АНС

Принцип автоматизации самолетовождения, реализуемый в груп­пе АНС-Д. Непрерывное получение позиционной информации в виде текущих координат МС от. внешних источников, например, радио- или спутниковых систем навигации позволяет осуществить автоматизиро­ванное вождение ВС по заданным маршрутам без привлечения допол­нительной информации. Для выработки управляющего сигнала производится преобразование географических координат МС, получен­ных от внешнего источника, в частноортодромические Z и S.

Другой дополнительной информации не требуется. Дальнейшее преобразование (диф­ференцирование) величины Z позволяет получить недостающие значе­ния производных по времени и , т. е. тот минимум навигационной информации, который необходим для реализации автоматизированного самолетовождения по заданному маршруту.

Автоматизированные навигационные системы ближней навигации, относящиеся к этому же типу АНС-Д, работают в диапазоне УКВ. По­этому дальность их действия невелика, что позволяет с некоторой до­лей приближения решать задачу преобразования координат на пло­скости. Системы ближней навигации, как правило, относятся к

угло­мерно-дальномерным РНС и обеспечивают непрерывное измерение на борту ВС азимута и наклонной дальности до ВС. В общем случае, ког­да точка расположения РМ не совпадает с ЛЗП и смещена относитель­но нее, преобразование полярных координат А и D ВС в прямоуголь­ные координаты Z и S производится по формулам:

; .

Из полученных соотношений видно, что для получения текущих зна­чений Z и S достаточно располагать полярными координатами ВС и параметрами, определяющими ЛЗП: азимутом и дальностью одной из точек, принадлежащей ЛЗП, например, начальной , или конеч­ной , . Вторые слагаемые могут заменяться Zpm, Spm.

В РСБН-2 отсутствует система дифференцирования, и производ­ные и не рассчитываются. Однако величина Z получается косвен­но. При выводе ВС на ЛЗП путем совмещения курсовой планки команд­ного прибора КППМ с кружочком на стрелке курса учитывается ско­рость сближения.

Принцип автоматизации самолетовождения, реализованный в АНС-И. Группа АНС-И обеспечивает выработку управляющего сиг­нала на основании учета элементов движения ВС. Форма и харак­тер фактической траектории движения ВС определяются средствами,используемыми для выдерживания направления полета и средой, в ко­торой движется ВС. Это движение можно рассматривать относительно инерциальной системы координат, оси которой не вращаются в звездном пространстве, и относительно поверхности Земли, считая ее неподвижной.

В первом случае при анализе движения относительно прямоуголь­ной инерциальной системы координат Х₀, Y₀, Z₀, начало которой сов­мещено с центром Земли, а оси направлены, например, в точку весен­него равноденствия и вдоль оси вращения Земли, решается инерциально-навигационный треугольник скоростей. Он строится в горизон­тальной плоскости, для точки М и складыва­ется из горизонтальных составляющих векторов

где — измеряемое ИНС значение абсолютной скорости движения ВС; W — относительная скорость — путевая скорость ВС.

Переносная — линейная (окружная) скорость вращения Земли на­правлена всегда на восток и равна на уровне Земли и широте

.

Необходимый для вождения ВС вектор путевой скорости получают из векторной разности . Из этого соотношения видно, для получения путевой скорости нет необходимости в измерении векто­ра скорости ветра. Реализация данного способа возможна только при использовании инерциальных навигационных систем.

При рассмотрении же движения ВС относительно поверхности «не­подвижной» Земли решается навигационный треугольник скоростей, расположенный также горизонтально, в точке N, однако состоящий из горизонтальных составляющих векто­ров:

где W — путевая скорость движения ВС (абсолютная); V - истинная воз­душная скорость ВС (относительная); U — скорость ветра (переносная).

На основании решения навигационного треугольника скоростей ведется счисление пути и вырабатываются управляющие сигналы для автоматизации процесса самолетовождения.

Если воздушная масса, в которой перемещается ВС, может быть принята неподвижной относительно земной поверхности, то в зависимости от того, какой курсовой прибор используется для выдерживания направления полета, линией пути будет ортодромия, локсодромия, радиодромия или астрономическая локсодромия. При перемещении же самой воздушной массы движение ВС относительно зем­ной поверхности будет тем ближе к заданной траектории, чем более точно будет учтен вектор фактического ветра на высоте полета.

Характер выработки управляющего сигнала в результате счис­ления пути ВС зависит от состава исходных данных. В соответствии с этим в навигации находят применение курсодоплеровские, курсовоздушное и инерциальное счисление пути. Все они отличаются алгорит­мами, объединяющими исходные и измеренные данные, необходимые для расчета составляющих скорости движения ВС вдоль продольной Ws и боковой Wz осей координат, связанных с моделью земной по­верхности в АНС.