система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги
Классы МПК: | B64C15/02 создаваемой реактивными двигателями |
Автор(ы): | Симонов М.П. |
Патентообладатель(и): | Акционерное общество открытого типа "ОКБ Сухого" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1998-03-20 публикация патента:
10.12.1998 |
Изобретение относится к системам управления самолетов. Система содержит поворотные сопла двигателей, с которыми соединены функциональные блоки, связанные последовательно между собой. Имеются вычислители продольного и путевого управления, датчики углов атаки, скоростного напора и высоты, корректор усиления по углу атаки, усилители продольного и путевого каналов и др. В систему введены корректоры по скоростному напору и высоте, а также устройства выбора минимального сигнала, что повышает ее надежность. Отклонение сопел происходит в ограниченном диапазоне скоростных напоров и высот, что повышает ресурс сопел. 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
Система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги двигателей, содержащая вычислители продольного и путевого управления аэродинамическими поверхностями, электрогидравлические приводы правого и левого сопла, датчики углов атаки, скоростного напора и высоты, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены поворотные сопла, оси вращения которых расположены под углом к горизонтальной плоскости самолета, корректор усиления по углу атаки, первый вход которого соединен с выходом вычислителя продольного управления аэродинамическими поверхностями, а второй вход с выходом датчика угла атаки, электронный усилитель, прямой вход которого соединен с выходом вычислителя продольного управления аэродинамическими поверхностями, а инвертирующий вход с выходом корректора усиления по углу атаки, нелинейный усилитель продольного канала управления, вход которого соединен с выходом электронного усилителя, суммирующий усилитель, первый вход которого соединен с выходом корректора по углу атаки, а второй вход с выходом нелинейного усилителя продольного канала управления, а выход с прямыми входами электрических сумматоров правого и левого сопла, нелинейный усилитель путевого канала, вход которого соединен с выходом вычислителя путевого управления аэродинамическими поверхностями, а выход со вторым прямым входом электрического сумматора правого сопла и инвертирующим входом электрического сумматора левого сопла, корректор по скоростному напору и корректор по высоте правого сопла, корректор по скоростному напору и корректор по высоте левого сопла, первые входы которых соединены соответственно с выходами электрических сумматоров правого и левого сопла, а вторые входы с датчиками скоростного напора и высоты, устройства выбора минимального сигнала правого и левого сопла, первые входы которых соединены с выходами корректоров скоростного напора правого и левого сопел, вторые входы с выходами корректоров по высоте, а выходы со входами правого и левого электрогидравлических приводов, выходы которых соединены с поворотными соплами правого и левого двигателей.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к системам управления самолетов посредством изменения вектора тяги. Из патентной литературы известны устройства для управления летательным аппаратом (см. например, заявки ФРГ N 3222674, кл. В 64 С 15/02, 22.12.83, N 3609457, кл. В 64 С 15/02, 25.09.86, N 3909347/А1, кл. В 64 С 15/02, 27.09.90). Также известна система управления самолетов, применяемая на демонстрационном самолете F-15 S МТД (см. Техническая информация ЦАГИ, N 8, 1987, с. 11-13). В этой системе продольный момент для управления самолета создается отклонением вектора тяги обоих двигателей вверх или вниз при помощи поворота створок в расширяющейся части сопла, поперечный - отклонением вектора тяги одного двигателя вверх, а другого вниз, путевой - уменьшением осевого составляющей одного двигателя и увеличением другого при помощи створок в сужающейся части сопла и поворотом створок решетки, расположенной там же. Наиболее близким аналогом, рассматриваемым в качестве прототипа, является система управления двухдвигательного самолета, описанная в патенте РФ N 2084375, кл. В 64 С 15/02, опубл. 20.07.97. В этой системе сигналы датчиков органов управления и угловых скоростей поступают в вычислительные устройства, формирующие требуемые отклонения вектора тяги обоих двигателей вокруг горизонтальной оси, что обеспечивает создание управляющих моментов по крену и тангажу. Момент рысканья создается за счет изменения подачи топлива в каждый двигатель. Указанная система имеет ряд недостатков. Из-за того, что сигналы датчиков перемещений ручки и датчиков угловых скоростей поступают непосредственно на приводы поворотных сопел, сопла непрерывно перемещаются, в результате чего быстро вырабатывается ресурс сопла, что приводит к необходимости ремонта или замены створок сопла в процессе эксплуатации. Отсутствие ограничений работы сопла по скоростному напору приводит к тому, что сопло перемещается при полетах на тех скоростных напорах, где эффективность аэродинамических поверхностей достаточна и управление при помощи вектора тяги не требуется. Это также приводит к преждевременной выработке ресурса и снижению надежности работы системы. Сопло отклоняется на больших высотах, где из-за пониженной теплоотдачи происходит перегрев и разрушение створок. Создание момента рысканья путем изменения подачи топлива в тех случаях, когда маневр выполняется при максимальной тяге обоих двигателей, приводит к уменьшению величины полной тяги, что снижает эффективность маневра. Задачей изобретения является создание системы управления самолетом с помощью вектора тяги, которая не имеет перечисленных выше недостатков. Технический результат достигается тем, что в систему управления двухдвигательного самолета, содержащую вычислители продольного и путевого управления аэродинамическими поверхностями, электрогидравлические приводы правого и левого сопла, электрические сумматоры правого и левого сопла, датчики углов атаки, скоростного напора и высоты, дополнительно введены поворотные сопла, оси вращения которых расположены под углом к горизонтальной плоскости самолета, корректор усиления по углу атаки, первый вход которого соединен с выходом вычислителя продольной системы управления аэродинамическими поверхностями, а второй вход с выходом датчика угла атаки, электронный усилитель, прямой вход которого соединен с выходом вычислителя продольного управления, а инвертирующий вход с выходом корректора усиления по углу атаки, нелинейный усилитель продольного канала, вход которого соединен с выходом электронного усилителя, суммирующий усилитель, первый вход которого соединен с выходом корректора усиления по углу атаки, второй вход с выходом нелинейного усилителя продольного канала, а выход с прямыми входами электрических сумматоров правого и левого сопла, нелинейный усилитель путевого канала, вход которого соединен с выходом вычислителя путевого канала, а выход с вторым прямым входом электрического сумматора правого сопла и инвертирующим входом электрического сумматора левого сопла, корректор по скоростному напору и корректор по высоте правого сопла, корректор по скоростному напору и корректор по высоте левого сопла, первые входы которых соединены соответственно с выходами электрических сумматоров правого и левого сопла, а вторые входы с датчиками скоростного напора и высоты, устройства выбора минимального сигнала правого и левого сопла, первые входы которых соединены с выходами корректоров скоростного напора правого и левого сопел, вторые входы с выходами корректоров по высоте, а выходы со входами правого и левого электрогидравлических приводов, выходы которых соединены с поворотными соплами правого и левого двигателей. На фиг. 1 - представлена блок-схема предлагаемой системы; на фиг. 2 - изображена структурная схема системы; на фиг. 3 - изображена схема расположения сопел. Система содержит поворотные сопла правого и левого двигателей, оси вращения которых установлены под углом горизонтальной плоскости самолета 21, 22, вычислитель 1 продольного управления, вычислитель 2 путевого управления, электрогидравлические приводы 17 и 18 правого и левого сопла, электрические сумматоры 9 и 10 правого и левого сопла, датчики 3, углов атаки, датчики 19 и 20 скоростного напора и высоты, корректор 5 усиления по углу атаки, нелинейный усилитель 4 путевого канала, электронный усилитель 6, нелинейный усилитель 7 продольного канала, суммирующий усилитель 8, корректоры 13, 14 по высоте, корректоры 11, 12 по скоростному напору, устройство 15, 16 выбора минимального сигнала, электрогидравлические приводы 17, 18 правого и левого сопла. При этом выход вычислителя продольного управления 1 соединен с прямым входом электронного усилителя 6 и с первым входом корректора 5 усиления по углу атаки, вход которого соединен с выходом датчика 3 угла атаки, а выход с инвертирующим входом электронного усилителя 6 и с первым входом суммирующего усилителя 8. Выход электронного усилителя 6 соединен с входом нелинейного усилителя 7 продольного канала, выход которого соединен со вторым входом суммирующего усилителя 8. Выход вычислителя 2 путевого управления соединен с входом нелинейного усилителя 4 путевого канала, выход которого соединен со вторым прямым входом электрического сумматора 9 правого сопла и инвертирующим входом электрического сумматора 10 левого сопла, прямой вход которого соединен с выходом суммирующего усилителя 8. С этим же выходом соединен первый прямой вход электрического сумматора 9 правого сопла. Выходы электрических сумматоров 9 и 10 правого и левого сопел соединены с первыми входами корректоров 11 и 12 по скоростному напору правого и левого сопел и с первыми входами корректоров 13, 14 по высоте, вторые входы которых соответственно соединены с датчиками 19 и 20 скоростного напора и высоты. Выходы корректоров 13, 14 по скоростному напору и корректор по высоте соединен с входами устройств 15, 16 выбора минимального сигнала, выходы которых соединены с входами электрогидравлических приводов 17, 18 правого и левого сопла. Выходы электрогидравлических приводов соединены соответственно с правым и левым поворотным соплом, оси вращения которого установлены под углом к горизонтальной плоскости самолета. Рассмотрим структурную схему системы, представленной на фиг. 2. Заданные значения положения сопел![система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги, патент № 2122963](/images/patents/349/2122005/948.gif)
![система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги, патент № 2122963](/images/patents/349/2122005/948.gif)
![система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги, патент № 2122963](/images/patents/349/2122005/948.gif)
![система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги, патент № 2122963](/images/patents/349/2122005/948.gif)
Mz = 2Psin
![система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги, патент № 2122963](/images/patents/349/2122005/948.gif)
![система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги, патент № 2122963](/images/patents/349/2122039/981.gif)
![система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги, патент № 2122963](/images/patents/349/2122008/183.gif)
где Р - сила тяги каждого двигателя;
![система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги, патент № 2122963](/images/patents/349/2122005/948.gif)
![система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги, патент № 2122963](/images/patents/349/2122039/981.gif)
Х - расстояние между соплом и центром тяжести самолета. Проекция сил на ось Z от обоих двигателей направлены в разные стороны и не создают момента вращающего самолет вокруг оси У. В случае если
![система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги, патент № 2122963](/images/patents/349/2122005/948.gif)
![система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги, патент № 2122963](/images/patents/349/2122005/948.gif)
My = 2Psin
![система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги, патент № 2122963](/images/patents/349/2122005/948.gif)
![система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги, патент № 2122963](/images/patents/349/2122039/981.gif)
В общем случае при отклонении правого сопла на угол
![система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги, патент № 2122963](/images/patents/349/2122005/948.gif)
![система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги, патент № 2122963](/images/patents/349/2122005/948.gif)
M = Psin(
![система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги, патент № 2122963](/images/patents/349/2122005/948.gif)
![система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги, патент № 2122963](/images/patents/349/2122005/948.gif)
![система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги, патент № 2122963](/images/patents/349/2122039/981.gif)
![система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги, патент № 2122963](/images/patents/349/2122008/183.gif)
M = Psin(
![система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги, патент № 2122963](/images/patents/349/2122005/948.gif)
![система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги, патент № 2122963](/images/patents/349/2122005/948.gif)
![система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги, патент № 2122963](/images/patents/349/2122039/981.gif)
![система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги, патент № 2122963](/images/patents/349/2122008/183.gif)
что обеспечивает одновременное управление самолетом, при помощи вектора тяги вокруг осей Z и У. Креновой момент, возникающий при управлении относительно оси У
Mx = Psin(
![система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги, патент № 2122963](/images/patents/349/2122005/948.gif)
![система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги, патент № 2122963](/images/patents/349/2122005/948.gif)
![система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги, патент № 2122963](/images/patents/349/2122039/981.gif)
![система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги, патент № 2122963](/images/patents/349/2122008/183.gif)
где L расстояние между двигателями, невелик из-за сравнительно малой величины L и парируется при необходимости моментов от отключения аэродинамических органов. При создании момента рысканья максимальное уменьшение вектора тяги двигателей составляет
P = P(1-cos
![система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги, патент № 2122963](/images/patents/349/2122039/981.gif)
учитывая, что угол поворота оси сопел
![система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги, патент № 2122963](/images/patents/349/2122039/981.gif)
![система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги, патент № 2122963](/images/patents/349/2122005/8776.gif)
![система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги, патент № 2122963](/images/patents/349/2122005/948.gif)
![система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги, патент № 2122963](/images/patents/349/2122005/948.gif)
![система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги, патент № 2122963](/images/patents/349/2122039/981.gif)
![система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги, патент № 2122963](/images/patents/349/2122005/945.gif)
![система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги, патент № 2122963](/images/patents/349/2122039/981.gif)
![система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги, патент № 2122963](/images/patents/349/2122039/981.gif)
![система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги, патент № 2122963](/images/patents/349/2122039/981.gif)
![система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги, патент № 2122963](/images/patents/349/2122039/981.gif)
![система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги, патент № 2122963](/images/patents/349/2122005/948.gif)
![система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги, патент № 2122963](/images/patents/349/2122039/981.gif)
![система управления двухдвигательного самолета посредством управления вектором тяги, патент № 2122963](/images/patents/349/2122009/177.gif)
Класс B64C15/02 создаваемой реактивными двигателями