блок контроля двух курсовертикалей

Формула изобретения

1. Блок контроля двух курсовертикалей, содержащий выходные датчики сигналов типа СКВТ, фазочувствительные детекторы (ФЧД) и устройство сравнения, отличающийся тем, что блок контроля имеет три подканала контроля по крену, тангажу и курсу, причем в каждый подканал обработки сигналов отдельного СКВТ введены нуль-орган, два УВХ, информационные шины, шина запись/считывание и шина опорного напряжения, а также в каждый подканал обработки сигналов введен микроконтроллер, при этом выходы синусной и косинусной обмоток первого СКВТ через первый и второй ФЧД соответственно соединены с первым и вторым информационными входами микроконтроллера, также выходы этих обмоток через первый и второй УВХ соответственно соединены с четвертым и пятым информационными входами микроконтроллера, шина опорного напряжения (лев. борт) соединена с опорными входами первого и второго ФЧД и входом нуль-органа, выход которого соединен с третьим информационным входом микроконтроллера, который первой шиной запись/считывание соединен с управляющими входами обоих УВХ, выходы синусной и косинусной обмоток второго СКВТ соединены с этим же микроконтроллером соответствующими связями идентично первому СКВТ, один выход микроконтроллера соединен с табло аварийно-предупредительной сигнализации сигналами “расхождение”, а другие выходы микроконтроллера для каналов крена и тангажа соединены сигналами “велик предельный крен левый” и “тангаж пикирование”, “велик предельный крен правый” и “тангаж кабрирование” соответственно.

2. Блок контроля двух курсовертикалей по п.1, отличающийся тем, что все подканалы соединены с пилотажно-информационным комплексом “интеллектуальный борт” шиной последовательного интерфейса, а подканалы крена и тангажа соединены с ним также входом разовой команды “взлет/посадка-маршрут”.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к авиационной электронике, и может быть использовано для непрерывного контроля выходных сигналов двух курсовертикалей по углам курса, крена и тангажа, также может быть использовано, например, для контроля синхронно вращающихся валов, дистанционных передач и т.д.

В настоящее время абсолютное большинство самолетов малой и средней дальности оборудованы двумя курсовертикалями (KB) или гировертикалями (ГВ), далее по тексту только ГВ, т.к. в любой курсовертикали в основе лежат гировертикали (2 шт. - одна для углов крена и тангажа, другая для курса), причем одна выдает сигналы на авиагоризонт (АГ), автопилот (АП) и на другие потребители левому летчику, а другая - правому. В процессе полета в условиях резкого изменения температур (ГВ находятся обычно в негерметизированном отсеке), вибрации и прочих возмущающих воздействий гировертикали (обе или одна) могут выдавать сигналы курса, крена и тангажа, отличные от истинных, т.е. расходятся между собой. Также могут быть обрывы питающих проводов ГВ и проводов, идущих от ГВ на АГ и другие потребители, также могут быть большие послевиражные погрешности. Т.к. АГ является основным пилотажным прибором при ручном (штурвальном) управлении, а АП в автоматическом режиме пилотирования, то расхождение сигналов ГВ может привести (и приводит как показывает практика) к предпосылке летного происшествия.

Известен применяемый на самолетах Ан-24, Ан-12, вертолетах Ми-8, МИ-17 и др. блок контроля двух ГВ по крену и тангажу, основанный на электромеханическом принципе. В этом блоке (по каналу крена, канал тангажа идентичен) первый дополнительный синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ-приемник) “отработки” отрабатывается следящей системой, на валу редуктора которой находится ротор СКВТ-приемника “сравнения”. При рассогласовании этих ГВ на роторной обмотке будет наводиться напряжение прямо пропорциональное углу рассогласования. Это напряжение используется в качестве сигнального на схеме сравнения, а в качестве опорного задается напряжение установки допустимого угла рассогласования, обычно это 4-5, см. “Блок сравнения и предельного крена БСПК”, М, “Машиностроения”, 1976, стр. 6-10.

Недостатками данного блока являются: невысокая надежность вследствие применения электромеханики, большие габаритно-массовые характеристики (ГМХ), недостаточная точность, особенно это критично в курсовом канале.

Известен блок контроля крена БКК-18, применяемый, например, на самолетах Ту-154, Ил-86 и др., основанный на сравнении электрических сигналов каждой обмотки СКВТ (по крену и тангажу) первой и второй ГВ между собой, т.е. синусная обмотка первой ГВ сравнивается с синусной обмоткой второй ГВ, косинусная обмотка первой ГВ сравнивается и т.д., см. “Техническое описание АБСУ-154”, М, “Машиностроение”, 1978.

Недостатками данного блока являются: большое количество регулировок при установке блока на борт и при его замене, порядка двенадцати, т.к. крутизны сигналов ГВ отличаются друг от друга; невысокая точность, т.к. в процессе полета крутизны датчиков меняются при переключении потребителей ГВ, а также при изменении напряжений питания: каждая ГВ запитывается от своего борта. В курсовом канале блок вообще не может быть применен из-за низкой точности.

Известно устройство для контроля датчиков углового положения, см. А.С. СССР №481060, содержащее амплитудные детекторы, соединенные с синусными и косинусными обмотками датчиков углового положения, выполненных в виде синусно-косинусных вращающихся трансформаторов, аналого-цифровые преобразователи, и сумматор, выход которого подключен к пороговому элементу, в него введены функциональные делители, блоки управления, блоки выделения косинусного и синусного напряжений и блок логических элементов, причем выходы амплитудных детекторов, подключенных к косинусным обмоткам датчиков углового положения, соединены с опорными входами блоков управления и с аналого-цифровыми преобразователями через функциональные делители и блоки выделения косинусных напряжений, выходы амплитудных детекторов синусных обмоток соединены с сигнальными входами блоков управления и через блоки выделения синусных напряжений подключены к аналого-цифровым преобразователям, выходы блоков управления и выходы аналого-цифровых преобразователей подключены к входам блока логических элементов, выходы которого подключены к сумматору - прототип

Недостатками прототипа являются следующие: работа устройства производится по огибающим синусного и косинусного напряжений с последующей оцифровкой и обратным преобразованием в аналог, что ведет к избыточной схемной сложности, к недостаточной точности и высоким габаритно-массовым характеристикам (ГМХ).

Технической задачей изобретения является повышение эксплуатационной эффективности за счет резкого снижения ГМХ и потребляемой мощности; повышения надежности; повышения точности определения расхождения при всех дестабилизирующих факторах.

Для решения поставленной задачи предлагается блок контроля двух курсовертикалей, содержащий выходные датчики сигналов типа СКВТ, фазочувствительные детекторы (ФЧД) и устройство сравнения, блок контроля имеет три подканала контроля по крену, тангажу и курсу, причем в каждый подканал обработки сигналов отдельного СКВТ введены нуль-орган, два УВХ, информационные шины, шина запись/считывание и шина опорного напряжения, а также в каждый подканал обработки сигналов введен микроконтроллер, при этом выходы синусной и косинусной обмоток первого СКВТ через первый и второй ФЧД соответственно соединены с первым и вторым информационными входами микроконтроллера, также выходы этих обмоток через первый и второй УВХ соответственно соединены с четвертым и пятым информационными входами микроконтроллера, шина опорного напряжения (лев. борт) соединена с опорными входами первого и второго ФЧД и с входом нуль-органа, выход которого соединен с третьим информационным входом микроконтроллера, который первой шиной запись/считывание соединен с управляющими входами обоих УВХ, выходы синусной и косинусной обмоток второго СКВТ, один выход микроконтроллера соединен с табло аварийно-предупредительной сигнализации сигналами “расхождение”, а другие выходы микроконтроллера для каналов крена и тангажа соединены сигналами “велик предельный крен левый” и “тангаж пикирование”, “велик предельный крен правый” и “тангаж кабрирование” соответственно; все подканалы соединены с пилотажно-информационным комплексом “интеллектуальный борт” шиной последовательного интерфейса, а подканалы крена и тангажа соединены с ним также входом разовой команды “взлет/посадка-маршрут”.

На фиг.1 изображена структурная схема блока контроля курсовертикалей, на фиг.2 - диаграмма преобразования входных сигналов до микроконтроллера, на фиг.3 - диаграмма изменения огибающих выходных напряжений СКВТ по углу поворота при дестабилизирующих факторах (изменение напряжения питания и/или включения/выключения ряда потребителей сигналов СКВТ).

На фиг.1 изображено, I, II и III - подканалы крена, тангажа и курса соответственно, 1 и 2 - датчики углового положения типа СКВТ, 3, 4, 5 и 6 - фазочувствительные детекторы, 7, 8 - нуль-органы (детекторы перехода напряжения частоты заполнения через 0 В), 9, 10, 11 и 12 - УВХ (устройства выборки и хранения), 13 - микроконтроллер (МК); RS232C - шина последовательного интерфейса; на фиг.2 изображено: Uоп - напряжение обмотки возбуждения СКВТ, приведенное к 5В, U cos t и U sin t - напряжения, снимаемые с косинусной и синусной обмоток СКВТ.

Синусная обмотка СКВТ 1 через ФЧД 3 соединена с первым информационным входом МК 13, а через УВХ 10 - с пятым входом, косинусная обмотка СКВТ 1 через ФЧД 4 соединена с вторым информационным входом МК 13, а через УВХ 9 - с четвертым входом, шина Uoп (лев. борт) соединена с опорными входами ФЧД 3 и ФЧД 4, а также с сигнальным входом нуль-органа 7, выход которого соединен с третьим информационным входом МК 13, с одиннадцатым информационным входом которого соединена разовая команда РК “Взлет/посадка-маршрут”, соединенная с информационно пилотажного комплекса “интеллектуальный борт”, выходами МК 13 являются: первый информационный выход “расхождение”, второй - “велик крен левый”, третий - “велик крен правый”, идущие на табло аварийно-предупредительной сигнализации в кабине экипажа, и шина последовательного интерфейса по стандарту RS 232 C, соединенная с информационно пилотажным комплексом “интеллектуальный борт”; выходные обмотки СКВТ 2 полностью идентично соединены через соответствующие блоки с информационными входами 6-10 МК 13; подканал тангажа II и подканал курса III полностью идентичны подканалу крена I, за исключением того, что в подканале курса III отсутствуют выходные информационные сигналы предельных углов.

Указанные узлы блока контроля могут быть выполнены на следующих ЭРЭ и ИМС. СКВТ 1 и 2 на широко известных и серийно применяемых СКВТ-265 Д8, см. “Синус-косинусные вращающиеся трансформаторы”, Технические условия, 6С3.019.004 ТУ, М, 1989. ЦБПИМС, ФЧД 3-6 по общеизвестной схеме, см. “Радиоприемные устройства” под ред. Фомина Н.Н., М, Р и С, 1996, стр. 326-328, нуль-органы 7 и 8 на общеизвестных триггерах Шмитта на ИМС серии 133, УВХ 9-12 на ИМС 1100, см. Справочник “Микросхемы интегральные полупроводниковые аналоговые, т.II”, М, ВНИИ, 1976, микроконтроллер МК 13, например, всемирно-известной фирмы Моtorola типа МС68332, имеющий встроенные: АЛУ, таймерные каналы, прерывание, АЦП, RS232C и пр., или на PIC16C74 фирмы Microchip.

Блок контроля работает следующим образом. Рассмотрим вначале на примере обработки сигналов СКВТ 1. Выходные напряжения синусной обмотки Sin и косинусной Cos поступают на ФЧД 3 и ФЧД 4 соответственно, которые используются только для определения знака отклонения, см. фиг.2, где приведен пример для левого крена 20. Выходные напряжения ФЧД 3 и ФЧД 4 в виде логических уравней поступают на первый и второй информационные входы МК 13 соответственно, который по известному алгоритму определяет в каком квадранте находятся выходные сигналы СКВТ. Так: если Sin и Cos имеют оба знак “+” (лог.1), то первый квадрант, если Sin имеет знак минус, a Cos “+”, то четвертый квадрант, и т.д. Нуль-орган 7 преобразует частоту опорного напряжения U оп (лев. борт) в логические уровни, см. также фиг.2, которые поступают на третий информационный вход МК 13. По заднему фронту каждого импульса нуль-органа 7 таймер МК13 начинает отсчет времени следующим образом. Т.к. частота Uоп равна 400 Гц и следовательно период составляет 2,5 мс, то таймер запрограммирован на время 0,625 мс, т.е. до средины отрицательного (лог.0) полупериода Uвых нуль-органа, по истечении этого времени, когда по амплитуде частоты заполнения синусное и косинусное напряжение максимальны, выдается МК 13 команда “запись” в виде лог.1, по первой шине запись/считывание, по которой и записываются эти напряжения в УВХ 9 и 10 соответственно. После окончания команды “запись”, сразу же по лог.0 нуль-органа информация с УВХ 9 и 10 считывается, т.е. поступает на четвертый и пятый информационные входы МК 13, где на встроенных в него АЦП оцифровывается, т.е. преобразуется в код синуса и код косинуса, после чего АЛУ МК 13 берет их отношение, т.е. получает tg угла, а затем и arctg, т.е. код угла в чистом виде. Эту операцию можно проводить проще, т.е. записать коды углов в табличной форме в ПЗУ, а “склейку” кодов синуса и косинуса использовать как адресные или как код tg, тогда на шине данных ПЗУ будет информация, соответствующая истинному коду угла. Точно также происходит обработка выходных сигналов СКВТ 2, за исключением того, что используется Uоп (прав. борт), т.к. обычно курсовертикали записываются от разных источников переменного напряжения. Следует заметить, что код угла каждого СКВТ разворачивается линейно от 0 до 360 (с учетом определения квадрантов), хотя можно работать по углам от 0 до 45 и снова до 90, по линейно нарастающему (0-45) и линейно падающему (45-90) напряжением, но это зависит от вкуса программиста МК. По получении кода СКВТ 1 и СКВТ 2 МК 13 сравнивает их между собой (вычитает) с учетом знака и в случае, если получается разность больше уставки, обычно 2-4, выдается сигнал “расхождение” на табло аварийно-предупредительной сигнализации. Одновременно МК 13 выдает сигналы превышения предельных углов. Так, например, при взлете и посадке нельзя превышать углы крена и тангажа порядка 12-13 (это для тяжелых машин) и 30-35 на маршруте. При превышении этих углов также выдается сигнал на табло аварийно-предупредительной сигнализации. Предельные углы выдаются по ИЛИ, т.е. какой СКВТ первым достиг этого угла, по нему и выдается. При наличии же сигнала “Расхождение” выдача предельных углов блокируется. Каждый подканал выдает по шине RS232C информацию о текущем угле по каждой координате в пилотажно-информационный комплекс “интеллектуальный борт”, где она обрабатывается и рассылается потребителям. Информация о текущем угле по каждой координате при отсутствии сигнала “расхождение” берется средняя по двум датчикам СКВТ. При наличии сигнала “расхождение” экипаж по показаниям других приборов определяет, какая именно курсовертикаль “врет” (вышла из строя, большие угловые погрешности, обрыв фазы и т.д.) и отключает ее. Как показывает практика, опытный экипаж (летчик) затрачивает на это не более 10 с.

Легко видно, что данная схема может быть трансформирована для сравнения 3-х или 4-х курсовертикалей методом сравнения каждая с каждой путем соответствующего перепрограммирования микроконтроллера.

По последовательному каналу с пилотажно-навигационного комплекса “информационный борт” может задаваться уставка по “расхождению” и “предельным углам”, которая может изменяться не только по разовой команде, но и линейно, в зависимости от высоты полета по сигналу, например, с радиовысотомера.