Система керування польотом

Система керування польотом (англ. Aircraft flight control system, FCS) звичайних літаків складається з керуючих поверхонь, відповідних органів керування в кабіні, зв'язків (тяги) та необхідних механізмів для керування напрямком польоту літака. Керування авіаційними двигунами для зміни швидкості також розглядаються як елемент керування польотом.

Пряме керування літаком

Основи керування літаком пояснюються на малюнку, де механізми керування показані в динаміці. Основна система, що використовується на літаку, вперше з'явилася в легко пізнаваному вигляді вже у квітні 1908, на моноплані епохи початку літакобудування Блеріо VIII^[en] конструкції Луї Блеріо.

Будова системи

Система керування польотом складається з основної та вторинної систем.^[1]

• Елерони, руль висоти і кермо напрямку становлять основну, необхідну для безпечного керування літаком систему.^[2]
• Закрилки, передкрилки, інтерцептори та керований стабілізатор становлять вторинну систему керування та покращують льотного-технічні характеристики літака або звільняють пілота від надмірного навантаження.

Під час польоту літак рухається навколо трьох осей:^[3]

• повздовжньої (довга вісь від носа до хвоста, навколо якої елерони обертають літак);
• бічної (вісь, що проходить від кінця до кінця, літак нахиляється навколо цієї осі, керований рулем висоти);
• вертикальної (вертикальна лінія знизу вгору, навколо якої обертається літак, керований кермом напряму);

Електродистанційна система керування

Докладніше: Електродистанційна система управління польотом

Електродистанційна система керування (ЕДСК, англ. Fly-by-Wire) — система керування, що забезпечує передачу керуючих сигналів від льотчика до виконавчих механізмів у вигляді електричних сигналів.

Історично поява ЕДСК пов'язана з ненадійністю роботи тяг на деяких літаках (у СРСР ЕДСК з'явилася вже на АНТ-20), або зважаючи на складність виведення з гермокабіни рухливих тяг на висотних винищувачах (Пе-2). Однак життєва необхідність в ЕДСК виникла через перехід до статично нестійкого компонування винищувачів, які дозволяли отримати ряд переваг порівняно зі звичайними (зниження балансувального опору і маси фюзеляжу, і як наслідок, збільшення економічності; поліпшення маневреності). З ряду причин (люфт у механічній проводці та ін.) на таких літаках неможливо було застосувати традиційну бустерну необоротну систему керування.

Першим літаком з аналоговою ЕДСК став американський A-5 ««Віджілент»(інші мови)». Перші серійні винищувачі з ЕДСК — F-16, Су-27.

Дещо пізніше ЕДСК з'явилися і на пасажирських літаках (вперше — на Airbus A310 і Airbus A320).^[4] Більшість більш сучасних пасажирських і військових літаків також оснащені такою системою керування.^[5]

Комп'ютер системи керування (FCC)

Включення комп'ютера до системи керування дало кілька переваг:

- швидкість реакції комп'ютера набагато більша за швидкість реакції пілота;

- комп'ютер не схильний до розсіювання уваги та втоми;

- також комп'ютер більш точно знає поточні параметри руху літака (йому не потрібно зчитувати показання приладів, він має пряму інформацію з датчиків).

Але він може керувати літаком лише в основній експлуатаційній області. Як тільки параметри літака виходять за обмеження (наприклад, перевищення кута атаки) - комп'ютер не може нормально управляти. Тут потрібний пілот.

Комп'ютеризована система управління складається з трьох основних частин:

- Cистема покращення стійкості літака. Наприклад, демпфер рискання (yaw damper) та система покращення стійкості за швидкістю (speed trim system^[6]) на Boeing 737. Ця частина системи працює весь політ і в разі її відмови літак стає менш стійким і його пілотування вимагатиме більшої уваги.

- Система покращення управління літаком. Наприклад, до цього можна віднести систему директорських планок (Flight Director^[en]), коли комп'ютер розраховує заданий крен і тангаж і видає цю інформацію на пілотажний прилад, а пілоту потрібно лише заганяти ці планки в центр. Ще один приклад, це система Control Wheel Steering^[en] (CWS) на Boeing 737. При включенні цієї системи автопілот не втручається в керування літаком, поки пілот керує літаком. Як тільки він відпускає штурвал, автопілот вмикається та витримує поточні кути крену та тангажу.

- Система автоматичного управління. Коли комп'ютер самостійно розраховує задані параметри польоту і дає команди виконавчі механізми системи управління їхнього витримування. При автоматичному керуванні літаком команди управління передаються також і на органи управління в кабіни (штурвал, важелі керування двигунами) так, що пілоти відчувають, як керується літак і можуть втрутитися будь-якої миті. Робота систем покращення стійкості на органи управління в кабіні не передається.^[7]

Автоматизація управління літаком - переваги та недоліки.

- Покращує комфорт пасажирів.

- Підвищує точність навігації та дозволяє виконувати польоти при меншій видимості та нижньому краї хмарності.

- Звільняє пілотів від монотонної та стомливий роботи з витримування заданих параметрів польоту. Проте це змінює основну функцію пілота з активною на стежку, що може призвести до втрати навичок. Так, наприклад, пілоти, які виконують польоти з постійно включеним автоматом тяги, втрачають навичку постійного контролю за швидкістю польоту. (Катастрофа Boeing 737-800 в Амстердамі у 2009 році).

- Автоматизація зменшує робоче навантаження на екіпаж та звільняє увагу на виконання інших завдань. Але робота з пультами управління та програмування плану польоту може відвертати пілотів від основної функції – управління літаком.

- Основні механічні та когнітивні льотні навички можуть деградувати через відсутність постійної практики та "почуття літака". Цей процес може посилюватися, якщо керівництво авіакомпанії не дозволяє пілотам відключати автопілот та автомат тяги протягом суттєвого часу під час рейсових польотів.^[8]

1. Pilot’s Handbook of Aeronautical Knowledge. Federal Aviation Administration (Англійською) . Federal Aviation Administration. 24 серпня 2016.
2. https://www.pilot18.com/wp-content/uploads/2017/01/B-737-7-8-900_FCOM_TBC_C_080125_V1V2_B8P-C.pdf [Архівовано 2024-02-13 у Wayback Machine.] page.1013
3. Aircraft Flight Control System. Fly8ma (Англійською) .
4. https://www.thalesgroup.com/en/markets/aerospace/flight-deck-avionics-equipment-functions/fly-wire-flight-control-systems-and
5. Система керування польотом. Google Arts & Culture (укр.). Архів оригіналу за 24 липня 2022. Процитовано 24 липня 2022. [Архівовано 2022-07-24 у Wayback Machine.]
6. https://www.pilot18.com/wp-content/uploads/2017/01/B-737-7-8-900_FCOM_TBC_C_080125_V1V2_B8P-C.pdf [Архівовано 2024-02-13 у Wayback Machine.] page 1021
7. https://www.aerostudents.com/courses/automatics-flight-control/automaticFlightControlFullVersion.pdf [Архівовано 2024-02-18 у Wayback Machine.]
8. https://skybrary.aero/articles/cockpit-automation-advantages-and-safety-challenges