Автомат углов атаки и сигнализации перегрузок
Автомат углов атаки и сигнализации перегрузок, АУАСП — элемент пилотажно-навигационного комплекса в самолёте, предназначенный для контроля текущего угла атаки и оповещения экипажа в случае выхода на близкий к критическому или критический угол атаки. Опасность превышения допустимого значения угла атаки состоит в возможном срыве потока и последующем сваливании самолёта в штопор.
Принцип действия АУАСП основан на постоянном измерении текущего угла атаки, местного критического и перегрузки встроенными датчиками и их сравнении с предельно допустимыми на данном типе самолёта. В случае выхода на критический уровень срабатывает звуковая сигнализация и загорается световое табло.
В случае срабатывания сигнализации АУАСП следует немедленно отдать штурвальную колонку от себя и увеличить режим работы двигателей.
Отключение сигнализации АУАСП может послужить причиной катастрофы: так, в 1985 году экипаж Ту-154, разбившегося в Узбекистане, вовремя не осознал, что самолёт переходит в сваливание, так как сигнализация АУАСП не сработала. Интересно, что на многих типах самолётов зарубежного производства подобный индикатор в кабине не устанавливается, также и на некоторых отечественных (например, Ан-22) АУАСП отсутствует. [1]
Почему нельзя ходить по крылу у края и угол атаки
Этот случай рассказал мой отец. Он был авиационным инженером на заводе и отвечал за конечную сдачу изделия заказчику. Приземлялся истребитель, который буквально недавно выкатили из цеха окончательной сборки. Мягкое касание, штатная посадка. В общем, обычный испытательный полет. Ничего нового. Но пилот не улыбается, как обычно.
— Что такое, Женя? — спрашивает мой отец лётчика.
— Всё хорошо, Валер, но пока «неуд»: угол атаки врёт, и врёт намного. Я не подпишу акт приёмки.
— На сколько?
— Прямо намного.
— Хм… Будем посмотреть.
Как он мог это почувствовать? Каких-то 5–7 градусов. Неужели он так хорошо чувствует машину? В начале моей лётной карьеры этот вопрос меня затрагивал за живое, поэтому рассказ отца я слушал с особым интересом.
Бытовало мнение, что лётчик более гуманитарен, чем инженер. В среде инженеров, конечно. Поэтому словам лётчиков доверяли не всегда и старались проверять их очень тщательно. Однако тесная работа с лётчиками подсказывала, что, если они не уверены и говорят, что «что-то не так», то факт заслуживает внимания. Кроме того, именно среди лётчиков-испытателей многие пилоты знали матчасть не упрощённо, а вполне себе комплексно вплоть до агрегатов и принципиальных схем. И если инженер отвечал только за своё направление, например, инженер по радиооборудованию знал только радиооборудование, инженер по СД (специалист по планеру самолёта и двигателя) знал только двигатель, то лётчик знал всё.
Прежде чем рассказывать дальше, давайте разберёмся, что такое вообще угол атаки по определению. Это угол между проекцией вектора скорости на ось асимметрии самолёта и продольной осью самолёта.
Важный параметр, по которому лётчики определяют, насколько самолёт устойчив в воздухе. То есть крыло, находясь в определённом положении при определённой скорости и с определённым весом, создаёт определённую подъёмную силу на крыле.
Но только до определённого момента, пока не происходит срыв потока с крыла. В кабине это чувствуется так: сначала — тряска штурвала (или самолёт иным способом сигнализирует о приближении к критическому углу), потом при превышении критического угла атаки происходит дальнейший срыв потока воздуха на крыле, резко теряется подъёмная сила, и наконец самолёт сваливается в штопор.
Как измерить угол атаки? Информацию об угле атаки лётчики считывают с УАСП. Автомат углов атаки и сигнализации перегрузок (АУАСП) — это элемент пилотажно-навигационного комплекса в самолёте, предназначенный для контроля текущего угла атаки и оповещения экипажа в случае выхода на близкий к критическому или критический угол атаки. Как мы уже говорили, опасность превышения допустимого значения угла атаки состоит в возможном срыве потока и последующем сваливании самолёта в штопор.
Принцип действия АУАСП основан на постоянном измерении текущего угла атаки, местного критического и перегрузки встроенными датчиками и их сравнении с предельно допустимыми на данном типе самолёта. В случае выхода на критический уровень срабатывает звуковая сигнализация, и загорается световое табло.
Другими словами, флюгарка от набегающего потока отклоняется и через систему специальных датчиков подаёт значение текущего угла атаки.
Это очень важный прибор. Даже братья Райт взяли его в полёт. Вообще у них он был единственным прибором. Не было указателя скорости или высоты, не было никакого авиагоризонта и даже компаса. Первый АУАСП выглядел, как бечёвка, привязанная к передней кромке крыла. Она показывала первым пилотам угол атаки самолёта, и уже по нему они судили о скорости полёта!
Итак, теперь вы понимаете, почему 5–7 градусов угла атаки — это «неуд» по приёмке.
Первым делом на заводе были перепроверены журналы проверочной аппаратуры. Все параметры согласно записям — в норме.
Cамолёт закатили в ангар и, как больного пациента в реанимации, подключили к стенду.
Проверка происходила следующим способом. К стенду подключили самолёт и вручную отклоняли флюгарку. Стенд не зафиксировал ложной информации. Отклонили на 5 градусов — 5 градусов прописалось на стенде, отклонили на 10 градусов — прописалось 10. Все параметры были в норме.
Хм… ну ладно. Опять самолёт выкатили на испытания. Опять полёт. Опять лётчик-испытатель не подписывает акт проверки. Угол атаки врёт, и врёт прилично. Данную процедуру проделывали несколько раз. Несколько раз самолёт поднимали в воздух, и каждый раз лётчик подтверждал дефект, каждый раз десятки авиаспециалистов искали дефект на земле, который не подтверждался. Топливо, аэродромные службы, ресурс двигателя, трудочасы авиаинженеров — это всё расходы, которые нёс завод при испытании только что произведённой машины, и если вы думаете, что в Советском Союзе никто не считал подобных затрат, то ошибаетесь.
— Женя, не дури, самолёт исправен, подписывай, — давили на лётчика и отец, и заводское начальство.
Но Женя не соглашался.
— Не подпишу, ребята, я лучше себе «руку сломаю»…
Шло время, лётчик не подписывал, самолёт на земле исправен, производственные показатели падали, что предвещало проблемы уже на уровне Министерства авиационной промышленности. Решили «увеличить угол атаки» — надавить на лётчика «тяжёлой артиллерией», но в самый ответственный момент, когда давить стали уж очень авторитетные люди, он «сукин сын», взял и ушёл на больничный. Из столицы нашей родины Москвы был вызван «альтернативный» лётчик-испытатель, который вновь подтвердил дефект!
Опустим в нашем повествовании споры и ругань, приёмы психологического давления на личность между разработчиком и заказчиком, опустим и способы поиска причины, но дефект всё-таки был выявлен! Всё было просто: какой-то техник, обслуживавший самолёт, находясь на стремянке или в каком-то другом положении, наступил на эту флюгарку и просто немного её деформировал.
Вообще, конечно, по крылу ходить можно. Оно очень прочное, оно целый самолёт на себе несёт и испытывает огромные нагрузки — куда большие, чем вес пары-тройки человек, пытающихся его обслужить. Но не везде! Зоны, куда нельзя заступать, отмечены специальными обозначениями. Причём не из-за прочностных показателей, а как раз из-за близости к разным датчикам и по другим причинам (хотя на некоторых самолётах и из-за прочности).
Вмятина была незаметна глазу, но она таки создавала другой профиль обтекания этой флюгарки воздухом. То есть, когда её отклоняли рукой на земле, всё было в норме, но в воздухе от набегавшего потока угол отклонения был другим — нерасчётным. Вот и весь ответ. А лётчики-испытатели «просто чувствовали» эту разницу!
Как? — задавал я себе вопрос. Задницей, отвечали лётчики. На самом деле ответ прост: в горизонтальном полёте угол атаки равняется тангажу. Это реально просто.
Тангаж — это угол между горизонтом и строительной осью самолёта. Положительный тангаж с увеличением угла (подъём носа) — кабрирование, штурвал на себя; отрицательный с уменьшением угла (опускание носа) — пикирование, штурвал от себя. Измеряется в градусах, индуцируется на КПП командно-пилотажным прибором. Его не чувствуют… Это величина вполне физическая, которую смотрят на КПП.
Шло время, я начал летать, тесная связь между скоростью, углом атаки и тангажом ощущалась всё яснее уже на практике. Однако каково было моё удивление, когда я начал знакомиться с иностранной техникой! На иномарках последнего поколения нет УАСП или его аналога. До сих пор многих лётчиков, переучивающихся с отечественной техники, этот факт не то что удивляет — он их потрясает.
— Почему? — спрашивал я.
— А зачем? — отвечали мне. — Есть скорость, пилотируй по скорости.
— А если её нет?
— Кого нет?
— Скорости.
— Это как так?
— Ну как? Вот так: не показывает по каким-то причинам скорость.
Для этого есть memory actions. Тот самый отказ прописан в специальной книжке, где определены все действия при этом отказе, которые мы должны помнить наизусть. Отключаем автопилот, отключаем автомат тяги (автомат, который отвечает за режим работы двигателя и соответственно за выдерживание скорости), отключаем флайт директора (это планки на командно-пилотажном приборе, которые подсказывают пилоту, какие надо выдерживать тангаж и крен, чтобы поддерживать заданный режим полёта) и устанавливаем определённые обороты двигателя при определённой механизации крыла. И всё — летим.
Опа-а-а… А на советской технике это как будто само собой разумеется. Далее я предвижу горячие споры на эту тему. Это здорово, что это прописано в специальной книге, и не просто прописано, а ещё и включено в список отказов, которые надо знать наизусть.
На первый взгляд кажется: всё просто. На самом деле простой вопрос об угле атаки вызывает много споров среди инженеров и лётчиков, нужен ли он.
Автомат углов атаки и сигнализации перегрузок
Принцип действия АУАСП основан на постоянном измерении текущего угла атаки, местного критического и перегрузки встроенными датчиками и их сравнении с предельно допустимыми на данном типе самолёта. В случае выхода на критический уровень срабатывает звуковая сигнализация и загорается световое табло.
Существует несколько вариантов исполнения системы, принципиально не имеющих больших различий. Конструктивно состоит из датчика угла атаки α (ДУА, флюгера на боку ЛА), датчика критических углов αкр (ДКУ), датчика вертикальной перегрузки ny (ДП) и двустрелочного указателя УАП на приборной доске в кабине самолёта. Сигналы, поступающие с датчиков, усиливаются и преобразуются для механического перемещения двух стрелок (текущий угол атаки и перегрузка) и подвижного сектора указателя, закрывающего часть шкалы. При выходе самолёта на критический режим на указателе УАП стрелка текущих углов атаки приближается к обрезу красного сектора критического угла атаки или стрелка перегрузок к предельной величине и выдаётся предупреждающий сигнал — загорается красная лампа на указателе и выдаётся звуковой сигнал (звонок). Сигнализация АУАСП прописывается средствами объективного контроля, при наличии речевого информатора — дублируется в СПУ.
В случае срабатывания сигнализации АУАСП следует немедленно отдать штурвальную колонку от себя и увеличить режим работы двигателей.
Исполнение и состав АУАСП на разных типах ЛА сильно различаются. Так, в АУАСП-12, стоящий на Ан-26, Ту-95МС, Ту-154 и других старых советских типах самолётов, входит один датчик ДУА-9Р, работающий на постоянном токе напряжением 27 В — им питается как элемент обогрева флюгера, так и переменные резисторы, выдающие сигнал в систему. В комплекс высотно-скоростных параметров ИКВСП, в различных вариантах стоящий на Ан-72, Ан-124, Ан-140 и других самолётах КБ Антонова, входят два датчика аэродинамических углов ДАУ-72, обогрев которых питается однофазным переменным напряжением 115 В, а в качестве датчиков применены бесконтактные сельсины. При разнице сигналов ДАУ загорается табло «ДАУ — рассоглас», а на УАП выводится среднее значение. На самолётах семейства Airbus A320 установлены три ДАУ, что позволяет по мажоритарному принципу выявлять неисправный ДАУ.
Датчик критических углов также может иметь совершенно различное исполнение. Как правило, критический угол вычисляется из положения механизации крыла (по сигналу от концевых выключателей, стоящих на трансмиссии закрылков и предкрылков), скорости или числа Маха (с ростом скорости αкр падает), зачастую также при расчёте αкр учитывается сигнал от сигнализатора обледенения — при обледенении показания критического угла снижаются на 1-2°.
Отключение сигнализации АУАСП может послужить одной из причин катастрофы: так, в 1985 году экипаж Ту-154, разбившегося в Узбекистане, вовремя не осознал, что самолёт переходит в сваливание, так как сигнализация АУАСП либо не сработала (АУАСП мог быть выключен, впоследствии введено автоматическое его включение при разжатии передней опоры шасси), либо не была воспринята правильно. Интересно, что на многих типах самолётов зарубежного производства подобный индикатор в кабине не устанавливается, также и на некоторых отечественных (например, Ан-22) АУАСП отсутствует.
АУАСП
Автомат углов атаки и сигнализации перегрузок, АУАСП — элемент пилотажно-навигационного комплекса в самолёте, предназначенный для контроля текущего угла атаки и оповещения экипажа в случае выхода на близкий к критическому или критический угол атаки. Опасность превышения допустимого значения угла атаки состоит в возможном срыве потока и последующем сваливании самолёта в штопор.
Принцип действия АУАСП основан на постоянном измерении текущего угла атаки, местного критического и перегрузки встроенными датчиками и их сравнении с предельно допустимыми на данном типе самолёта. В случае выхода на критический уровень срабатывает звуковая сигнализация и загорается световое табло.
Существует несколько вариантов исполнения системы, принципиально не имеющих больших различий. Конструктивно состоит из датчика угла атаки α (ДУА, флюгера на боку ЛА), датчика критических углов αкр (ДКУ), датчика вертикальной перегрузки ny (ДП) и двустрелочного указателя УАП на приборной доске в кабине самолёта. Сигналы, поступающие с датчиков, усиливаются и преобразуются для механического перемещения двух стрелок (текущий угол атаки и перегрузка) и подвижного сектора указателя, закрывающего часть шкалы. При выходе самолёта на критический режим на указателе УАП стрелка текущих углов атаки приближается к обрезу красного сектора критического угла атаки или стрелка перегрузок к предельной величине и выдаётся предупреждающий сигнал — загорается красная лампа на указателе и выдаётся звуковой сигнал (звонок). Сигнализация АУАСП прописывается средствами объективного контроля, при наличии речевого информатора — дублируется в СПУ.
В случае срабатывания сигнализации АУАСП следует немедленно отдать штурвальную колонку от себя и увеличить режим работы двигателей.
Исполнение и состав АУАСП на разных типах ЛА сильно различаются. Так, в АУАСП-12, стоящий на Ан-26, Ту-95МС, Ту-154 и других старых советских типах самолётов, входит один датчик ДУА-9Р, работающий на постоянном токе напряжением 27 В — им питается как элемент обогрева флюгера, так и переменные резисторы, выдающие сигнал в систему. В комплекс высотно-скоростных параметров ИКВСП, в различных вариантах стоящий на Ан-72, Ан-124, Ан-140 и других самолётах КБ Антонова, входят два датчика аэродинамических углов ДАУ-72, обогрев которых питается однофазным переменным напряжением 115 В, а в качестве датчиков применены бесконтактные сельсины. При разнице сигналов ДАУ загорается табло «ДАУ — рассоглас», а на УАП выводится среднее значение. На самолётах семейства Airbus A320 установлены три ДАУ, что позволяет по мажоритарному принципу выявлять неисправный ДАУ.
Датчик критических углов также может иметь совершенно различное исполнение. Как правило, критический угол вычисляется из положения механизации крыла (по сигналу от концевых выключателей, стоящих на трансмиссии закрылков и предкрылков), скорости или числа Маха (с ростом скорости αкр падает), зачастую также при расчёте αкр учитывается сигнал от сигнализатора обледенения — при обледенении показания критического угла снижаются на 1-2°.
Отключение сигнализации АУАСП может послужить одной из причин катастрофы: так, в 1985 году экипаж Ту-154, разбившегося в Узбекистане, вовремя не осознал, что самолёт переходит в сваливание, так как сигнализация АУАСП либо не сработала (АУАСП мог быть выключен, впоследствии введено автоматическое его включение при разжатии передней опоры шасси), либо не была воспринята правильно. Интересно, что на многих типах самолётов зарубежного производства подобный индикатор в кабине не устанавливается, также и на некоторых отечественных (например, Ан-22) АУАСП отсутствует. [1]
Автомат углов атаки и перегрузки (АУАСП)
Предназначен для определения текущего угла атаки, критического угла атаки αКР, текущей перегрузки nу, и для выдачи сигнализации при достижении самолетом критического угла атаки и перегрузки (см. рис. 19).
1) Указатель атаки и перегрузки УАП.
2) Датчик текущего угла атаки α – ДУА.
3) Датчик критического угла атаки αКР – ДКУ.
4) Датчик перегрузки nу – ДП.
5) Блок коммутации БК.
Рис. 19 – Функциональная cхема АУАСП
Лицевая часть указателя вертикально разделена на две части. На указателе имеется 2 шкалы и 2 стрелки: левая стрелка показывает текущий угол атаки, правая – текущую вертикальную перегрузку. Слева имеется подвижный красный сектор, левый край которого показывает критический угол атаки.
Датчик угла атаки (см. рис. 20) представляет собой устройство, имеющее флажок-флюгер, расположенный на фюзеляже снаружи самолета. При движении самолета плоскость флажка занимает положение вдоль набегающего воздушного потока. На оси флюгера имеется потенциометр.
Рис. 20 – Внешний вид датчика угла атаки ДУА
При изменении положения продольной оси самолета относительно воздушного потока флажок изменяет свое положение относительно продольной оси самолета. Флажок соединен со скользящим контактом потенциометра. Передача информации от датчика на индикатор осуществляется с помощью электрической дистанционной передачи, которая представляет собой самобалансирующийся измерительный мост.
Самобалансирующийся измерительный мост (см. рис. 21) предназначен для передачи на расстояние механических перемещений.
Рис. 21 – Самобалансирующийся мост
При одинаковом расположении скользящих контактов на потенциометрах датчика и указателя точка А и В имеют одинаковые потенциалы φА = φВ, при этом UАВ = 0. Изменение угла атаки самолета α приводит к перемещению скользящего контакта датчика от точки А, что приводит к появлению напряжения UАВ ≠ 0. Оно поступает на усилитель, с усилителя на двигатель, двигатель начинает вращаться и, через редуктор, перемещает скользящий контакт из точки В. Скользящий контакт потенциометра индикатора перемещается двигателем до тех пор, пока скользящий контакт встанет в такое же положение, как в датчике. При этом напряжение UАВ = 0 и двигатель остановится. Одновременно со скользящим контактом двигатель перемещает стрелку индикатора.
Датчик перегрузки представляет собой цилиндр, закрепленный на пружинах. Цилиндр связан со скользящим контактом, который при движении цилиндра перемещается по потенциометру. Потенциометрический датчик включен в схему самобалансирующегося моста для передачи перемещения цилиндра на стрелку указателя (как рассмотрено выше).
Датчик критического угла атаки представляет собой измеритель числа М, в котором имеется манометрическая и анероидная коробки, подается статическое и полное давление, а перемещение подвижных центров коробок передается на потенциометр, который включен в мостовую схему для перемещения подвижного сектора указателя.
Рис. 22 – Электромеханическая cхема АУАСП
При подходе самолета к критическим режимам одна из стрелок подходит к краю красного сектора и включается сигнализация:
— табло «Критический режим»;
— красная лампа на указателе;
— вибратор на штурвале (на некоторых типах ВС).
Сигнализация фиксируется в бортовом устройстве регистрации полета. Экипаж должен об этом доложить на землю после окончания полета.
Прибор требует питания 27В и 115 В, 400Гц. Питание прибора включается автоматически во время разбега самолета сигнализатором приборной скорости или концевым выключателем на шасси. После включения прибора сектор критического угла атаки устанавливается в положение «взлет-посадка» на критический угол, при котором хвостовое оперение касается земли. Перед полетом прибор включается для тест-контроля нажатием на кнопку «КОНТРОЛЬ АУАСП». При этом сектор критического угла атаки устанавливается в положение «взлет-посадка», а обе стрелки прибора перемещаются на границы красных секторов и включается сигнализация «Критический режим». Проверяется также исправность обогрева ДУА.