Бортовое оборудование и кабина экипажа

Одной из главных на современном магистральном пассажирском самолете является автоматическая цифровая система управления (АЦСУ) полетом, включающая в себя: вычислитель сигналов управления полетом, вычислитель управления тягой двигателя, сдвоенный вычислитель системы улучшения управляемости, пульт выбора режимов, пульт технического обслуживания.
Система управления имеет два режима - автопилота и ручного, директорного (лат. director - направляющий, от dirigo - направляю) управления. Это предотвращает выход за границы допустимых режимов работы на всех этапах полетов. Обеспечивается выполнение координированных разворотов и демпфирование колебаний. Автоматически стабилизируется воздушная скорость.
Система обеспечивает движение самолета по оптимальным траекториям в трехмерном пространстве.
Вычислитель управления тягой двигателя непрерывно рассчитывает частоту вращения роторов двигателей, степень повышения давления.
Специальная система оптимизации режимов полета позволяет выбрать профили полета, оптимальные по расходу топлива, стоимости или времени.
Вычислитель сигналов управления, функционирующий как автопилот, имеет следующие режимы работы: стабилизации углов тангажа и крена; стабилизации высоты; выхода на заданную высоту; смены эшелона; стабилизации вертикальной скорости; выхода на заданный курс; полета на радиомаяк; стабилизации курса взлета и ухода на второй круг.
Система управления полетом получает информацию от инерциальной навигационной системы и системы воздушных сигналов, системы сигнализации опасной скорости сближения с землей, системы измерения полной энергии самолета, вычислителя сдвига ветра и цифровых навигационных радиоэлектронных систем (автоматический радиокомпас, два радиовысотомера, два приемоответчика системы УВД, два приемника всенаправленных радиомаяков, метеорадиолокатор, две системы посадки по приборам и т. д.).
Инерциальная навигационная система, используя лазерные гироскопы (точность определения координат местоположения порядка 1,0 км за 1 ч полета) и системы воздушных сигналов, обеспечивает потребителей информацией о пространственном положении самолета, курсе, угле сноса, путевом угле, угле наклона траектории, путевой скорости, вертикальной скорости, скорости ветра, угловых скоростях и линейных ускорениях.
Система воздушных сигналов (СВС) измеряет, вычисляет и выдает потребителям информацию о текущих значениях высотно-скоростных параметров.
В составе системы:
- два цифровых вычислителя сигналов датчиков давления, что позволяет с высокой точностью измерять высоту полета (погрешность порядка ±4,6 м), вертикальную скорость (погрешность порядка ±0,15 м/с), приборную скорость (погрешность порядка ±1,85 км/ч), истинную воздушную скорость (погрешность порядка ±7,4 км/ч);
- два высотомера;
- два вариометра (от лат. vario - изменяю и ...метр), измеряющие скорость набора высоты и снижения (диапазон 30 м/с, погрешность порядка ±2%).
Система сигнализации опасной скорости сближения с землей вырабатывает сигналы для светового, звукового и речевого оповещения летчиков об опасной скорости сближения с землей при нахождении самолета ниже пределов безопасности, снижении с недопустимой скоростью или отклонении от глиссады ниже установленных пределов.
Система измерения полной энергии в сочетании с автоматом тяги двигателей обеспечивает выход самолета на заданный режим полета и его выдерживание при наиболее экономичных режимах работы (экономия топлива) и снижение шума. Система управляет скоростью выпуска закрылков при заходе на посадку и рассчитывает избыточную тягу при взлете.
Вычислитель сдвига ветра определяет горизонтальную и вертикальную составляющие сдвига ветра. Звуковая сигнализация информирует летчика о горизонтальной составляющей сдвига ветра 1,5 м/с, угле скоса нисходящего потока 0,15 рад. Информация о сдвиге ветра поступает в систему управления тягой и в систему управления.
С использованием спутниковых систем навигации ошибка определения местоположения современного магистрального пассажирского самолета с автоматической цифровой системой управления за четырехчасовой полет составляет примерно 200 м, точность выдерживания времени ±2 с.

Рис. 15.40. Кабина экипажа пассажирского самолета

На большинстве современных и перспективных пассажирских самолетов состав систем оборудования позволяет пилотировать самолет экипажу из двух человек: левый по направлению полета летчик - командир воздушного судна, правый летчик - второй пилот (старший офицер).
Существует четкое распределение обязанностей между членами экипажа, тем не менее должна быть обеспечена возможность полной взаимозаменяемости командира и второго пилота.
Это обстоятельство определяет в значительной мере компоновку кабины экипажа, которая является одним из наиболее важных отсеков современного самолета.
В кабине экипажа (рис. 15.40) размещены рычаги управления рулевыми поверхностями (штурвальная колонка 1 и педали 2 ) на каждом рабочем месте и рычаги управления двигателями 3 на центральном пульте 4.
На центральном пульте, боковых пультах 5 левого и правого пилотов, основной приборной панели 6, потолочной панели 7 размещены управляющие элементы (рычаги, переключатели, клавиатуры ввода информации в АЦСУ и др.) всех систем самолета, приборы, выдающие экипажу информацию о необходимых управляющих воздействиях (входных сигналах), и приборы, информирующие экипаж о положении самолета в пространстве и работе всех его систем (обратные связи, см. раздел 7.2.4).

Рис. 15.41. Размещение экипажа в кабине

Стойки каркаса 8 остекления 9 кабины размещены таким образом, чтобы обеспечить экипажу обзор (визуальная информация) в соответствии с требованиями Авиационных правил к диаграмме обзора.
В кабине пассажирского самолета, пилотируемого двумя летчиками (рис. 15.41), могут быть установлены кресла 3 и 4 для дополнительных членов экипажа (инспекторов, инструкторов). Кресла командира воздушного судна 1 и второго пилота 2 размещены так, чтобы обеспечить досягаемость и обзор расположенных на центральном пульте управления, потолочной панели и основной приборной панели всех средств управления и контроля, без которых нормальное пилотирование самолета невозможно.
Основу приборного оборудования современных самолетов составляют приборы "обобщенной индикации", в которых на экранах цветных электронно-лучевых трубок (ЭЛТ) создается изображение, несущее информацию от многих приборов, что позволяет сосредоточить на одном индикаторе максимальное количество информации различного назначения.
Традиционные директорно-пилотажные приборы (авиагоризонты, вариометры, высотомеры и т. д.) служат в качестве резервных (дублирующих).
Пример компоновки приборов на основной приборной панели приведен на рис. 15.42.
На панели доминируют шесть одинаковых по размерам экранов ЭЛТ. Отметим, что левая и правая части панели относятся к пилотажно-навигационной системе и практически дублируют друг друга.

Рис. 15.42. Компоновка приборов на основной приборной панели

Верхние экраны ЭЛТ 1 (для каждого из летчиков) - командно-пилотажные индикаторы обстановки в вертикальной плоскости (командные авиагоризонты), они воспроизводят классические пилотажные параметры (высоту полета, вертикальную скорость, угол крена, угол наклона траектории и т. д.).
Нижние экраны ЭЛТ 2 - командно-пилотажные индикаторы обстановки в горизонтальной плоскости (автоштурманы или плановые индикаторы навигационной обстановки), они непрерывно выдают экипажу информацию о текущем местоположении самолета на фоне географической карты. На картографическую информацию накладывается метеорологическая обстановка.
Два средних экрана ЭЛТ на основной приборной панели кабины экипажа являются индикаторами, предупреждающими об отказах и отображающими схемы бортовых систем.
На левый средний экран выводится информация об отказах и действиях, которые необходимо предпринять экипажу, дается оценка эксплуатационных последствий отказов.
Одновременно на правом экране представляется схема отказавшей системы, иллюстрирующая ее состояние с выделением области отказа.
Эта информация резервируется с помощью обычной (аналоговой) системы сигнализации, размещенной на потолочном пульте, где загорается соответствующая лампа-клавиша, указывая место управляющего воздействия.
Рассмотрим взаимодействие пилота с автоматической системой управления на всех этапах полета.
Предполетная подготовка. С помощью расположенной на центральном пульте управления клавиатуры автоматической системы управления полетом (или с подготовленной заранее дискеты) летчики вводят информацию о предстоящем полете:
- координаты аэродрома, курс, магнитное склонение, дату вылета, время, прогнозируемые параметры атмосферы, состояние ВПП;
- взлетную массу, массу топлива, массу аэронавигационного запаса топлива, дистанции разбега, взлета, прерванного взлета.
С помощью индикаторов предупреждения об отказах и отображения схем бортовых систем, панелей систематизации отказов и управления экипаж оценивает техническое состояние всех бортовых систем, проверка которых необходима перед каждым вылетом.
Руление на старт. При рулении летчики могут дополнительно к визуальной информации получать (в случае сложной метеообстановки) изображение рулежной дорожки и ВПП на экране системы электронной индикации.
Взлет. Штатный взлет выполняется в режиме директорного управления в боковом и продольном каналах после отрыва от ВПП. Взлетная тяга стабилизируется автоматически с помощью вычислителя сигналов управления тягой двигателя. Разбег на полосе контролируется системой предупреждения критических режимов. При взлете экипаж может выбрать режим максимальной скороподъемности или максимального тангажа.
Полет по маршруту вылета начинается с высот 200-400 м. Происходит автоматический полет по заданной траектории.
Набор высоты начинается по команде экипажа. На экранах командно-пилотажных индикаторов автоматической системы управления полетом при этом дается информация о скорости полета, времени окончания набора, дальности, степени дросселирования двигателя.
Крейсерский полет, как правило, выполняется в режиме автоматического управления. Все пилотажно-навигационные и радиоэлектронные системы работают совместно. Экипаж может осуществлять следующие режимы полета: стабилизацию высоты, выход на заданный эшелон полета, стабилизацию скорости полета, стабилизацию вертикальной скорости.
Контроль за обстановкой в воздухе и предупреждение столкновений осуществляются как бортовыми системами, так и наземными службами УВД, подтверждающими возможность выполнения всех необходимых маневров.
Снижение. Во время полета вычислитель сигналов управления системы навигации рассчитывает точку начала снижения и информирует о ней пилота, по команде которого начинается режим снижения.
Полет в зоне аэродрома пункта прибытия. Переход на этот режим полета экипаж осуществляет по сигналу служб УВД. В это время экипаж получает с земли метеорологические данные и данные о состоянии ВПП, контролирует ввод их в вычислитель сигналов управления и выбирает тип радиосредства, обеспечивающего посадку.
Заход на посадку и посадка.Заход на посадку начинается с разворота для выхода на посадочную прямую. После получения сигналов отклонений от зон курса и глиссады система управления автоматически выдерживает самолет на глиссаде снижения. Экипаж непрерывно информируется об отказах систем или приближении значений параметров полета к критическим.
В режиме автоматической посадки по категории IIIВ после приземления даже пробег самолета по ВПП (выдерживание курса и управление торможением) проходит без вмешательства летчика.
Таким образом, применение современных средств навигации и управления позволяют летчику выполнять роль оператора и контролера, только в случае необходимости принимающего непосредственное участие в операциях управления.
Однако если летчик в течение многочисленных длительных полетов практически не принимает участия в непосредственном управлении самолетом, он теряет квалификацию именно как пилот, что может привести к нежелательным последствиям в экстремальных ситуациях.
Эта проблема может быть решена за счет использования автоматической цифровой системы управления в режиме тренажера, когда летчик "управляет" самолетом вручную, отрабатывая наиболее ответственные этапы полета (взлет и посадку), при этом на рычагах управления имитируются усилия и перемещения, на командно-пилотажных индикаторах обстановки воспроизводятся параметры соответствующих этапов полета, а самолет производит крейсерский полет в режиме автоматического управления.