Основные принципы построения структуры и алгоритмов систем управления конвертопланов

Настоящая работа посвящена рассмотрению основных принципов построения структуры и алгоритмов систем управления полетом конвертопланов на примере винтокрылых летательных аппаратов V-22 Osprey и AW609. Приводится краткий обзор летно-технических характеристик конвертопланов. Приведены характерные коридоры конвертации на примере конвертопланов XV-15 и AW609. Рассмотрены принципы построения систем управления конвертопланов V-22 и AW609. Перечислены цели проектирования автоматической системы управления конвертируемого летательного аппарата. Подробно рассмотрена структура системы управления. Рассмотрены принципы построения законов управления для нормального (Normal Mode) и прямого (Direct Mode) режимов работы. Рассмотрены схемы гидравлических систем для привода исполнительных органов управления. Даны примеры построения структур основных систем управления конвертопланов V-22 и AW609 с тройным резервированием. Приведены основные характеристики законов управления конвертопланов. Рассмотрены основные функции автоматических систем управления конвертопланов. Рассмотрены методы обеспечения высокой надежности системы управления полетом, способы снижения нагрузки на экипаж с целью обеспечения соответствия нормативным требованиям пилотажных характеристик конвертоплана V-22. Рассмотрены особенности построения системы управления полетом и требования к законам управления конвертоплана AW609, которые позволяют улучшить пилотажные характеристики, снизить нагрузку на экипаж и повысить надежность системы управления. В качестве примера приведен вариант синтеза алгоритмов автоматической системы управления (автопилота) легкого конвертоплана для всех режимов полета (вертолетного, самолетного и переходного). Показана возможность использования относительно простых алгоритмов и структуры системы автоматического управления в процессе полета и при переходе между режимами вертолетный – самолетный – вертолетный.

1. Мясников М.И., Есаулов С.Ю., Ивчин В.А. Возможность создания конвертоплана с электрической и гибридной силовыми установками // Полет. Общероссийский научно-технический журнал. 2018. № 2. C. 29–36.

2. Бюшгенс А.Г. Синтез алгоритмов системы управления беспилотного летательного аппарата типа конвертоплан / А.Г. Бюшгенс, А.Ю. Воронин, В.М. Кувшинов, В.А. Леонтьев // Ученые записки ЦАГИ. 2018. Т. 49, № 2. С. 39–61.

3. Артамонов Б.Л., Шайдаков В.И. Алгоритм выполнения конвертопланом переходных режимов полета // Вестник Московского авиационного института. 2019. Т. 26, № 1. С. 27–40.

4. Мясников М.И., Ильин И.Р. Математическая модель динамики полета конвертируемого винтокрылого летательного аппарата с системой автоматического управления // Вестник Московского авиационного института. 2023. Т. 30, № 3. С. 187–200.

5. Juhasz O., Celi R., Tischler M.B. Flight dynamics simulation modeling of a large flexible tiltrotor aircraft // Journal of American Helicopter Society. 2022. Vol. 67, no. 2. Pp. 1–16. DOI: 10.4050/JAHS.67.022003

6. Berger T. Tiltrotor flight control design and high-speed handling qualities assessment / T. Berger, C.L. Blanken, J.A. Lusardi, M.B. Tischler, J.F. Horn // Journal of American Helicopter Society. 2022. Vol. 67, no. 3. Pp. 114–128. DOI: 10.4050/JAHS.67.032009

7. Saetti U., Bugday B. Tiltrotor simuations with coupled flight dynamics, state-space aeromechanics, and aeroacoustics // Journal of American Helicopter Society. 2024. Vol. 69, no. 1. Pp. 1–18. DOI: 10.4050/JAHS.69.012003

8. Yeo H., Saberi H. Tiltrotor conversion maneuver analysis with RCAS // Journal of American Helicopter Society. 2021. Vol. 66, no. 4. Pp. 1–14. DOI: 10.4050/JAHS.66.042010

9. Appleton W., Filippone A., Bojdo N. Interaction effects on the conversion corridor of tiltrotor aircraft // The Aeronautical Journal. 2021. Vol. 125, no. 1294. Pp. 2065–2086. DOI: 10.1017/aer.2021.33

10. Wen J. Hybrid adaptive control for tiltrotor aircraft flight control law reconfiguration / J. Wen, Y. Song, H. Wang, D. Han, C. Yang [Электронный ресурс] // Aerospace. 2023. Vol. 10, iss. 12. ID: 1001. DOI: 10.3390/aerospace10121001 (дата обращения: 03.02.2024).

11. Strauss M.P., Scott M.W. 50 years of progress in rotorcraft design: a retrospective from the vertical flight society’s aircraft design technical committee // Proceedings of the Vertical Flight Society’s 6th Decennial Aeromechanics Specialists’ Conference. USA, California: Santa Clara, 6–8 February 2024. P. 34.

12. Mehra R.K. XV-15 tiltrotor flight control system design using model predictive control / R.K. Mehra, K. Ravi, P. Gopalaswamy, S. Gopalaswamy // 1998 IEEE Aerospace Conference Proceedings (Cat. No.98TH8339), 1998. Vol. 2. Pp. 139–148. DOI: 10.1109/AERO.1998.687905

13. Maisel M.D., Giulianetti D.J., Dugan D.C. XV-15 tilt rotor research aircraft: from concept to flight [Электронный ресурс] // NASA SP-2000-4517, 2000. 222 p. URL: https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2023/04/sp-4517.pdf (дата обращения: 03.02.2024).

14. Goldstein K.W., Dooley L.W. V-22 control law development // Proceedings of the 42nd Annual Forum of the American Helicopter Society. Washington, 2–4 June 1986. Pp. 1093–1101.

15. Ballauer W.L., Leet J.R., Mitchell J. et al. Testing of the V-22 flight control system // Proceedings of the 46th Annual Forum of the American Helicopter Society. Washington, 1990. Pp. 1147–1161.

16. King D.W., Dabundo C., Kisor R.L. et al. V-22 load limiting control law development // Proceedings of the American Helicopter Society 49th Annual Forum. Washington, 19–21 May 1993. Pp. 211–225.

17. Maré J.-C. Aerospace actuators 3. European commercial aircraft and tiltrotor aircraft. John Wiley & Sons, 2018. 216 p. DOI: 10.1002/9781119505433

18. Venanzi P., Wells D. AW609 tilt rotor flight test program overview [Электронный ресурс] // Leonardo. 2013. URL: https://helicopters.leonardo.com/en/products/aw609 (дата обращения: 03.02.2024).

19. Goldstein K.W., Dooley L.W. V-22 control law development // Proceedings of the 42nd Annual Forum of the American Helicopter Society. Washington, 2–4 June 1986. Pp. 673–685.

20. Tischler M. Advances in aircraft flight control. London: Routledge, 1996. 442 p.

21. McManus B.L. V-22 tiltrotor fly-by-wire flight control system // Proceedings of the 11th European Rotorcraft Forum. England, London, England, 10–13 September 1985. 22 p.

22. Höfinger M. ADS-33E-PRF – Aeronautical design standard, performance specification, handling qualities requirements for military rotorcraft [Электронный ресурс] // DLR, 2005. 148 p. URL: https://www.researchgate.net/publication/224989801_ADS-33E-PRF_-_Aeronautical_Design_Standard_Performance_Specification_Handling_Qualities_Requirements_for_Military_Rotorcraft (дата обращения: 03.02.2024).

23. Bianco-Mengotti R. Technological challenges for the future of rotary wing. the agustawestland path to the new generation tilt-rotor [Электронный ресурс] // Centro Alti Studi per la Difesa Rome, 2012. 36 p. URL: https://www.aofs.org/wp-content/uploads/2012/11/121122.11-AW-path-to-new-generation-tiltrotor1.pdf (дата обращения: 03.02.2024).

24. Fortenbaugh R.L. Flight control features of the Bell-Agusta (BA) 609 tiltrotor: a handling qualities perspective / R.L. Fortenbaugh, D.W. King, M.A. Peryea, T. Busi [Электронный ресурс] // Proceedings of the 25th European Rotorcraft Forum, Rome, Italy, 14–16 September 1999. URL: http://hdl.handle.net/20.500.11881/1399 (дата обращения: 03.02.2024).