УДК 681.5

Система автоматического вывода воздушного судна из сваливания и штопора

Кремлев Павел Евгеньевич – студент Санкт-Петербургского государственного университета гражданской авиации им. Главного маршала авиации А.А. Новикова

Соколов Олег Аркадьевич – кандидат технических наук, доцент кафедры «Системы Автоматизированного Управления» Санкт-Петербургского государственного университета гражданской авиации им. Главного маршала авиации А.А. Новикова

Аннотация: Описываются возможные способы внедрения в систему автоматизированного управления воздушного судна системы вывода из сваливания и штопора путём воздействия автоматикой на органы управления, потенциальные проблемы, вызванные внедрением данной системы и способы их решения.

Ключевые слова: сваливание, штопор, система автоматизированного управления, воздушное судно, авиация.         

В авиации распространены происшествия, причинами которых явилась потеря управления (рисунок 1) [1], в том числе сваливание или штопор.

Сваливанием называется непроизвольное возникновение крена и уменьшение тангажа на околокритических углах атаки. Сваливание происходит вследствие срыва потока на крыле и уменьшения подъемной силы крыла. Срыв потока также является причиной перехода крыла в режим авторотации, что в свою очередь приводит к штопору – снижению самолёта по крутой нисходящей спирали малого радиуса с одновременным вращением вокруг продольной и вертикальной осей на закритических углах атаки [2, с. 71].

В подавляющем большинстве случаев, катастрофы такого характера могли быть предотвращены если не соблюдением эксплуатационных ограничений, то, по меньшей мере, своевременными действиями экипажа по выводу воздушного судна из указанных режимов полёта. На практике, в силу стресса, усталости, потери ориентации в пространстве, неудовлетворительного уровня подготовки или координации действий между членами экипажа или других причин, экипаж предпринимает ошибочные или несвоевременные действия, что существенно снижает шансы на предотвращение или приводит к невозможности предотвращения катастрофы.

Рисунок 1. Статистика жертв по категориям происшествий (CAST/ICAO) за 2008-2017 г.

Имеющиеся системы сигнализации сваливания информируют экипаж путём подачи звуковых, речевых и тактильных сигналов [3]. Однако в экстренных случаях подобная сигнализация может привести к стрессу, ступору и панике. Следовательно, имея систему, способную без вмешательства пилота, автоматически предотвратить выход самолёта на закритические углы атаки и сваливание, или, более того, способную вывести самолёт из сложного пространственного положения, можно было бы повысить безопасность полётов, снизив число катастроф, вызванных потерей управления.

Для корректной работы такой системы в её вычислитель должна поступать информация от различных датчиков, а в памяти вычислителя должна храниться информация о предельно допустимых параметрах для различных режимов полёта.

В качестве датчиков системы автоматического вывода из сложного пространственного положения могут использоваться: указатель скорости, авиагоризонт или инерциальная система (для определения углов тангажа, курса, крена и угловых скоростей), курсовая система (для определения направления вращения воздушного судна при попадании в штопор), датчик угла атаки, акселерометр (для получения информации о значении перегрузки с целью непревышения эксплуатационных ограничений по перегрузке при выводе из сложного пространственного положения), радиовысотомер (для получения информации об истинной высоте) [4]. Также, в вычислитель должна поступать информация о параметрах и режиме работы двигателя.

Таким образом, получив информацию о, например, выходе воздушного судна на углы атаки, превышающие значения, установленные производителем системы в соответствии с руководством по лётной эксплуатации, вычислитель подаст сигнал на блок управления на уменьшение угла атаки, т.е. отдаст штурвал или ручку управления от себя в тех ситуациях, где экипаж мог бы ошибочно тянуть его на себя.

При попадании воздушного судна в штопор, сторона вращения может быть определена по изменению значения курса: при увеличении курса воздушное судно вращается по часовой стрелке, иначе – против часовой стрелки. Соответственно, отклонив педали в сторону, противоположную стороне вращения, оно будет прекращено. Такое вмешательство со стороны системы будет особенно полезно в случае невозможности экипажа самостоятельно определить сторону вращения (например, при полёте в облаках, ночью или при потере пространственной ориентировки)

При внедрении данной системы необходимо учитывать возможные проблемы, связанные с произвольным её срабатыванием. Во избежание некорректной работы системы или произвольного её срабатывания, информация от датчиков должна контролироваться вычислителем путём сравнения их показаний с показаниями дублирующих систем, а также систем, измеряющих те же величины другим методом. Например, при обледенении приёмника воздушного давления или приёмника полного давления данные о воздушной скорости будут недостоверными, что может привести к автоматическому переводу воздушного судна на снижение. При выявлении значительной рассинхронизации между дублирующими датчиками система должна отключаться до конца полёта.

Также, перед выполнением манёвра по выводу воздушного судна из сложного пространственного положения вычислитель должен учесть значение истинной высоты по данным от радиовысотомера во избежание столкновения в ходе его выполнения с земной или водной поверхностью или препятствиями на ней (минимально допустимая высота для выполнения маневра может поступать в вычислитель из базы данных или вводиться экипажем вручную для каждого полёта)

Аналогично, систему рекомендуется принудительно отключать до конца полёта при отказе авиагоризонта или инерциальной системы или при невозможности контроля достоверности поступающей в вычислитель информации. Однако, визуальные подсказки экипажу и речевая информация в вышеописанных случаях должна выдаваться на индикацию.

Кроме того, экипажи должны пройти дополнительную подготовку и изучить принципы работы системы. В ином случае возможно бездействие экипажа в ситуациях, когда вмешательство системы в управление не предусмотрено, или, наоборот, ступор при неожиданном для экипажа вмешательстве системы в процесс пилотирования.

При наличии такой системы, например, могла бы быть предотвращена катастрофа A330 в Атлантике 2009 года, в которой вследствие обмерзании трубок Пито, несогласованности действий экипажа, неудовлетворительной подготовки экипажа, паники в кабине и нарушения технологии работы экипажа [5], исправный самолёт разбился в Атлантическом океане.

Таким образом, система вывода самолёта из сложного пространственного положения предназначена скорее для работы при полёте по маршруту на крейсерском эшелоне. Также следует учитывать невозможность вывода некоторых типов воздушных судов из сложного пространственного положения в связи с особенностями их конструкции. Тем не менее, при корректной работе данной системы исключается сама возможность выхода самолета на закритические углы атаки, сваливания и попадания в штопор. Более того, подобная система найдёт применение на лёгких и учебных воздушных судах, имеющих малые габариты и требующих сравнительно малый запас высоты для выполнения маневра по выводу из сложного пространственного положения, сваливания или штопора.

Список литературы

1. Werfelman L. LOC-I Accidents Led Other Categories, Data Show [Электронный ресурс]. – Режим доступа: URL: https://flightsafety.org/asw-article/loc-i-accidents-led-other-categories-data-show/ (26.10.2018).
2. Анискевич Ю.В. Практическая аэродинамика самолета DA 40 NG. Учебное пособие / Ю.В. Анискевич, С.А. Левин. – Санкт-Петербург, 2022. – 74 с.
3. Авиационные правила. Часть 25. Нормы летной годности самолетов транспортной категории (утв. Постановлением 28-й сессии Совета по авиации и использованию воздушного пространства от 11.12.2008) – п. 25.207.
4. Авиационные правила. Часть 25. Нормы летной годности самолетов транспортной категории (утв. Постановлением 28-й сессии Совета по авиации и использованию воздушного пространства от 11.12.2008) – п. 8.2.4.
5. Wise J. What Really Happened Aboard Air France 447 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: URL: https://www.popularmechanics.com/flight/a3115/what-really-happened-aboard-air-france-447-6611877/ (1.01.2020).