Развитие элементной базы и совершенствование алгоритмов управления позволило российским ученым создать высокопроизводительные и надежные электродистанционные системы управления для боевых и гражданских самолетов. Еще в прошлом столетии в Центральном аэрогидродинамическом институте (ЦАГИ) были заложены принципы создания цифровых систем управления магистральными самолетами, и для Sukhoi Superjet 100 в тесном взаимодействии со специалистами "Гражданских самолетов Сухого" была создана наиболее совершенная система, когда либо применявшаяся на пассажирских авиалайнерах. О ее особенностях и преимуществах рассказывает заместитель начальника отделения динамики полета и систем управления (НИО-15) ЦАГИ Юрий Шелюхин.
- Уникальность самолета Sukhoi Superjet 100 в том, что впервые в мире для самолетов такого класса была создана цифровая электродистанционная система управления без тяжелой механической аварийной системы. На подавляющем большинстве самолетов и такого, и более высокого класса, механическая система сохраняется - она присутствует и на Ту-334, и на Ан-148, и на более тяжелых Airbus A320, Boeing 737 и даже Boeing 777. Сегодня за рубежом только один сертифицированный пассажирский самолет не имеет механической аварийной системы управления - это Airbus A380. То есть, я считаю, что сделан важный шаг к созданию надежной, многоуровневой, резервированной электродистанционной системы управления.
В этом самолете все построено на цифровой технологии. Есть основной контур управления, который построен на строенном вычислителе, каждую из граней которого составляет разнородная резервированная пара и программного, и аппаратного комплексов. Разнородная пара - это когда используются и различные процессоры, и различные операционные системы. Резервный контур также построен по принципу использования двух разнородных пар вычислителей.
- Насколько систему управления самолетом можно считать российской?
- "Мозги" в этой системы все российские, а вот реализация - зарубежная, компании Liebherr. Идеология комплексной системы управления разработана в ЦАГИ и частично реализована в системах управления самолетами Ту-204, Ту-214 и Ту-334. Основные принципы уже достаточно хорошо отработаны и получили высокую оценку летного состава, на Superjet эти наработки получили дальнейшее развитие.
Надо отметить, что у нас сложились очень плодотворные отношения с разработчиком, и специалисты "Сухого" предложили множество новых решений и функций, которые были реализованы.
- В чем специфика созданной системы управления, в сравнении с другими самолетами?
- Прежде всего, нам удалось создать очень комфортные условия для пилотирования. Система управления как бы воспринимает желания летчика, прогнозирует его дальнейшие действия, предугадывает и исполняет их. И в то же время, она берет на себя множество рутинных операций.
К примеру, система автоматической балансировки полностью освобождает пилота от всех процедур, причем делает это на динамических режимах. Если летчик хочет выполнить маневр, он отклоняет боковую ручку, создает нужный крен, и переводит ручку в нейтральное положение. А система управления балансирует самолет, выдерживая заданный режим. Система обладает свойствами парирования всех возмущений, которые создаются: к примеру, выпускается механизация - и автоматически парируются все возникающие при этом моменты. Пилот увеличивает или сбрасывает тягу двигателя, появляются моменты, которые также парируются системой. И таких нюансов достаточно много.
- Комфорт, конечно, важен, но ведь прежде всего - безопасность!
- Созданная система управления самолетом обладает, на мой взгляд, самой мощной в мире системой ограничений. То есть пилот, при всем своем желании, по многим параметрам не может нарушить штатный режим полета. К примеру, по углу атаки стоит абсолютное ограничение, то есть летчик не может привести самолет в сваливание. Стоят ограничения по углам тангажа и крена, перегрузкам, максимальной и минимальной скоростям. Впервые скоростные ограничения реализованы через управление тягой двигателя.
- Но ведь автоматы тяги уже давно применяются на воздушных судах, и исполняют роль такого ограничителя?
- Действительно, эта функция реализована на некоторых самолетах, например на Airbus A320. Но на отечественных машинах - впервые. Кроме того, мы применили оригинальный алгоритм управления тягой, который при достижении минимальных скоростей увеличивает тягу. На мой взгляд, он работает более корректно.
Кроме того, помимо ставшей традиционной функции управления рулями, у нас реализована сложная система по управлению механизацией. Это дополнительная защита: к примеру, если самолет тормозится, механизация выпускается автоматически, повышая скорость сваливания. Если самолет при разгоне подходит к границе, определяемой прочностями закрылков, они автоматически убираются.
То есть уровень автоматизации управления на этой машине, я считаю, наиболее высокий, даже по сравнению с самыми "продвинутыми" самолетами в мире. Есть и такие функции, которых просто нет у иностранных разработчиков. Например, ограничение угла тангажа на взлете. Порой летчики при разбеге настолько интенсивно берут штурвал на себя, что лайнер касается хвостом взлетной полосы. А в Superjet стоит ограничитель угла тангажа на взлете. То есть летчик при всем желании не может превысить допустимый угол.
- Как работают эти ограничители?
- При подходе к пороговому значению эффективность отклонения боковой ручки снижается. А уже на граничных значениях при полном отклонении ручки или даче педалей самолет выйти за установленные ограничения не сможет. Так что бочку на нем не сделаешь. Хотя, конечно, в Direct Mode (специальный режим, в котором реализовано "прямое" управление, без ограничителей - "АвиаПорт") эффектный пилотаж показать можно.
- Вы сказали, что аппаратная реализация системы управления была за иностранным партнером. Насколько им это удалось?
- Систему ручного управления реализовала известная фирма Liebherr. Надо сказать, что раньше этот производитель не делал таких сложных систем. Поэтому, в каком-то смысле, мы их обучали созданию быстрых, реагирующих на динамические органы цифровых систем. И определенные проблемы, конечно, возникли: все же мы были первопроходцами. Наверное, самым сложным было построение системы контроля. Дело в том, что вычислители - а это три сдвоенных вычислителя - должны быть выверены по внутренней информации, по состоянию, по переключению из одного режима в другой. Любое нарушение синхронности этих действий приводит к, как мы это называем, "вываливанию в отказ". Сейчас все режимы уже отработаны, самолет летает и показывает стабильность работы системы управления.
- В системе управления самолетом много новых функций и возможностей. Как они были восприняты летчиками?
- Как известно, в процессе летных испытаний на Superjet летали и пилоты ГСС, и зарубежные сертификаторы, и летчики других фирм. Отзывы самые прекрасные. Мы просто можем гордиться своей системой.
- А ограничения их не смущают?
- Мы же ограничиваем параметры движения только тогда, когда это представляет опасность для самолета. Если что-то не представляет опасность - никаких ограничений летчикам, управляй, как хочешь. Но если начинаешь подходить, к примеру, к флаттерной скорости, мы автоматически выпускаем механизацию, не даем к ней пройти. И это правильно.
- Взаимодействует ли система управления с другими системами, к примеру, предупреждения столкновения с поверхностью?
- Сейчас мы говорим про обеспечение безопасности с точки зрения ограничения параметров движения. А ограничения с точки зрения траекторного управления и привязки к местности - это следующий этап. Сейчас для его реализации есть определенные технические сложности. Дело в том, что наши системы многократно резервированы, и обеспечивают необходимую степень защищенности. А вот глиссадные и курсовые маяки, системы предупреждения о столкновении - это системы одноканальные, и сигналы от них для нас являются недостаточными. Так что в систему управления можно заложить алгоритм ухода на второй круг, но активировать его с помощью кнопки должен именно летчик.
- Может быть, это не совсем корректно, но вспомните какое-то авиационное происшествие, которое позволило бы предотвратить наличие такой системы.
- Катастрофа Ту-154 под Донецком, помните? Экипаж загнал машину на высоту, на которой она не должна и не может летать. Система управления выдавала предупреждение, звуковой сигнал, о наступлении опасного режима. А пилот, балансируя на больших углах атаки, продолжал набирать обходить грозовой фронт сверху. Наличие ограничителя угла атаки не позволило бы "свалить" самолет. Аналогично - Ту-154 под Иркутском, когда машина потеряла скорость при заходе на посадку.
Другие случаи - это Boeing 737 под Пермью и A310 под Междуреченском. Там, в силу разных причин, был создан недопустимый крен, что опять-таки привело к сваливанию. Если же стоял ограничитель крена, у экипажа было бы заметно больше времени, чтобы исправить ситуацию. По крайней мере, в случае с аэробусом пилоты успели бы вмешаться в управление.
Олег Пантелеев
