Fly by wire что это
Как посадить самолёт?
Поделиться
Заход на посадку и уход на второй круг — по статистике самые опасные этапы полёта.
Давайте разбираться, как это работает, и пользуясь моментом, посмотрим как устроена электронная система управления современным самолётом.
Но перед тем, как мы начнем, я вынужден обозначить эдакий дисклеймер: я действующий пилот Airbus семейства 320, который является самолетом 4-го поколения (отличительный признак которого — наличие технологии Fly-by-Wire). Соответственно, многие специфические системы и процедуры, описываемые в посте, будут привязаны к данному типу. На других типах (например Boeing 737 Classic/NG/MAX, которые являются самолетами предыдущего, 3-го поколения без технологии Fly-by-Wire) процедуры и логика построения и работы систем может значительно различаться. И да, я не имею отношения к инженерно-авиационной службе и службе ОрВД (организации воздушного движения), поэтому уж простите возможные огрехи в описании матчасти.
Михаил Triplebanana
Краткий ликбез по 4 поколению самолетов (Fly-by-Wire)
Наверное, многие из вас наслышаны о технологии Fly-by-Wire (ЭДСУ или электродистанционная система управления по-нашему). Если кратко пробежаться по истории развития систем управления самолетом, то это выглядело примерно так:
Так чем же хороша система Fly-by-Wire? Давайте посмотрим их в сравнении:
В отличии от классической схемы, где прямая механическая связь (пусть даже через отдельные преобразователи) является правилом, в случае Fly-by-Wire данная связь отсутствует (сейчас опустим тонкости типа управления RUDDER’ом или HORIZONTAL STABILIZER’ом напрямую в режиме MECHANICAL BACKUP, это точно тема для отдельной статьи). Т.е. управляющее воздействие на сайдстик (Airbus) или штурвал (Boeing 777) оцифровывается и передается на FLIGHT COMPUTERS. Кстати, в Airbus их – аж целых 7: 2 ELAC’а (Elevator Aileron Computer), 3 SEC’а (Spoilers Elevator Computer), 2 FAC’а (Flight Augmentation Computer). Далее, исходя из закона управления (FLIGHT CONTROL LAW в терминологии Airbus) и множества других параметров полета, компьютеры выдают сигнал на отработку соответствующих гидроприводов, через которые управляющее воздействие передается аэродинамическим поверхностям.
Так в итоге, зачем была придумана система Fly-by-wire? Как ни странно, в первую очередь для повышения безопасности полетов. Но первыми здесь как обычно были военные, которые преследовали несколько иные цели – например создание аэродинамически неустойчивых сверхманевренных самолетов (у нас одним из первых самолетов с ЭДСУ был Су-27, который на дозвуковых скоростях является аэродинамически неустойчивым). Для гражданской авиации – это позволило ввести дополнительную «защиту от дурака» в виде защит (PROTECTIONS в терминологии Airbus), которые обеспечивают дополнительную защиту от попыток вывода самолета из «нормальных» параметров/режимов полета. По своей сути – набор PROTECTIONS это часть закона управления, который является активным в данное время:
PROTECTIONS в NORMAL LAW собственной персоной
Плюс немаловажный момент: сайдстиком в продольном канале пилот задает перегрузку, а в поперечном – угловую скорость вращения (а не крен и тангаж, как в классической схеме управления). При этом самолет будет самостоятельно выдерживать заданные пилотом параметры, сайдстик можно смело отпустить. Это проявление второй причины внедрения fly-by-wire: гарантированная стабильность и управляемость самолета во всем диапазоне «нормальных» параметров полета. Автотриммирование и отсутствие нагрузок на сайдстике/штурвале — это тоже следствие использования технологии fly-by-wire (хотя, если честно — мне лично отсутствие усилий было сначала крайне непривычно).
При выходе за «нормальные» параметры полета (например, при попадании в сложное пространственное положение из-за неправильного обхода засветки) есть закон управления, называемый ABNORMAL ATTITUDE LAW. При это отключается часть PROTECTIONS (например, нет защиты по перегрузке), уходит автотриммирование, но это сделано для того, чтобы пилот мог максимально эффективно вернуть самолет в «нормальный» режим полета.
Если говорить о Airbus, то в случае наступления отказов разнообразных систем самолета законы управления последовательно деградируют: NORMAL LAW-> ALTERNATE LAW-> DIRECT LAW (здесь самолет из Fly-by-Wire превращается в «классический» самолет предыдущего поколения без защит и автотриммирования)-> MECHANICAL BACKUP (а здесь – остается только прямое управление рулем направления и горизонтальным стабилизатором, но этот режим является скорее «переходным» и не совсем предназначенным для выполнения посадки). Так же и последовательно уменьшается число защит (PROTECTIONS): если в NORMAL LAW самолет имеет защиту по углу тангажа, перегрузке, максимальной скорости полета, углу атаки и углу крена, то данные защиты будут отключатся по мере возникновения отказов систем и деградации законов управления.
К чему я это все рассказал: посадка на самолетах с Fly-by-Wire по технике выполнения очень похожа на то, что мы делаем на классических самолетах, но она имеет определенные особенности, о которых необходимо знать. Более подробно мы все это затронем ниже.
Интересные факты
Подготовка к посадке на эшелоне
Итак, мы летим на крейсерском эшелоне, при подлете к аэродрому назначения примерно за 200 с небольшим миль по VHF радиостанции можно услышать информацию ATIS (Automatic Terminal Information Service) аэродрома назначения. Принимаем погоду, далее с помощью специального программного обеспечения от Airbus, размещенного на бортовых iPad’ах (они же EFB — Electronic Flight Bag), проверяем погоду на предмет соответствия нашим lading performance в частности, соответствия расчетной посадочной дистанции располагаемой длине полосы с учетом текущих погодных условий и коэффициента сцепления на полосе и имеющихся отказов оборудования. Airbus 320 семейства имеет ограничения как по попутному ветру для взлета/посадки, так и по боковому. При этом боковая составляющая ветра с учетом порывов не должна превышать значения, внесенные в AFM (Aircraft Flight Manual, оно же РЛЭ – Руководство по летной эксплуатации) при сертификации самолета. Кроме этого, могут быть дополнительные ограничения в аэропорту назначения/запасным, которые находятся в NOTAM’ах (NOTice To AirMan) – эдакая пачка бумаги, которая обязательно выдается перед вылетом экипажу.
Кроме этого, погодные условия на аэродроме должны соответствовать минимуму самолета, экипажа и аэродрома. Если говорить простым языком – то минимум, это минимально допустимые значения дальности видимости на полосе и высота облачности над ней (профессионалы, молчать! Кому интересно – на том же SKYbrary есть очень много статей, рассказывающих про минимумы их применение).
Если с учетом всех имеющихся ограничений погодные условия позволяют выполнить посадку, а минимум с учетом этих ограничений «проходит» – то экипажем принимается соответствующее решение и начинается подготовка к посадке.
Сама подготовка включает в себя внесение в FMGS (Flight Management Guidance Computer, на Airbus их 2) через мини-клавиатуру с дисплеем MCDU (Multipurpose Display Unit) схем прибытия (STAR, STandard ARrival) и самого захода (Approach, обычно это одна из инструментальных схем захода – например заход по ILS, Instrument Landing system), погоду в аэропорту назначения (давление QNH, температура, ветер) и минимума для соответствующего типа захода.
При этом схема захода берется автоматически из базы FMGS (которая обновляется техническим составом раз в 24 дня на каждом самолете) и обязательно полностью проверяется на соответствие аэронавигационным сборникам. Наша авиакомпания использует сборники фирмы Jeppesen, которые так же размещены в электронном виде на бортовых EFB:
После того, как один из пилотов внес данную информацию, второй проводит проверку внесенных в FMGS данных (crosscheck – это одно из основных правил в авиации). Далее пилот, проводивший подготовку к посадке, зачитывает брифинг. Основная задача брифинга – рассказать об особенностях захода на посадку и ее выполнения, схемы руления после посадки, уход на второй круг. Особое внимание – при категорированных заходах по CAT II/CAT III (заходах с очень низкими минимумами, требующих выполнения специальных процедур) и действиям в случае отказа бортового оборудования в процессе захода или имеющихся отказах на борту самолета. NOTAM’ы со всеми ограничениями разбираются здесь же. После разбора всех имеющихся вопросов мы готовы к посадке, осталось дождаться подхода к точке начала снижения, которая так же рассчитывается автоматически исходя из внесенных в FMGS данных.
Интересные факты
Тот самый принтер (справа внизу)
Снижение и заход на посадку
По своей сути весь процесс полета – это процесс управления энергией. Химическая энергия топлива преобразуется через тягу двигателей и подъемную силу в кинетическую энергию движения самолета и его потенциальную энергию по мере набора высоты, что в сумме дает общую энергию. При снижении – мы наблюдаем обратный процесс, когда вся накопленная энергия расходуется через аэродинамику и снижение высоты таким образом, чтобы получить посадочную скорость и заданную высоту к моменту пролета торца полосы. Исходя из вышесказанного и с учетом отдельных ограничений по скорости/высоте пролета отдельных точек на схеме STAR, ветра, FMGS вычисляет TOD (Top Of Descend, точка начала снижения).
При подходе к TOD пилот, ведущий радиосвязь информирует об этом диспетчера и запрашивает снижение. Учитывая сложность структуры воздушного пространства и наличие отдельных секторов с разбивкой по высотам/географии процесс снижения обычно состоит из отдельных «ступенек» — каждый диспетчер дает разрешение на снижение в пределах своего сектора с последующим переводом на частоту следующего.
Снижение на самолетах семейства Airbus может выполняться в двух режимах: MANAGED и SELECTED. В первом режиме самолет при помощи автопилота (AP, Autopilot) и автомата тяги (A/THR, Autothrust) сам пытается выдержать профиль снижения с учетом всех ограничений выбранной схемы прибытия, пилоты только контролируют то, что делает автоматика. Это не всегда удается, так как кроме профиля и скоростей, посчитанных FMGS, есть параметры, задаваемые диспетчером. Но в любом случае задание высот и перевод самолета на снижение – это ответственность PF. Для этого в самолете есть FCU (Flight Control Unit) – эдакая панель управления автопилотом самолета:
FCU с красивой подсветкой. Второй автопилот и автомат тяги включен
В режиме SELECTED – пилоты сами управляют автопилотом задавая режимы его работы. Типичные параметры – задача вертикальных и поступательных скоростей, так же довольно часто используется векторение (полет по курсу, заданному диспечером).
При этом в нашей авиакомпании (да и во многих других) не запрещено и даже поощряется понижать уровень автоматизации – например отключать автопилот, автомат тяги, директора и выполнять заход полностью на руках. Для примера, вы можете идти в режиме MANAGED с отключенным автопилотом/автоматом тяги или в режиме SELECTED полностью в автомате, или полностью уйти от директоров, включить режим FPV (Flight Path Vector, она же «птичка»). Т.е. пилотирующий пилот всегда может использовать почти любую комбинацию режимов/автоматики. Но важно при этом понимать, что нагрузка на пилотирующего пилота резко возрастает, а пилот, осуществляющий мониторинг, так же тратит ощутимо больше времени на контроль всего происходящего. Поэтому, обычно подобные полеты без автоматики выполняются в незагруженных портах с низким трафиком, дабы не создавать себе проблем на ровном месте.
Что касается ручного пилотирования: при нормальном законе управления (NORMAL LAW) все защиты (PROTECTIONS) будут работать и ограничивать пилотов в попытках выйти за заложенные в систему ограничения. При наличии каких-то отказов, данные PROTECTIONS имеют свойство деградировать, последовательно отключаюсь. Все это обсуждается ранее, на брифинге. При возникновении отказов оборудования – задача пилотов полностью «обработать» данный отказ, выполнив необходимые процедуры используя ECAM (Electronic Centralized Aircraft Monitor, это когда текст процедуры виден непосредственно на одном из дисплеев самолета) и/или QRH и при необходимости повторно принять решение о заходе на посадку с учетом появившихся ограничений.
Грозовые очаги, как их видят пилоты на ND (Navigation display)
При полетах в горной местности используется система EGPWS (Enhanced Ground Proximity Warning System, система предупреждения о близости земли). Она благодаря наличию встроенной базы подстилающей поверхности позволяет дополнительно контролировать пилотам полет препятствий. Данная система включается отдельной кнопкой в кокпите (TERRAIN on ND) и отрисовывает на ND поверхность земли различными цветами — от зеленого до красного. При наличии опасного сближения с землей – самолет дурниной будет орать «PULL UP!» с соответствующей визуальной и звуковой индикацией.
При наличии множества самолетов вокруг в высоконагруженных хабах пилотам может помочь система TCAS (Traffic Collision Avoidance System, она же БСПС – бортовая система предотвращения столкновений). Если пилоты и/или диспетчер допустят потенциально опасное сближение двух самолетов в воздухе, данная система выдаст RA (Resolution Advisory) – команду на изменение/сохранение высоты, которую пилоты выполняют в ручном режиме. Притом, срабатывание системы происходит одновременно на двух самолетах, один обычно уходит в набор, второй – в снижение. Опять же, самолет начинает истошно кричать пилотам: «CLIMB! CLIMB NOW!» или «DESCEND! DESCEND NOW!» в зависимости от сработавшего RA. Если же пилоты следовать командам не будут – то возможны катастрофы как печально известная катастрофа над Боденским озером. Один из ее сопутствующих факторов – противоречивые команды TCAS и диспетчера (один – в набор, второй – в снижение) и нормативные документы, которые требовали приоритета команд диспетчера над командами TCAS. Сейчас же – явно прописан приоритет TCAS над командами диспетчера.
Буквально несколько слов о процедурах в процессе снижения (а Airbus – это самолет в первую очередь процедурный, заточенный под выполнение полета в двухчленном экипаже). При проходе эшелона полета 100, выполняется определенный комплекс процедур. Далее, при проходе эшелона перехода выполняется перестановка давления с «стандартного» — 1013 hPa, оно же Standard (давление, по которому осуществляется полет выше высоты перехода) на давление QNH — давление, приведенное к уровню моря, полученное в ATIS. Ниже эшелона перехода мы летаем только по QNH, никаких QFE как в старые добрые времена. Здесь можно было бы начать очередной небольшой холивар на тему QFE и QNH, но оставим это кому-нибудь другому. Далее, crosscheck установленного давления и APPROACH чеклист. Что касается чеклистов – на Airbus они сделаны не по принципу «read and do» как на некоторых других типах самолетах, а по принципу контроля уже выполненных стандартных процедур (SOP, Standard Operating Procedures). Назначение чек-листа – это не «упустить» процедуры, которые непосредственно влияют на безопасность полета.
Интересные факты
Выполнение посадки
Самолет медленно (со скоростью порядка 250-200 узлов) приближается к точке входа в глиссаду/точку начала снижения. Теперь задача пилотов – обеспечить плавное гашение самолета до посадочных скоростей (порядка 130-140 узлов для A320) с постепенным выпуском механизации и шасси. Пятиминутка аэродинамики: самолет имеет SLATS (предкрылки) и FLAPS (закрылки). Первые нужны чтобы самолет мог лететь на более низкой скорости (и на более большом угле атаки) без срабатывания соответствующего PROTECTION, а вторые – для увеличения подъемной силы ценой увеличения лобового сопротивления (позволяют не увеличивать угол атаки на более низких скоростях для компенсации недостаточной подъемной силы). Без всего этого добра – посадочные скорости были бы порядка 200 узлов, вертикальные – тоже ощутимо выше. Что – небезопасно (времени на исправление ошибки гораздо меньше, а риски если «что то пошло не так» — выше).
Еще небольшое лирическое отступление касательно систем захода на посадку: они бывают точные (в первую очередь это ILS, GLS — GBAS Landing System) – это заходы с вертикальным наведением и неточные (NDB – Non Directional Beacon, он же заход по приводам, VOR, RNAV и т.д.) – это заходы без такового наведения. Для каждого из типа захода на посадку есть т.н. GUIDANCE MODE — по сути режим работы FMGS, который обеспечивает заход самолета на посадку с учетом выбранного типа захода. При этом GUIDANCE MODE может обеспечивать точное наведение самолета по курсу и глиссаде (режимы LOG GS или FINAL APP) так и наведение только в одной плоскости (режимы LOC FPA или NAV FPA) или полностью ручное наведение самолета по заданному курсу/углу снижения (режим TRK FPA). Если суммировать сказанное, то точные заходы — более просты с точки зрения поддержки бортовой автоматикой, неточные — требуют дополнительного контроля как профиля, так и курса захода на посадку, что так же требует дополнительных усилий при заходе. Точные заходы позволяют осуществлять посадку при более низких минимумах, чем неточные.
В свою очередь, точные заходы делятся по так называемым категориям: CAT I, CAT II, CAT III A/B/C с соответствующим минимумом. На бывшей территории Советского Союза наличие ILS в аэропортах было раньше непозволительной роскошью, что не позволяло осуществлять заходы при более низких минимумах (чем точнее система захода – тем ниже минимум аэропорта). Но сейчас почти все большие аэропорты севернее Томска имеют ILS. Заход по приводам на старой технике это было еще то искусство полета… Для примера: если взять всю маршрутную нашией авиакомпании в России – только 22 аэропорта оборудованы системой ILS для захода по II категории и только 5 – для захода по IIIA.
Итак, самолет начинает постепенно гасить скорость и «расчехлять» все вышеописанное добро в виде механизации для захода на посадку. По технике выполнения захода есть две методики: DECELERATED/EARLY STABILIZED APPROACH. В первом случае, который обычно используется при точном заходе и высоких высотах входа в глиссаду (пламенный привет людям, кто делает эту высоту в 300-400 метров) – самолет проходит точку входа в глиссаду с выпущенными SLATS и начинает в процессе снижения постепенное гашение скорости с дальнейшим выпуском SLATS/FLAPS в посадочное положение (не забываем про шасси). Во втором случае (неточный заход) – мы полностью стабилизируемся к точке начала снижения на минимальной скорости в посадочной конфигурации и выполняем дальнейшие снижение. Опять же, все эти процедуры могут быть выполнены как полностью в автоматическом, так и в ручном режиме.
Переводим самолет на снижение, зачитываем LANDING чеклист, получаем от диспетчера разрешение на выполнение посадки. При этом диспетчер обязательно сообщит текущий ветер, если он выходит за наши ограничения – то уходим на второй круг. Почти любое срабатывание сигнализации об отказах ниже 1000 футов над полосой в отсутствии визуального контакта с полосой – тоже уход на второй круг.
Далее, если все хорошо, пролетаем торец полосы и приступаем к выполнению посадки. Теоретически – все просто: «на высоте около 30 футов выполните выравнивание с последующей установкой малого газа и выполните посадку» — примерно так написано в FCOM. FCTM (Flight Crew Technique Manual) уделяет буквально 2 странички данному процессу. Если же попробовать кратко сформулировать, что там описано, то получим:
Летать по проводам: инновационная система управления МС-21 повышает безопасность
В комплексной системе управления самолетов семейства МС-21 реализована технология систем дистанционного управления, или, как это называется за рубежом, fly-by-wire, т. е. «летать по проводам». Это значительно сокращает вес самолета. В МС-21 применяется последнее поколение таких систем с активными боковыми ручками управления, которые совместили в себе преимущества и боковой ручки, и штурвала.
Активная боковая ручка на МС-21 обеспечивает пилоту обратную связь по аэродинамическим условиям полета и приближению к полетным ограничениям. Система автоматического управления обеспечивает полный набор функций управления положением и движением самолета, включая автоматическую посадку по категории IIIB. Подобные инновации позволяют повысить конкурентоспособность МС-21 на мировом рынке. «Мы уверены, что МС-21 будет лучшим в своем классе», – заявил первый вице-президент корпорации «Иркут» Олег Демченко.
Принято считать, что чем проще, примитивнее устройства или механизмы, тем они надежнее, однако это мнение совершенно неверно в случае современных систем управления летательными аппаратами. Электродистанционные системы управления (ЭДСУ) в совокупности с цифровой системой автоматического управления (САУ) дают фору прежним механическим и гидравлическим системам, использовавшим тросики и гидромагистрали.
Трос, гидравлика, провод
Первый в истории задокументированный управляемый полет на механизме, оторвавшемся от земли с помощью тяги двигателя, состоялся 17 декабря 1903 года в 10:35 утра в шести милях к югу от городка Китти-Хок, штат Северная Каролина. Там Орвилл Райт поднял созданный совместно с братом Уилбуром летательный аппарат Flyer («Флайер»). Орвилл пролетел на нем за 12 секунд всего 37 м, но это был управляемый полет, в завершении которого Орвилл выполнил успешную посадку.
Управление первым в мире летавшим самолетом было по нынешним меркам достаточно экзотическим: пилот располагался в нем лежа на нижнем крыле; по бокам от него находились деревянные рамки, которые Орвилл Райт двигал бедрами; от этих рамок шли тросы к концам крыльев. Тросы обеспечивали перекашивание крыла, увеличивая угол атаки на конце одного крыла и одновременно уменьшая угол атаки на конце другого, – так на райтовском «Флайере» создавалось управляющее воздействие для поперечных перемещений. Идею братья могли почерпнуть из живой природы: именно таким образом маневрируют в полете птицы. До сих пор подобный метод применяется на самолетах с помощью элеронов.
На последующих моделях самолетов для управления стали использоваться штурвалы и педали, от которых шли те же тросики к органам управления. Однако очень скоро самолеты стали тяжелее, и для того чтобы управлять ими, требовались все бо́льшие отклоняемые поверхности. Пилот должен был обладать уже недюжинной силой, чтобы крутить штурвал. В помощь ему на борту появились гидроусилители.
Следующим этапом стала замена гидроприводов электрическими моторами. Первым это сделал еще в 1934 году Андрей Николаевич Туполев. ЭДСУ стояла на агитационном самолете АНТ‑20, получившем личное имя «Максим Горький». Этот 42-тонный восьмимоторный гигант был самым большим самолетом своего времени. Чтобы уменьшить массу машины, Туполев решил заменить обычные тогда механические и гидравлические тяги и гидроприводы на провода с электрическими сервоприводами.
Коммерческое авиастроение более консервативно ко всем нововведениям. Кроме того, на пассажирских самолетах не требовалась сверхманевренность, однако вскоре стали очевидны выгоды от использования ЭДСУ и для этих воздушных судов. Оказалось, что с помощью fly-by-wire можно снизить массу самолета, используя на нем управляющие поверхности меньшей площади, а это ведет к снижению расхода горючего. Например, по данным компании Embraer, использование ЭДСУ на самолетах E-Jets E-1/E-2 за счет уменьшения размеров и массы его стабилизатора и улучшения общей аэродинамики сокращает расход топлива на 1,5 %. Кажется, это немного, но если за время всего жизненного цикла такой самолет сжигает 110 тыс. тонн горючего, то только за счет ЭДСУ можно сэкономить на одном самолете 1 650 тонн! Это хороший аргумент для покупателя воздушного судна.
Так с 1980-х годов и на коммерческих самолетах стали устанавливать ЭДСУ. Использование же программного обеспечения, запрещающего выполнять недопустимые маневры или выходить на запредельные режимы, позволило существенно поднять уровень безопасности пассажирских лайнеров.
О надежности ЭДСУ говорит статистика: по состоянию на сентябрь 2018 года компанией Airbus выпущено более 8,4 тыс. самолетов типа A320, оснащенных ЭДСУ. Из них по вине техники было лишь две катастрофы. После инцидентов программа компьютеров ЭДСУ была доработана, чтобы исключить их повторение. Благодаря высокой надежности ЭДСУ коммерческие самолеты последнее время начинают летать только «по проводам», не имея в своем составе даже аварийной механической системы управления.
До недавнего времени самой современной цифровой ЭДСУ в России оснащался самолет Sukhoi Superjet 100 (SSJ100), созданный компанией «Гражданские самолеты Сухого» (ГСС). На нем установлена система, управляющая полетом, уборкой и выпуском шасси, а также тормозной системой. Отказобезопасная архитектура системы дистанционного управления позволила полностью отказаться от механического резервирования.
На SSJ100 впервые в России была применена алгоритмическая защита от касания хвостом взлетно-посадочной полосы на случай ошибки летчика при взлете. По словам начальника летной службы ГСС, старшего летчика-испытателя Сергея Коростиева, «в “суперджете” реализованы на хорошем уровне “защита от дурака” и “помощь умному”». Помимо программных запретов на выход самолета на запредельные режимы (это и есть так называемая «защита от дурака»), ЭДСУ SSJ100 взяла на себя управление механизацией крыла, которая самостоятельно выпускается перед началом разгона и сама же убирается при торможении. Кроме того, на «суперджете» установлены ограничение угла тангажа на взлете и индикация текущей величины угла атаки, что повышает безопасность полетов и существенно облегчает работу пилотов.
Все алгоритмы управления «суперджетом» были разработаны российскими специалистами в Центральном аэрогидродинамическом институте им. профессора Н. Е. Жуковского (ЦАГИ). «Нам удалось создать очень комфортные условия для пилотирования SSJ100. 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, – говорит заместитель начальника отделения динамики полета и систем управления (НИО-15) ЦАГИ Юрий Шелюхин. – 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 создаваемых возмущений: к примеру, выпускается механизация – и автоматически парируются все возникающие при этом моменты. Пилот увеличивает или сбрасывает тягу двигателя – появляются моменты, которые также парируются системой».
Разработчики SSJ100 из ГСС отказались от установки на нем аварийной механической системы управления, как это до них сделал лишь Airbus на своем гиганте A380. Благодаря этому был существенно снижен вес системы управления самолетом, что дало SSJ100 дополнительные конкурентные преимущества перед аналогами из того же класса воздушных судов.
Как пишет главный редактор журнала «Авиатранспортное обозрение» Алексей Синицкий, «появление ЭДСУ на самолете SSJ100, причисляемом к классу региональных самолетов, отчасти послужило стимулом к внедрению подобных систем на новых поколениях самолетов Embraer E-2 и Bombardier CSeries, так что ЭДСУ становится фактически стандартом реактивных пассажирских самолетов».
«Здорово такой системой управлять»
Система ЭДСУ среднемагистрального самолета МС-21 также обеспечивает лучшую экономику и высочайшую безопасность. Интеграцию бортового радиоэлектронного оборудования нового самолета провела компания «ОАК – Центр комплексирования», головной разработчик и поставщик программного обеспечения – концерн «Радиоэлектронные технологии» (КРЭТ) госкорпорации «Ростех».
Одной из особенностей этого новейшего российского лайнера стал самый большой диаметр фюзеляжа в данном сегменте воздушных судов, что создает больший комфорт для пассажиров. Кроме того, МС-21 обладает большой площадью крыла, что необходимо для создания модификации с удлиненным фюзеляжем и, соответственно, повышенной вместимостью. Пойти на такие решения, влияющие на аэродинамику лайнера, стало возможным только благодаря использованию ЭДСУ. Благодаря «полету по проводам» хвостовое оперение МСа можно было сделать меньше, чем при старых методах управления.
Прекрасную оценку лайнеру в целом и его ЭДСУ дали летчики-испытатели корпорации «Иркут», выполнившие на нем первые полеты. «До МС-21 я не проводил испытаний гражданских самолетов ОКБ Яковлева, – рассказывает заслуженный летчик-испытатель Российской Федерации, Герой России Роман Таскаев, выполнивший 28 мая 2017 года вместе с Олегом Кононенко первый подъем самолета МС-21. – В то время, когда поднимали в воздух старые машины, я летал на микояновских истребителях. Про преемственность могу сказать только одно: система управления, которая стоит на учебно-боевом самолете Як-130 и делает этот самолет супербезопасным, применяется и в МС-21. Этот интеллект, эти наработки, которые мы сделали в ходе испытаний Як-130, очень комфортные. Очень здорово такой системой управлять. И, естественно, она обладает высочайшей степенью безопасности». По словам Таскаева, высокоинтеллектуальная система управления предохраняет летчика от попадания на запредельные режимы, такие как сваливание и штопор.
Одной из «изюминок» самолета МС-21 стала его активная боковая ручка управления. «Для комфортности управления самолетом, для повышения качества обучения летчиков установлена новая ручка управления, – рассказывает Роман Таскаев. – Сейчас на Airbus’ах применяется не обычная штурвальная система, а боковые ручки управления, которые разгружают переднюю часть приборной доски для летчика. Но на Airbus’ах ручка, скажем так, пассивная, т. е. каждый летчик управляет своей ручкой, не чувствуя, что при этом делается у другого летчика. У нас на МС-21 при управлении одним летчиком рукоятка у второго летчика перемещается, давая понимание, что делать первому. Это важно, особенно при обучении».
Также активная боковая ручка управления позволяет пилоту чувствовать опасность. При приближении к полетным ограничениям ручка начинает вибрировать, имитируя тряску всего самолета. Тем самым, помимо визуальных ощущений пилот получает еще и тактильные, улучшающие контроль за каждым маневром самолета.
Сегодня подобные активные боковые ручки управления стоят лишь на сравнительно небольших бизнес-самолетах G500/G550 американской компании Gulfstream, а также на экспериментальном военно-транспортном самолете KC-390 бразильской компании Embraer. МС-21 стал первым большим пассажирским лайнером в мире, снабженным таким девайсом. Планируется, что активные боковые ручки управления самолетом будут сертифицированы Европейским агентством по безопасности авиаперевозок (EASA) одновременно с самим самолетом МС-21.
Активная боковая ручка управления очень удобна и при работе автопилота. При выполнении маневров в таком режиме полета она также перемещается, тем самым наглядно демонстрируя летчикам, что делает их автоматический «коллега».
По результатам испытания пилоты МС-21 отметили, что использование таких ручек значительно повысило информированность о взаимных действиях, существенно улучшило качество совместного управления по сравнению с обычными боковыми ручками, используемыми сейчас на пассажирских самолетах. Инновация значительно повысила взаимопонимание между членами экипажа, практически исключив вероятность их нескоординированных действий.
Одной из инновационных разработок для самолета МС-21 стало создание системы управления общесамолетным оборудованием СУОСО-МС-21. СУОСО интегрирована практически во все основные системы самолета (гидравлическую, шасси, электроснабжения, кислородную и т. д.). Она является системой, которая обеспечивает управление, сигнализацию и контроль технического состояния самолетных систем.
СУОСО-МС-21 создана компанией «Ульяновское конструкторское бюро приборостроения» (УКБП), имеющей многолетний опыт разработки такого рода оборудования. Фирма входит в состав концерна КРЭТ. Ранее УКБП создало системы управления общесамолетным оборудованием для Ил-96-400 (СУОСО-400Т), Як-130 (СУОСО-130), Ту-204СМ (СУОСО-204), а также системы управления общевертолетным оборудованием для Ка-226 (СУОВО-226) и Ми-171А2 (СУОВО-В1). Эти системы позволяют значительно уменьшить нагрузку на летчиков, повысить безопасность полета. В проектах Ту-204СМ и Ми-171А2 использование СУОСО обеспечило переход на двухчленный экипаж.
При разработке системы для самолета МС-21 был применен анализ информационно-управляющего поля кабины самолета, что предопределило архитектуру системы. В ее состав вошли блок вычислитель-концентратор БВК-12, блок преобразования сигналов БПС-14, блок защиты и коммутации БЗК-1, блок управления обогревом стекол БУОС-1.
Внедрение системы позволило реализовать функцию вторичного распределения электроэнергии твердотельными блоками защиты и коммутации, а также функцию защиты сопрягаемых систем и фидера самолета от перегрузок по току. Кроме того, СУОСО-МС-21 обеспечила снижение массы и номенклатуры средств управления и контроля общесамолетного оборудования. Она повысила глубину контроля общесамолетного оборудования, понизив вероятности отказов каналов управления систем, сократив время обслуживания и предполетной подготовки. С помощью СУОСО-МС-21 была реализована отказоустойчивость разнородной архитектуры системы управления.