Появилась необходимость в четкой информационной, индикационной и алгоритмической увязке всех этапов боевого применения истребителя с учетом эргономических требований к бортовым системам, накладываемым наличием летчика, являющегося главным в процессе управления при применении оружия на всех режимах боевого полета. В этой связи существенное значение приобрела помощь летчику и его разгрузка от вычислительных и многих двигательных операций, т. е. автоматизация процессов целераспределения, наведения, прицеливания, атаки и управления самолетом. Процесс автоматизации боевого управления истребителем затрагивает различные бортовые системы, в том числе навигационные и прицельные устройства, систему управления вооружением, систему автоматического управления полетом. Задача автоматизации требует комплексного подхода к ее решению; только в этом случае может быть достигнут максимальный результат в увеличении эффективности боевых действий. Рассмотрим некоторые из направлений автоматизации режимов применения истребителей.
1. Автоматизация разработки и выполнения полетного задания. В первую очередь сюда относится проведение предварительных штурманских расчетов, планирование боевой операции, а также текущая (в процессе полета) корректировка маршрута при изменяющейся воздушной обстановке и формирование команд бортового наведения, аналогичных командам наведения ПН.
Это предусматривает постоянный контроль возможностей самолета в части достижения конечных условий по топливу, оптимизацию вертикальных профилей и маршрутов полета.
2. Автоматизация процесса получения информации о цели. К этому направлению можно отнести автоматизацию процессов поиска и обнаружения цели, автоматическое сопровождение и слежение за целями, обеспечение процессов отождествления, распознавания целей и целераспределения, автоматизированный ввод информации о цели в бортовые системы обработки, получение интегральной, обобщенной информации о внешней обстановке для облегчения восприятия ее в боевых условиях.
3. Автоматизация обработки информации о собственном самолете и его координатах относительно ведущего группы, о цели и их относительном движении для выполнения задач целераспределения и наведения, особенно при маневрировании и радиопротиводействии атакующих целей. При этом возникает необходимость комплексного использования навигационной, пилотажной и прицельной информации, а также информации от внешних источников. Серьезные задачи по обработке информации возникают при групповых действиях, при атаках нескольких целей, в условиях разрывной и неполной информации.
4. Автоматизация процессов управления истребителем на этапах боевого применения. Выбор уровня автоматизации должен быть произведен с учетом наличия и участия в управлении летчика по ожидаемому увеличению боевой эффективности и безопасности полета. При автоматизации управления большое внимание уделяется формированию алгоритмов управления истребителем при боевом маневрировании с целью эффективного использования вооружения.
5. Повышение тактико-технических характеристик истребителя путем автоматизации. Это новое направление совершенствования характеристик и параметров боевого самолета использует специальные автоматические системы и цифровые системы дистанционного управления. Появляются возможности существенного увеличения маневренности, улучшения характеристик устойчивости и управляемости; обеспечение устойчивости с помощью автоматики позволяет изменять требования к аэродинамической компоновке самолета; обеспечивается рост полезной нагрузки и снижение массы самолета; открывается перспектива более гибкого и полного использования несущих свойств самолета. В течение последних десятилетий в МНИИПА и 2-м ЦНИИ МО были разработаны программы полета на перехват, а в ГосНИИАС, ЦАГИ и других организациях- принципы автоматизации управления и алгоритмизации задач боевого применения истребителей-перехватчиков, основы которых реализованы в бортовых системах ряда авиационных комплексов (МиГ-25П, Су-15, МиГ-23П, МиГ-25ПД); в них заложены автоматизированные (автоматический и директорный) режимы управления на всех этапах командного (наземного) наведения. В этих же комплексах была отработана и внедрена автоматизированная система управления на этапах атаки воздушной цели управляемыми ракетами: автоматический режим управления при самонаведении на истребителях МиГ-25П, Су-15, МиГ-25ПД, директорный режим управления при бортовом наведении (атаке) истребителей МиГ-23МЛ, МиГ-23П. Элементы объединенной системы управления вооружением и полетом, реализованные в бортовых системах упомянутых истребителей, включали:
• автоматическое вычисление ошибок прицеливания в соответствии с заложенным законом наведения перехватчика на воздушную цель;
• автоматическое вычисление и индикацию сигналов готовности оружия и разрешения пуска;
• формирование сигналов управления истребителем по информации, поступающей от БРЛС, СВС, ПНК и других источников;
• формирование сигналов на рули (в автоматическом режиме);
• выполнение команд наведения, передаваемых по командной радиолинии управления от наземных АСУ.
Рассмотрение состояния проблемы автоматизации управления истребителями 70-х годов при боевом применении показало недостаточность достигнутого уровня автоматизации и степени комплексирования режимов управления при назначении траекторий и профилей, составлении маршрута, наведении, атаке, при полуавтономных и групповых действиях. Алгоритмы управления, заложенные в вычислителях СУВ и САУ этих комплексов перехвата, зачастую составлялись несогласованно, отдельно, иногда повторялись или даже не соответствовали друг другу. Вызвано это раздельным формированием идентичных законов управления, составленных часто без учета требований одной системы к другой. В бортовых системах истребителя Су-27 применен комплексный подход к формированию алгоритмов управления, решению боевых задач и к их аппаратурной реализации, учитывающий как требования прицеливания и обеспечения условий применения оружия, так и требования организации режимов управления самолетом с участием летчика. Одним из путей построения комплексной системы управления полетом и вооружением на этапах ракетного боя является совместная (комбинированная) система управления самолетом при атаке и прицеливании, в которой СУВ формирует и индицирует метки управления в полном диапазоне ошибок и условий атаки, летчик в соответствии с этими сигналами отрабатывает их путем перемещения РУС и РУД, а САУ берет на себя автоматическое управление в ограниченном диапазоне перемещения рулей. В интегрированной системе управления и наведения при полуавтономных действиях на этапах дальнего наведения функцией СУВ являются: решение задачи наведения по информации, поступающей от внешних АСУ или других источников, формирование траектории полета, а также разовых команд, определяющих режим управления. В задачи САУ входит вычисление командных сигналов управления, выбор участков и профилей полета в соответствии с логикой управления и отработка с помощью автоматического контура потребных величин управляющих сигналов. Комплексный подход к формированию алгоритмов управления при атаке воздушной цели включает:
• выполнение требований прицеливания в соответствии с выбранным методом самонаведения при учете особенностей и ограничений информационных систем;
• обеспечение условий применения оружия (формирование зоны разрешенного пуска и вывод самолета в эту зону с выдерживанием заданного времени нахождения в ней и ограничений по БРЛС, ОЛС и ракетам);
• приемлемое качество управления по заданной траектории (динамика переходных процессов, точность управления);
• обеспечение требований безопасности боевых маневров;
• эргономические требования к индикации, к обработке информации и способам управления;
• учет маневренных характеристик и ограничений истребителя (по скоростям и высотам полета, по перегрузкам и углу атаки, по силовой установке) при формировании алгоритмов управления;
• учет динамики канала углового сопровождения БРЛС и рулевых приводов самолета;
• рациональное распределение функций между СУВ и САУ в части решения задач управления.
Состояние автоматизации решения боевых задач современных истребителей-перехватчиков
На борту перехватчика МиГ-31 реализованы следующие виды автоматизации управления:
а) автоматический способ пилотирования - при командном наведении и на дозвуковых скоростях при самонаведении;
б) директорный способ пилотирования - на этапах командного наведения и самонаведения;
в) ручной автоматизированный способ пилотирования - на режимах самонаведения при неполной информации о цели и в ближнем воздушном бою;
г) директорно-командный способ управления сектором газа - при командном наведении.
Алгоритмизировано и автоматизировано решение следующих задач боевого применения:
• командное наведение по данным наземной АСУ и АК РЛДН;
• самонаведение перехватчика на воздушную цель;
• вычисление зон разрешенного пуска для ракет и подготовка ракет к пуску;
• автоматическое целеуказание ГСН ракет и подготовка ракет к пуску;
• прицеливание в режиме применения стрелково-пушечного вооружения;
• формирование и индикация режимов управления и условий пуска;
• обработка информации о цели от БРЛС и теплопеленгатора с определением координат цели;
• бортовое наведение и поиск в горизонтальной плоскости по координатной информации от НАСУ;
• информационное обеспечение групповых действий.
б) автоматический (с помощью САУ) способ пилотирования в режиме самонаведения с применением РСД и РМД до середины зоны разрешенного пуска;
в) комбинированный (от СУВ) способ пилотирования в режиме самонаведения с применением РСД и РМД, включая отворот;
г) ручное автоматизированное управление по информации на ИЛС в режиме прицеливания в ближнем маневренном бою;
д) директорное управление сектором газа на этапах дальнего наведения (от САУ) и самонаведения (от СУВ).
В математическом обеспечении СУВ С-27 функционирует главная управляющая программа (ГУП) - диспетчер системы управления вооружением и полетом истребителя Су-27. В зависимости от положения переключателей на пульте управляющая программа формирует режимы работы всей системы, определяет номенклатуру и порядок использования алгоритмов, а также частоту их счета. Программа-диспетчер переключает режимы функционирования, определяет ведущий информационный канал (радиолокационный, оптико-локационный, нашлемное целеуказание, оптика) и осуществляет взаимное целеуказание между ними, обеспечивая работу комплекса в сложной помеховой обстановке. На самолете Су-27 алгоритмизировано и автоматизировано решение следующих задач боевого применения:
• логика выбора и взаимодействия систем алгоритмов (ГУП);
• обработка информации о цели от БРЛС и ОЛС;
• вычисление зон пусков ракет средней и малой дальности, подготовка ракет к пуску, выработка и индикация команд разрешения пуска;
• управление ракетами (целеуказание и радиокоррекция), обеспечение подсвета цели для радиолокационных головок;
• прицеливание при стрельбе из пушки по информации от БРЛС и ОЛС;
• командное наведение по сигналам от наземной АСУ и АК РЛДН;
• бортовое наведение и бортовой поиск в горизонтальной и вертикальной плоскостях с формированием команды "Вертикаль" (без учета запаса топлива);
• самонаведение на воздушную цель по информации от БРЛС и ОЛС с автоматическим выбором метода наведения в зависимости от оружия и полноты информации о цели;
• формирование траектории в вертикальной плоскости при самонаведении (управление по высоте и скорости) с учетом ограничений;
• логика и автоматизация окончания атаки и выхода из нее;
• предупреждение летчику о приближении к опасному режиму;
• имитация команд от НАСУ, АК РЛДН, СУВ на режимах КН, БН, БП для учебно-боевых действий.
Можно отметить некоторые недостатки системы управления вооружением и полетом истребителя Су-27 с точки зрения автоматизации боевых режимов, часть из которых предполагается устранить при модернизациях:
• отсутствует алгоритмизация и автоматизация атаки нескольких целей в режиме сопровождения "на проходе";
• не автоматизировано управление самолетом при групповых действиях;
• не автоматизировано управление истребителем при применении стрелко-во-пушечного вооружения;
• отсутствует алгоритмизация режима "Дуэль" в дальнем ракетном бою;
• при бортовом наведении и поиске не учитывается запас топлива, т. е. не решается рубежная задача.
Принципы построения комплексной системы управления вооружением и полетом
Анализ стоящих перед авиационным комплексом боевых задач, оценка требований боевого управления самолетом, опыт алгоритмизации режимов управления современных и разрабатываемых истребителей обосновывают необходимость организации специальной комплексной системы управления вооружением и полетом КСУВП, которая функционально может быть обозначена как бортовая система управления (БСУ). Система эта представляет собой человеко-машинный комплекс в составе летчика (экипажа), информационно-управляющих устройств кабины, датчиков и информационных систем, специального математического обеспечения БЦВМ системы управления вооружением, навигационного комплекса и системы автоматического управления, реализующий принципы алгоритмизации и автоматизации режимов управления. Решение задач управления на боевых режимах производится с помощью структурного и аппаратного комплексирования КСУВП с различными функционально законченными системами и датчиками, а также алгоритмического и информационного взаимодействия блоков и систем алгоритмов, входящих в состав математического обеспечения КСУВП. Комплексирование частных алгоритмов, групп и систем алгоритмов в бортовую систему управления должно обеспечить эффективное решение всех поставленных задач управления, полную реализацию возможностей авиационного комплекса и бортовых систем, организацию взаимодействия между различными элементами и блоками алгоритмического обеспечения, освобождение летчика от выполнения функций нетворческого характера. Системный синтез алгоритмов КСУВП предусматривает создание структуры формирования и распределения управляющих воздействий и информационного обмена, обеспечивающего высокий уровень динамических, точностных и боевых показателей качества управления. Задачи и особенности формирования единого бортового комплекса управления становятся яснее и очевиднее, если использовать понятие информационных процессов, введенное в. В бортовой системе управления производится целенаправленная и упорядоченная передача и обработка сигналов и команд, отвечающих физическому содержанию элементов и устройств, входящих в состав КСУВП. Центральным элементом синтеза КСУВП является создание модели передачи информации, не связанной с сущностью конкретного технического устройства. В такой модели главное внимание уделяется информационному процессу, включающему в себя формирование вектора состояния, процессы измерения, оценивания и идентификации, процессы оптимизации, построения и выбора траекторий движения в соответствии с целями управления, коррекцию траектории и характеристик объекта, расчет управляющих воздействий на исполнительные органы. Подходы, изучающие и исследующие наряду с другими физическими процессами информационные, стали интенсивно применяться в связи с переходом от аналоговой элементной техники к цифроаналоговым и полностью цифровым системам на борту. Дело в том, что переход к цифровым вычислителям ознаменовал создание бортовой вычислительной системы, в которой реализация функций преображающих, усилительных, управляющих, корректирующих и большей частью измерительных устройств в значительной степени связана с использованием математического обеспечения. Вычислительная система может включать в себя центральную БЦВМ, а также вычислители функционально связанных систем, входящих в состав КСУВП. Основой их взаимодействия является организация информационных потоков и оптимизация информационных процессов. Процесс управления полетом определяется информационным взаимодействием при выполнении в определенном порядке операций наблюдения, обработки информации, формирования цели системы, построения траектории и выработки сигналов управления. Достижение целей функционирования авиационного комплекса и его систем обеспечивается за счет выбора соответствующих режимов выполнения операций, которые с информационной точки зрения полностью определяются бортовыми алгоритмами. Для этого объекта именно благодаря системному характеру разработки информационного и алгоритмического обеспечения и создания единого комплекса систем управления удалось решить ряд совершенно новых задач управления, в том числе программное управление в вертикальной плоскости при автономных действиях, формирование профиля полета на перехват или на заданный рубеж за минимальное время. Указанные функции, отсутствовавшие в авиационных комплексах и существенно повысившие боевые возможности перехватчика, реализуются в первую очередь благодаря информационному взаимодействию, распределению частных задач между математическим обеспечением БЦВМ СУВ и САУ и системному проектированию логики работы этих вычислителей. Как и любой современный интегрированный комплекс, бортовая система управления КСУВП представляет собой многорежимную систему, обладающую иерархической многоуровневой структурой. Уровни иерархии обычно классифицируются по признакам приоритетности задач управления, причем верхний уровень обязательно включает человека (летчика или штурмана-оператора), берущего на себя функции принятия решения и выбора стратегии управления. Исходя из указанного подхода, в соответствии с уровнями задач и алгоритмов, в структуре бортовой системы управления можно выделить ряд уровней управления, составляющих в общем случае три глобальных уровня:
• интеллектуальный уровень;
• траекторный уровень, включающий уровень формирования траектории и уровень управления по траектории;
• уровень реализации управления, состоящий из автопилотного уровня и пилотажного уровня.
Интеллектуальный уровень представлен летчиком (экипажем) совместно с информационно-управляющим полетом кабины и системой поддержки принятия решений, на которого возлагаются функции: оценка текущего и прогнозируемого состояния, выбор способа боевых действий, формирование и реализация целей управления. К выходным данным этого уровня относятся: способ действий, режим наведения, критерий оптимизации, назначение целей на атаку, способ пилотирования и др. Формирование траектории осуществляется с помощью математического обеспечения БЦВМ. В функции алгоритмического обеспечения этого уровня входят: построение, назначение, выбор или поиск траектории полета; формирование маршрута или программы полета на боевое применение; выбор метода наведения; назначение заданного положения для взаимодействующих истребителей; отыскание или прогнозирование траектории, оптимизированной по выбранным на интеллектуальном уровне критериям.. Реализация указанных функций осуществляется либо с помощью разветвленной логики и диспетчеризации по выбору априорно заложенных коэффициентов усиления, законов управления, сигналов и команд, либо с использованием текущей оптимизации, например по интегральным показателям качества. Целью функционирования данного уровня управления следует считать вычисление управляющих сигналов по перегрузке пузад, по крену узад , по сектору газа арудзад , обеспечивающих выполнение заданных программ, траекторий или профилей движения. Автопилотный уровень управления обеспечивается системой отработки заданных управляющих сигналов, системой стабилизации и автоматом тяги, входящих в состав САУ. Целью уровня является формирование и выдача на сервоприводы и другие исполнительные механизмы сигналов, реализующих отработку заданных старшим уровнем команд и выдерживание ряда пилотажных ограничений. На этом уровне выполняются также автономные режимы управления, например стабилизация высоты, углового положения самолета, скорости, приведение к горизонтальному полету. Пилотажный уровень управления представлен системой улучшения устойчивости и управляемости и исполнительными механизмами (системы СУУиСДУ). В конце 70-х годов в разработке бортовых систем тактических самолетов США также наметилась тенденция целенаправленного объединения отдельных функциональных систем, которая характеризуется, в частности, комплексным сопряжением САУ и СУВ в единую систему типа КСУВП. При этом необходимо было обеспечить высокий уровень автоматизации процессов прицеливания и пилотирования, включая критические по времени режимы атаки, в ходе которых рабочая нагрузка превышает физические и физиологические возможности летчика. Первоочередной задачей автоматизации явилась организация управления траекторией полета и пространственным положением самолета при боевом маневре в процессе прицеливания. Как отмечается в иностранной печати, основными предпосылками комплексного подхода к проектированию бортового оборудования перспективных самолетов являются:
• существенное расширение объема и сложности выполнения боевых задач;
• повышение функциональных и технических возможностей аппаратных и программных средств БРЭО на основе перспективной архитектуры цифрового бортового комплекса (БЦВС, интерфейсов, оконечных устройств и устройств сопряжения, программного обеспечения БЦВМ);
• увеличение номенклатуры образцов авиационного оружия, а также технических средств бортового оборудования.
Комплексная система управления
Под комплексной системой управления (КСУ) понимается перспективная бортовая система автоматизированного управления всеми перемещениями самолета. Она представляет собой совокупность функционально связанных систем, устройств и вычислительных средств, обеспечивающих решение задач пилотажного комплекса на этапах боевого применения и навигации. Основными функциями КСУ истребителя при его боевом применении являются:
• формирование команд управления истребителем по информации от системы управления вооружением, навигационного комплекса и других источников для автоматизированной отработки ошибок наведения и прицеливания;
• формирование сигналов на рули (в автоматическом режиме) и/или на командные приборы и систему индикации (в автоматизированных режимах пилотирования);
• выполнение логики и команд наведения, передаваемых по командной радиолинии управления от внешних АСУ или других бортов;
• электродистанционное управление при всех способах пилотирования;
• аппаратурное и алгоритмическое обеспечение безопасности выполнения всех видов боевых маневров;
• управление передачей данных внутри КСУ и организация связей с взаимодействующими системами;
• осуществление интегрального контроля всех аппаратных средств КСУ;
• реализация сбора, переработки и выдачи на индикацию летчику интегрированной информации;
• обеспечение полного использования возможностей человека и систем управления по эффективному решению задач, связанных с боевым применением самолета в различных условиях.
В состав комплексной системы управления перспективного истребителя включены:
• система улучшения устойчивости и управляемости совместно с системой дистанционного управления (СУУ с СДУ);
• система контроля и безопасности (СКиБ);
• система автоматического пилотирования (СА11);
• система траекторного управления (СТУ);
• автомат управления тягой (АУТ).
Кроме того, предстоит оценить эффективность использования и возможности реализации следующих систем:
• системы активного управления;
• системы непосредственного управления силами;
• системы обработки информации, оценки состояния и параметров.
Применительно к многофункциональному истребителю можно указать задачи, которые должна решать каждая из систем, входящих в КСУ. Система улучшения устойчивости и управляемости самолета включает систему дистанционного управления и обеснсчивасг высокие характеристики устойчивости и управляемости при ручном и автоматизированном пилотировании на всех режимах полета самолета, в том числе вблизи максимально допустимых углов агаки, эволютивнои скорости, на максимальных высотах и скоростях. Она должна также обеспечивать устойчивость системы "СУУ -самолет" при статической неустойчивости истребителя. Система дистанционного управления строится с использованием перекрестных связей между каналами, скоростных и позиционных угловых координат совместно с ограничителями угла атаки. Система контроля и безопасности должна осуществлять:
• интегральный контроль на аппаратном и программном уровнях;
• обеспечение безопасности полета при боевом маневрировании.
Повышение уровня безопасности обеспечивается реализацией комплекса специальных мер, в том числе:
• увеличением надежности вычислительных и исполнительных устройств систем управления (уменьшение интенсивности отказов, обеспечение информационной и структурной избыточности, расширенный встроенный контроль);
• формированием ограничительных контуров (ограничение команд по пе-рс1рузкс, крену, углу наклона, углу атаки, высоте, скорости);
• предупреждением и сигнализацией летчику о подходе к опасному режиму;
• распознаванием и парированием отказов, ограничением опасных последствий отказов элементов систем.
Система автоматического пилотирования решает следующие задачи:
• автоматическая стабилизация углового положения самолета (по тангажу, крену и курсу);
• автоматическая стабилизация барометрической высоты и числа М полета;
• автоматическое приведение к горизонтальному полету из любого пространственного положения;
• автоматическое и ручное триммирование (балансировка) по крену, тангажу и рысканию;
• обеспечение автоматического пилотирования при наведении, маршрутном полете и возвращении (на транспортном этапе);
• автоматизированное управление истребителем при атаке воздушных целей по командам прицельного комплекса (системы управления вооружением).
Система траекторного управления, решающая задачи траекторного обеспечения режимов наведения, прицеливания, атаки и повышения эффективности боевого применения истребителя, формирует заданные управляющие сигналы в систему автоматического пилотирования и систему управления двигательной установкой. В СТУ функционально включаются следующие элементы:
1) подсистема программного управления по высоте и скорости при наборах высоты, снижениях на этапах выхода в район цели, поиска и наведения, а также управления по заданному курсу на этих же режимах;
2) подсистема оптимизации траектории и режимов полета;
3) подсистема вождения боевых порядков и управления полетом в строю;
4) подсистема управления маловысотным полетом и автоматизации увода с опасной высоты.
Автомат управления тягой решает задачи:
• разгрузки летчика при длительном полете с выдерживанием требуемых параметров движения и режимов управления двигателями;
• повышения устойчивости самолета по скорости, особенно на малых числах М полета;
• обеспечения автоматизированного снижения самолета при точном выдерживании программ полета и заданных скоростей снижения на транспортных режимах;
• управления тягой двигателя при атаке воздушной цели, включая точную стабилизацию скорости и дальности в ближнем маневренном бою;
• обеспечения автоматизированного полета в боевых порядках.
Система активного управления использует аэродинамические поверхности управления для распределения, ослабления или увеличения аэродинамических сил с целью улучшения летных и эксплуатационных характеристик самолета. Среди основных задач, решаемых с использованием принципа активного управления, можно отметить: автоматическое управление на срыв-ных режимах, активное демпфирование трансзвукового флаттера, ослабление действий воздушных порывов, автоматическое управление статической устойчивостью, уменьшение нагрузки на конструкцию от маневров, снижение нагрузок от изгибных колебаний, управление профилем крыла. Характерным для системы активного управления является применение дополнительных управляющих поверхностей, быстродействующих приводов, новых датчиков. Система непосредственного управления силами связана с применением новых управляющих поверхностей, отклонения вектора тяги и новых принципов управления истребителем. Для непосредственного управления продольными силами используются специальные и существующие органы управления (закрылки, интерцепторы, флапероны), а также поворотное сопло двигателя; для непосредственного управления боковыми силами могут применяться подвижные носовые кили, вертикальные поверхности на крыльях, дифференциальное управление тягой и др. Основными режимами использования этой системы являются:
• стабилизация самолета как носителя оружия с повышенной точностью;
• расширение возможностей самолета при облете препятствий на малых и предельно малых высотах;
• выполнение маневра уклонения от преследующего самолета;
• разделение движений самолета по всем степеням свободы.
Система обработки информации и оценки состояния параметров обеспечивает высококачественное решение задач траекторного управления и автоматического пилотирования самолета. Задачи этой системы могут быть сформулированы следующим образом:
• фильтрация сигналов датчиков полета и информационных систем;
• обработка команд управления, поступающих в КСУ от взаимодействующих систем (системы управления вооружением, навигационной системы и др.);
• фильтрация и интерполяция дискретных сигналов, поступающих от наземных или воздушных пунктов управления на этапах дальнего наведения истребителя;
• идентификация траекторных параметров самолета с целью оптимизации режимов полета СТУ;
• идентификация характеристик силовой установки для оптимального управления двигателями.
Развитие способов автоматизации управления истребителем на боевых режимах
Из комплекса задач управления при боевых действиях автоматизация управления истребителем относится к уровню реализации сформированной траектории путем отработки управляющих сигналов автоматическими контурами или с участием летчика. Этот уровень, являющийся нижним по отношению к траекторным, замыкает на исполнение все задачи верхних уровней. Он включает выбор способа автоматизированного пилотирования самолетом и построение контуров автоматической отработки управляющих сигналов. От характеристик и эффективности решения задач автоматизации управления самолетом в большой степени зависит качество выполнения траектории движения истребителя на всех этапах и режимах перехвата. Автоматизация режимов управления принципиально развивается в двух направлениях - создание систем с включением летчика в контур управления и разработка систем автоматического управления без участия летчика в процессе управления. К первому направлению относятся ручной, директорный и комбинированный способы управления. Эти способы определяют полуавтоматический режим управления истребителем и предусматривают использование индицируемых сигналов и меток для решения задач управления. В ручном режиме летчик пилотирует по первичной информации о состоянии объекта с использованием пилотажных приборов, стремясь уменьшить отклонения от траектории или ошибки прицеливания. При таком управлении летчик полностью использует маневренные возможности самолета, осуществляет координирование усилий и расхода рулей по каналам управления в соответствии с манерой пилотирования и сложившимся "образом полета". Однако в ручном режиме летчик может оказаться перегруженным задачами пилотирования, а при выполнении боевых задач, связанных с обнаружением, захватом и прицеливанием, нередки ошибки. Этот режим управления относится к автоматизированным, так как для его функционирования используются сигналы ошибок траектории, получаемые в бортовых вычислителях. Чисто ручное, неавтоматизированное пилотирование обычно не применяется из-за низкой точности выдерживания требуемых траекторий полета. Директорный режим управления (рис. 6.2.5) освобождает летчика от некоторых операций по обработке получаемой информации. В этом случае задачей летчика при пилотировании является в основном сведение к нулю ошибок управления по перегрузке и крену; фильтры по директорным сигналам призваны облегчить эту операцию. Опыт полунатурного моделирования на стендах и летных испытаний показал, что при формировании директорных сигналов управления самолетом на боевых режимах должны закладываться принципы: оптимизации динамических характеристик контура управления; обеспечения удобства летчика при пилотировании. Отметим положительные стороны директорного способа управления:
• летчик участвует в процессе управления и постоянно готов заменить собой отказавшую автоматику, т. е. перейти от директорного к ручному управлению;
• в директорном режиме управления сохраняются положительные качества ручного пилотирования, особенно при резких пространственных маневрах - правильное дозирование перемещения ручки управления, рациональное распределение перегрузки по каналам управления, возможность обеспечения максимального быстродействия по управляющим координатам, адаптация управления к изменяющимся условиям;
• по отзывам летчиков, директорный режим существенно облегчает управление самолетом по сравнению с ручным режимом.
К недостаткам директорного управления истребителем на боевых режимах можно отнести следующие:
• точность отработки ошибок управления (директорных сигналов) недостаточно высока;
• управление по директорным сигналам в сложных условиях атаки требует повышенного внимания к командным стрелкам, при этом растет психофизиологическая напряженность летчика, в связи с чем он часто отрабатывает директорные сигналы с большими погрешностями и запаздыванием.
Автоматический способ управления истребителем реализуется с помощью автопилотной части САУ, включающей контуры автоматической отработки заданных команд по перегрузке пузад и по крену узад. Этот способ управления обладает следующими преимуществами:
• освобождает летчика от многих утомительных и монотонных операций по перемещению рычагов управления, работе с кнопками и переключателями, отслеживанию команд управления;
• имеется возможность при соответствующем формировании алгоритмов управления на каждом этапе перехвата получить наилучшие характеристики процессов наведения, отработка команд управления не ограничена субъективными возможностями летчика;
• автоматике передается выполнение многих логических функций по переключению режимов функционирования и управления, по выбору вида маневров, сигналов управления или алгоритмического обеспечения соответствующего этапа боевого полета и т. д., что в большинстве случаев невозможно осуществить экипажу.
К основным недостаткам автоматического режима управления истребителем на боевых режимах следует отнести следующие:
• летчик не участвует в непосредственном пилотировании самолетом, ему нужно значительное время, чтобы включиться в процесс управления на тех этапах полета, которые не автоматизированы или при отказах автоматических устройств управления;
• процесс перехвата воздушной цели в помеховой обстановке, характеризуемой "сбросами" цели, повторными захватами, переходами на предыдущий этап наведения и обратно, в ряде комплексов осуществляется с выключением автоматического режима управления из-за плохого качества входной информации;
• недостаточные динамические характеристики контуров автоматического управления при отработке заданных сигналов пУзад,Узад, свойственные системам автоматического управления некоторых истребителей, приводят к значительному недоиспользованию маневренных возможностей самолета в автоматике, к снижению боевых характеристик комплекса перехвата.
В процессе создания и отработки систем управления ряда истребителей и перехватчиков были исследованы и реализованы в опытных и серийных образцах различные способы автоматизированного управления самолетом на режимах дальнего наведения и атаки воздушных целей с использованием ракет большой и средней дальности:
- Ручное автоматизированное управление РУС в каналах перегрузки пу и крена у по прибору или индикатору (по ошибкам ДН, ДМ, Д\|/) совместно с ручным перемещением РУД.
- Директорное управление РУС в одном или двух каналах (пу, у) и ручное управление РУД по индицируемым разовым командам.
- Директорное управление РУС в каналах перегрузки и крена по дирек-торной метке совместно с директорным управлением РУД по метке сектора газа (реализовано на самолете МиГ-23П).
- Автоматическое управление по заданной перегрузке и заданному крену с ручным перемещением РУД по командам на табло индикатора (реализовано на борту МиГ-31).
- Автоматическое управление по заданной перегрузке и заданному крену совместно с директорным управлением РУД по метке сектора газа (реализовано на борту Су-27).
- Автоматический способ пилотирования по перегрузке, крену и сектору газа при использовании автомата тяги (реализуется на борту Су-35).
По данным летных экспериментов получено, что при ручном управлении на участках дальнего наведения летчик выполняет программы набора высоты и разгона с большими погрешностями (ошибка в выходе на программную скорость может достигать величины ДМ = 0,1.. .0,15), что приводит к сокращению рубежей перехвата на десятки километров; кроме того, растет колебательность процессов управления, увеличивается время достижения заданных значений высоты и скорости. Полеты выявили трудности ручного режима управления самолетом по приборам при снижении, на участках ввода в снижение и выхода из горки с одновременным переключением режимов работы силовой установки по запомненной программе. По летной оценке- ручное пилотирование при снижении с разворотом по курсу требует дополнительных тренировок летчика; управление самолетом по приборам отвлекает его от работы с прицельными системами на участках выхода на высоту атаки и сближения с целью. Управление самолетом в автоматическом режиме по одному каналу (например, по курсу) и в ручном (директорном) режиме по другим (высоте и скорости) также вызывает большие неудобства и мало облегчают работу летчика. Директорный режим управления по высоте и курсу может уменьшить загрузку пилота, однако при этом трудно обеспечить высокую точность вывода самолета и выдерживания заданных параметров. Этот режим может быть реализован как дополнительный, на который летчик переходит при выключенном автоматическом режиме, взяв управление на себя. Однако использование одновременно с этим и директорного режима управления сектором газа ведет к снижению эффективности пилотирования, ибо летчику приходится правой рукой и левой рукой отрабатывать различные метки на индикаторе. Существенным замечанием летчиков по работе в автоматическом режиме на этапе самонаведения перехватчика является невозможность вмешаться в управление без выключения САУ. Так, для эффективного выполнения самонаведения и выхода из атаки (отворота) оказывается недостаточной располагаемая угловая скорость по крену, обеспечиваемая в автоматическом режиме. В связи с этим при необходимости резкой перекладки по крену или по перегрузке нужно либо полностью отдать управление летчику (т. е. перейти на директорный режим), либо позволить ему участвовать в управлении вместе с САУ. Введение комбинированного (совместного) управления позволяет расширить до необходимых пределов диапазон управляющих воздействий при включенном автоматическом режиме и дать возможность летчику вмешаться в управление в любой момент времени (без дополнительных ручных переключений) или бросить ручку, если перегрузка и крен находятся в диапазоне работы автоматики и отклонение директорной метки невелико. Для устранения возможности противодействия автоматической системы при вмешательстве летчика в систему ручного управления вводится перекрестная связь от ручки управления на вход автоматического контура с передаточной функцией, близкой к передаточной функции контура ручного управления. Его особенностью является автоматическая реализация траекторий наведения, назначаемых летчиком по своему усмотрению в соответствии с анализом тактической обстановки в процессе ведения дальнего боя. Данный способ управления предназначен для использования в режимах дальнего ракетного боя с воздушной целью и при атаке в многоцелевом режиме. Алгоритмически реализованные типовые боевые маневры подключаются летчиком в соответствии с его тактическим замыслом и сложившейся внешней обстановкой, а также по рекомендации системы интеллектуальной поддержки (см. п. 6.6.3). К таким маневрам относятся тактический набор или спуск, тактический отворот, выход в упрежденную точку (дуэльная ситуация), атака целей слева или справа, сверху или снизу с сохранением условий сопровождения и обстрела нескольких целей (многоцелевое самонаведение). В настоящее время отсутствуют обоснованные и четкие рекомендации по выбору определенного способа управления истребителем из рассмотренных выше основных режимов управления. При построении бортовой системы управления обычно реализуются на различных этапах наведения все способы, применение каждого из которых не регламентировано, а выбор режима пилотирования осуществляется летчиком. Анализ возможностей и особенностей реализации различных способов управления и поиск степени автоматизации этапов перехвата показал, что полностью автоматизировать целесообразно такие маневры и этапы, которые протекают монотонно, не требуя быстрых реакций и частых перекладок органов управления. К ним в первую очередь надо отнести участки полета, характерные для командного наведения, автономного или полуавтономного поиска, а также этапа бортового наведения по координатной поддержке от внешнего пункта наведения. Эти участки включают: набор заданной высоты или потолка, разгон до программной скорости, снижение на высоту атаки цели, смену программ полета, перенацеливание, автоматическую балансировку самолета при изменении скорости, управление по курсу по командам наведения. Автоматизировать следует также логические операции, связанные с выбором моментов перехода на различные участки траектории, с переключениями и выбором законов управления. Кроме указанных, в число задач автоматизации управления истребителями на боевых режимах должно входить также автоматическое ограничение предельных режимов по перегрузке, углу атаки, крену, углу наклона, скорости снижения, скорости полета, высоте и эффективная сигнализация летчику о подходе к опасной ситуации.