Система ЭДСУ самолета Falcon 7X, созданная с учетом многолетнего опыта Dassault по созданию истребителей, — это инновационная разработка в деловой авиации. Другие будут следовать ей как данности, поскольку именно так будут управляться самолеты будущего. Возврат к управлению полетом без использования компьютеров невозможен.
Несколько лет назад я летел на Falcon 900EX из Сан-Франциско в Коламбус, шт. Огайо. Несмотря на поздний прилет, добрые люди из ночной смены Lane Aviation быстро занялись заправкой и подготовкой самолета к полету.
Внутри комплекса наземного обслуживания был седой джентльмен на электроскутере Segway — двухколесном устройстве, на котором водитель просто стоит, держась за ручки, и наклоняется в том направлении, куда он хочет двигаться. Насколько трудно научиться на нем кататься? Я попросил попробовать, и мне дали проехать один круг.
Получилось у меня неважно. Мне показалось, что эта машинка очень сложна для плавного управления, я шатался и вилял всю дорогу, хотя мне и удалось проехать круг, не врезавшись ни в одну дверь и не сбив со стены ни одной картинки. Когда я вернулся, пожилой хозяин электроскутера покачал головой: "Не пытайся сбалансировать эту штуку, она сама балансируется. Просто стой на ней и думай, в какую сторону ты хочешь ехать, — туда и поедешь. Это так просто. У моей пятилетней внучки нет таких проблем, как у пилота, потому что она не пытается управлять ею. Представь, будто у нее четыре колеса, а не два, и просто стой спокойно".
Я последовал этому совету, и ехать сразу же оказалась совсем легко; я делал повороты с маленьким радиусом и получил массу удовольствия. Это очень поучительная история. В то время я еще этого не понимал, но это был прорыв, который пригодился мне позже.
Электродистанционное управление
За несколько лет до описанного случая на ежегодном завтраке компании Dassault в ходе слета NBAA выступал изобретатель электроскутера Segway Дин Кэймен. Гений с негромким голосом, как я считаю, Кэймен не просто умен, у него есть способность сделать свою гениальность понятной для всех нас. Он работал над рядом проектов, включая очистку воды, но в тот момент компания Dassault старалась познакомить присутствующих с концепцией электродистанционной системы управления (ЭДСУ), и Кэймен был самым подходящим человеком для выполнения этой цели.
В какой-то момент он поднял руку и пошевелил пальцами. "Электродистанционное управление, — сказал он. — Электрические импульсы из моего мозга движутся по нервам к мышцам руки, где они преобразуются в механическое движение. Вот что такое электродистанционное управление". Черт возьми, он был прав. У нас нет тросов, протянутых через руки к лебедкам на шее. Нам не требуются хитроумные механизмы, чтобы пошевелить пальцем. Напротив, мы просто думаем о движении электрическими импульсами, и оно происходит. В нас встроена ЭДСУ!
Dassault не зря потратила деньги на тарелку того омлета.
В обычной системе управления полетом пилот двигает штурвал или ручку управления и педали, чтобы передать команды аэродинамическим управляющим поверхностям. Эти движения механически передаются через систему тросов и тяг либо непосредственно на управляющие поверхности, либо на клапаны гидроприводов, которые отклоняют элероны и рули высоты и направления.
При этом пилот полностью отвечает за то, какую силу приложить к органам управления и к каким последствиям это может привести. Если слишком сильно потянуть на большой скорости, может возникнуть чрезмерная перегрузка, если на маленькой скорости — самолет уйдет в сваливание. Таким образом, пилот механически связан с управляющими поверхностями. Их отклонения соответствуют действиям пилота независимо от того, с какой скоростью летит самолет и к каким последствиям такие отклонения могут привести.
Если спросить, в чем разница между ЭДСУ и обычной системой управления, очень часто можно услышать: "Аэродинамические поверхности управляются электрическими импульсами, а не механическими тягами". Это правда, но реальное отличие ЭДСУ заключается в том, что руководящие действия пилота поступают в компьютер, который и управляет аэродинамическими поверхностями. Электрические провода — просто среда для передачи этих сигналов. Самолет Falcon 7X имеет три основных компьютера, которые защищают от превышения скорости, сваливания и перегрузки, стабилизируют самолет, автотриммируют его, пересчитывают действия пилотов в отклонения рулей и элеронов и оптимизируют конфигурацию самолета. Три запасных компьютера служат для резервирования основных.
На случай невероятного ужасного события, когда отказали все шесть цифровых компьютеров, предусмотрен аналоговый вычислитель, который связывает два интерцептора-элерона с отклонениями педалей и триммируемый стабилизатор с переключателем балансировки по тангажу.
Посадить самолет в режиме такого "ручного" управления с помощью аналогового вычислителя невозможно. Но с ним можно продолжать полет, пока не перезагрузятся цифровые компьютеры. Как рассказал мне один инженер, вероятность отказа всех шести компьютеров равна 10 в минус какой-то, невероятно большой степени, но всегда приятнее знать, что ни при каких обстоятельствах вы не окажетесь в ситуации, когда контроль над самолетом полностью потерян.
Я считаю эти компьютеры помощниками, а не заменителями моего мозга. Мне нравится вспоминать историю о кардиохирурге, который был пассажиром самолета Global Express, пилотируемого мною. Он был пилотом-любителем, со своим собственным легким двухмоторным самолетом (любите ли вы вообще ситуации, когда такие ребята становятся "экспертами" в салоне и объясняют всем вокруг, что вы там делаете в кабине и почему?). Тем не менее он выдал следующий комментарий: "Сейчас всё делают компьютеры. Поверьте мне, я знаю".
Я спросил у него, работал ли он в какой-нибудь больнице, оснащенной компьютерами в операционной. "Ну, разумеется. Это новейшее научное достижение", — ответил он. "Получается, что я тоже мог бы проводить операции на сердце, да?" — спросил я. "Ну, не совсем, — сказал он снисходительно. — Врач все-таки должен знать, что компьютер делает с пациентом. Нужен опыт, чтобы понимать, какие сложности могут возникнуть при той или иной процедуре. Хирургом все равно остается человек".
Именно так. При полете на Falcon 7X компьютеры "оценивают", что я хочу сделать с самолетом. Они предохраняют меня от выхода на недопустимые режимы разрушения самолета или сваливания. Мне не надо руками удерживаться на грани сваливания, если я хочу выжать из самолета все возможное в случае сдвига ветра или маневра по предотвращению столкновения с землей. Я просто тяну ручку изо всех сил в нужном направлении и получаю максимум того, на что способен самолет для выполнения поставленной задачи. Мне не нужно сопоставлять все свои действия с воздушной скоростью самолета. Разумеется, лучше я все-таки буду это делать, но даже если не буду, я не рискую ни свалить самолет, ни оторвать ему крылья. Мне не нужно помнить о необходимости убрать интерцепторы-элероны или выпустить или убрать другую механизацию крыла в критические моменты. Мои действия поддерживаются компьютером, в котором запрограммированы все ограничения.
От воздействия до управляющего движения
В системе ЭДСУ компании Dassault управляющие воздействия пилота сначала направляются в концентраторы полетных данных, которые собирают движения джойстика (боковой ручки управления) и педалей. Если включен автопилот, концентраторы собирают данные от полетного компьютера.
Говоря "собирают", я использую пилотский жаргон, а не инженерную терминологию. Например, в каждом джойстике есть 20 потенциометров, которые измеряют и переводят в электрические сигналы направление смещения джойстика, скорость и продолжительность. Это чрезвычайно сложная система. Сбор данных происходит путем передачи электрических сигналов всем шести компьютерам управления полетом.
Чтобы самолет правильно реагировал на управляющие воздействия, компьютеры прежде всего должны знать его текущее состояния полета.
В обычном самолете пилот определяет условия полета, анализируя данные из различных источников, включая трубки Пито, барометры, термометры и датчики скольжения. Эта информация выводится на приборную доску.
В системе ЭДСУ все эти данные должны быть оцифрованы и переданы в компьютер. В Falcon 7X информация приходит от четырех датчиков воздушных данных ADS (Air Data System): первый для командира воздушного судна, второй для второго пилота, четвертый для резервного индикатора скорости и высоты, а третий служит для резервирования любого из перечисленных датчиков. Эти же датчики поставляют информацию в систему ЭДСУ. Другие системы самолета также выдают данные с соответствующих сенсоров.
Выходные данные из компьютеров управления полетом направляются в четыре узла контроля и мониторинга исполнительных механизмов системы управления. Эти узлы подают команды на отклоняемые аэродинамические поверхности самолета и отслеживают их исполнение. Электрогидравлические клапаны исполнительных механизмов открываются в ответ на электрические сигналы, которые сообщают величину и скорость перемещений.
Также имеется компьютер для технического обслуживания бортовой авионики, который занят мониторингом работы всех компонентов и оценивает, насколько хорошо они работают, то есть нет ли отказов.
Зачем так много компьютеров?
В системе ЭДСУ самолета Falcon 7X задействовано три комплекта компьютеров системы управления. Обычно работают три основных двухканальных компьютера (канал A управляет, канал B контролирует). Резервные компьютеры подхватывают управление только в случае отказа всех трех основных компьютеров.
Когда работают все три основных компьютера, система функционирует в нормальном режиме со всеми защитами от выхода за допустимые параметры. Если откажет один из трех основных компьютеров, пилот все равно может поддерживать систему в нормальном законе управления. При отказе двух компьютеров система переключается на альтернативный закон управления, то есть часть защит снимается. При отказе всех трех основных компьютеров пилот переходит на прямой закон управления, контролируя самолет резервными полетными компьютерами, которые имеют одноканальную конструкцию и не осуществляют мониторинг входных команд на предмет возможного выхода за пределы допустимых параметров. В прямом режиме управления беспечный пилот может разрушить самолет от перегрузки или свалить его — как это всегда возможно на обычных самолетах без ЭДСУ.
Чтобы обеспечить надежное электроснабжение, система устроена так, что для ее питания достаточно работы одного из трех генераторов. Если отказали все генераторы, система все равно может получить энергию от батарей или от генераторов с постоянными магнитами либо на первом, либо на втором двигателе. Если все это не помогает, остается еще выдвижная аварийная турбина, обеспечивающая аварийное электропитание и давление в гидравлической системе.
А почему джойстик?
Внедрение ЭДСУ дает возможность радикально изменить сам способ того, как пилот управляет самолетом. Первый раз с технологией ЭДСУ я познакомился на истребителе F-16. И хотя у меня не было возможности полетать на нем, я не могу представить более естественную для пилота компоновку. Отклоняющееся кресло, сектор газа в одной руке, джойстик в другой, плечи расслаблены, а руки поддерживаются подлокотниками, помогающими выдержать перегрузки. Прекрасно.
С того момента как я впервые посмотрел F-16, у меня остается уверенность, что не может быть лучших компоновок ЭДСУ, чем те, которые придумали General Dynamics, Dassault или Airbus. Невозможно улучшить естественное положение рук на боковых ручках управления. Реализовать эту чудесную технологию с помощью штурвала или ручки между ногами пилота — это все равно что установить трехскоростную ручку переключения передач на рулевую колонку нового "шевроле-корветт". Один совет любому производителю, который планирует "улучшить" ЭДСУ: центральный штурвал или центральная ручка безнадежно устарели двигайтесь дальше.
Разумеется, это мое мнение.
Комфорт полета
Любой пилот, летавший на истребителе, на вертолете или даже на Piper Cub с ручкой управления, знает, что ее нельзя "хватать". Скорее, вы кладете правое запястье на правую ногу и "касаетесь" ручки. При обучении полету в строю или при дозаправке в воздухе близость других самолетов обычно побуждает курсантов к чрезмерному управлению, поскольку они берутся за ручку слишком крепко. Ослабить хватку помогает такой способ — поместить карандаш в руку курсанта и объяснить: "Если ты чувствуешь этот карандаш, значит, ты держишься за ручку слишком крепко".
При полете в строю точные движения ручки вперед и назад выполняются с помощью запястья. Движения влево и вправо обычно выполняются большим пальцем на задней части ручки и двумя пальцами, касающимися передней части. Движением этих пальцев выполняется управление по крену при полете в строю. Известный совет: "Сдвинь ручку как надо и триммируй нагрузку". Кнопка триммера на большинстве маневренных самолетов расположена наверху джойстика.
Очевидно, что для полетов на Falcon 7X вам не надо осваивать истребители, но этот опыт дал мне хорошую основу для освоения ЭДСУ. Работай с ручкой большим пальцем и кончиками двух или трех пальцев. Направь самолет, куда хочешь, и просто подожди секунду. Он триммирует нагрузку, чтобы оставаться в этом состоянии.
Наряду с настраиваемым пилотским креслом и педалями Falcon 7X имеет мягкий подлокотник около джойстика, что позволяет снять напряжение с руки.
Как не надо летать с ЭДСУ
Поскольку Falcon 7X устойчиво стабилизируется в выбранном направлении полета, его пространственное положение может меняться в ходе этого, особенно если вы управляете самолетом вручную с выключенным автоматом тяги. Это требует некоторой мысленной подстройки, особенно для опытных пилотов.
Нас всех учили, что при полете по приборам все изменения в движении самолета должны производиться с учетом его пространственного положения. Мы не толкаем ручку управления вперед, глядя на высотомер. Мы сверяемся с высотомером и снижаем угол тангажа, чтобы корректировать отклонение по высоте. Мы, опять же, сверяемся с высотомером при изменении тяги и при корректировке вызванных этим изменений в траектории полета.
Однако снова, поскольку траектория полета у Falcon 7X выдерживается автоматически, самолет может сам менять свое пространственное положение — слегка, но ощутимо для пилота. Пилот тоже менял бы положение самолета, добиваясь того, что ЭДСУ делает автоматически, но поскольку это изменение произошло без его команды, он может рефлекторно вернуть самолет к прежнему положению. В этот момент пилот сможет обнаружить по приборам, что самолет продолжает менять свое положение, из-за того что пилот вмешался в первоначальную реакцию самолета, направленную как раз на поддержание заданной траектории полета. Он снова вносит изменения, и осцилляции продолжаются. На самом деле такой пилот пытается удержать равновесие на электроскутере Segway.
Не надо бороться с ЭДСУ. Пусть она сама поддерживает траекторию полета. На самолете Falcon 7X нельзя летать так же, как на любом обычном самолете, но как только вы позволите ему самому поддерживать траекторию и будете вносить лишь необходимые изменения, пилотирование станет таким же легким, как поездка на Segway.
Система ЭДСУ самолета Falcon 7X, созданная с учетом многолетнего опыта Dassault по созданию истребителей, — это инновационная разработка в деловой авиации. Другие будут следовать ей как данности, поскольку именно так будут управляться самолеты будущего. Возврат к управлению полетом без использования компьютеров невозможен.
Росс ДЕТВАЙЛЕР,
