Радиоуправление летательными аппаратами

Содержание
1)Введение……………………………………………....2
2)Общая характеристика системуправления……........3
3)Общая характеристика радиоуправления               летательными     аппаратами……………………….8
4) Краткаяхарактеристика способов управления
      полетом…....................................................................12
 
  
                      
               

                                          Введение
 
    Работы по использованиюсредств радиотехники для управления на расстоянии, т.е. работы порадиоуправлению, начались еще до первой мировой войны. Однако до второй мировойвойны радиоуправление практического применения, по существу, не получило. Положение резко изменилось, начиная   с 40-х годов. Особенно большие успехи былидостигнуты в области управления беспилотными летательными аппаратами. Причинойэтого были два следующих обстоятельства:
1)Успешное использованиесозданного к этому времени реактивного оружия во многих случаях оказалосьвозможным только на базе широкого применения радиоуправления.
2)Создание к 40-м годамдостаточно эффективных средств визирования (радиолокаторов) управляемыхобъектов и целей.
    Следуетотметить, что разработка беспилотных летательных аппаратов несколько опередиланеобходимых для управления средств радиолокации. Поэтому первые управляемые порадио беспилотные летательные аппараты, или наводились на  неподвижную  цель  снеподвижного пункта управления, или управлялись с помощью оптических средств.
    Применение радиоуправлениясвязанно в общем случае с наличием радиотехнических средств визирования дляопределения параметров движения целей и снарядов, которые часто дополняютсярадиотехническими  средствами передачи команд с пункта управления на снаряд ииногда различных данных со снаряда на пункт управления. Управление по радиоможет быть нарушено организацией искусственных радиопомех.
     

       Общая характеристика систем управления
      Радиоуправлением на­зываетсяуправление с помощью радиосредств любыми процессами и объектами. По количествурешаемых задач управление может быть одноцелевым или многоцелевым, т. е.обеспечивающим решение не одной, а двух или бо­лее задач. Например, системауправления совокупностью искусственных спутников Земли (ИСЗ) может проекти­роватьсяодновременно для следующих двух целей:
    1. Обеспечение движения совокупностиИСЗ по за­данным траекториям (необходимым, например, для осу­ществленияглобальной радиосвязи).
    2. Осуществление различныхпереключений аппара­туры на борту ИСЗ, необходимых для выполнения эти­ми ИСЗопределенных задач.
    По количеству одновременно управляемыхобъектов управление может быть однообъектным  или многообъектным. Упомянутаявыше система управления совокуп­ностью ИСЗ является многообъектной, так какдолжна осуществлять управление несколькими ИСЗ.
    По количеству пунктов управления (командных пунк­тов), изкоторых            может осуществляться управление дан­ным объектом, это управлениеможет быть однопунктным или многопунктным. Примером многопунктного(двухпунктного) управления является управление косми­ческим кораблем, котороеможет осуществляться как космонавтом (т. е. с бортового пункта управления), таки с наземного пункта управления.
    Следует также различать обычное (одноступенчатое) ииерархическое (многоступенчатое) управление. В иерархических (многоступенчатых)системах управле­ния команды управления могут формироваться не одним, анесколькими людьми или управляющими устройствами и притом в иерархическом (поотношению к управляемо­му объекту) порядке. Примером иерархического (много­ступенчатого)управления является управление движе­нием пассажирского самолета. На первой(низшей) ступени управление движением самолета осуществляется пилотом, навторой (более высокой) ступени — команди­ром экипажа, на третьей ступени —  диспетчеромназем­ного пункта управления и т. п. Очевидно, иерархическое управление можетбыть как многопунктным, так и однопунктным. Например, если система управлениямежпла­нетным космическим кораблем будет предусматривать возможность управленияэтим кораблем только с борта этого корабля, но двумя лицами —космонавтом-пилотом и космонавтом-командиром корабля, то управление та­кимкораблем будет однопунктным, но иерархическим (двухступенчатым). Очевиднотакже, что многопунктное управление может быть как иерархическим, так иобычным. Например, если при старте автоматической меж­планетной станцииуправление ее движением будет про­изводиться из одного командного пункта, а припосад­ке — из  другого, то такое управление будет многопункт­ным, но неиерархическим.
    Общая функциональная схема одноцелевойсистемы управления
содержащая всего один команд­ный пункт собычным (неиерархическим) управлением   приведена на рис. 1.1 и состоит изинформацион­но-измерительного устройства (ИИУ), управляющего устройства (УУ),командной линии (КЛ) и управляемо­го объекта. Информационно-измерительноеустройство
/>
извлекает (собирает) информацию из внешнихисточни­ков И1, И2,… ., Иn и
информацию  о  состоянии  управляе­мого  объекта    (при наличии канала
обратной связи). Управляющее устройствовырабатывает команды управления  
/>

uk (t)  на основе  поступающей  на его входытекущей (рабочей) информации
/>/>ξ(t)   и начальной (априорной) информации  ξ0(t)    . Далее команды передаются покомандной ли­нии на управляемый объект. Вследствие возникающих при
/>

этом искажений, команды  u’k (t)   , поступающие на объект, могутнесколько
/>отличаться от переданных команд     uk (t). В тех случаях, когда управляющее устройстворасположено в непосредственной близости к объекту, командная
линия отсутствует.
/>/>/>/>   На рис 1.1  ξ1(t), ξ2(t)  , ξ3(t)  ― мешающее   воздействие  (возмущение), появляющиеся   соответственно в управляющем устройстве, командной линии иуправляемом объекте. Информационно-измери­тельное устройство (ИИУ) в общемслучае состоит из устройств извлечения и передачи информации. Устрой­стваизвлечения информации собирают всю текущую ин­формацию, необходимую дляобеспечения управления. Например, при наведении ракеты на цель они выдаютинформацию о текущем положении цели и ракеты (объ­екта) или об отклоненииракеты от требуемой траекто­рии. Если устройства извлечения информации и управ­ляющееустройство расположены на значительном уда­лении друг от друга, тоинформационно-измерительное устройство содержит также соответствующие линиипере­дачи информации. В противном случае эти линии пере­дачи  отсутствуют,  и  информационно-измерительное устройство называется обычно измерительным устрой­ством и представляет собойсовокупность нескольких чувствительных элементов (датчиков).
    Если команды uk(t)    вырабатываются с учетом текущей информации о состоянииуправляемого объекта, т. е. существует обратная связь с выхода объекта на входуправляющего устройства (как это изображено пункти­ром на рис. 1.1), то системауправления называется, замкнутой. Если такая обратная связь отсутствует, тосистема управления называется разомкнутой. В даль­нейшем речь будет идти в основном о замкнутых систе­мах управления, так как они позволяют, как правило, получитьболее высокое качество управления и находят наибольшее применение. Кроме того,именно в замкну­тых системах управления наиболее сильно проявляются особенностиработы радиосредств, связанные с наличием взаимодействия как междуотдельными радиосредства­ми, так и с остальными (нерадиотехническими) звеньямисистемы управления. В системах управления радиосред­ства находят широкоеприменение как в составе инфор­мационно-измерительных устройств, так и вкачестве  командных линий, называемых в этом случае командными радиолиниями(КРЛ).
В составеинформационно-измерительных устройств радиосредства применяются как дляизвлечения инфор­мации (радиолокационные, телевизионные и другие устройства),так и для передачи информации, т. е. в ка­честве радиолиний передачи данных.
     В зависимости от степениучастия человека управле­ние может быть автоматическим, неавтоматическим илиуниверсальным. При автоматическом управлении человек не принимает непосредственногоучастия в процессе управления и его функции сводятся лишь к  контролю за исправностью аппаратуры, и в случае необходимости, к замене неисправнойаппаратуры или ее ремонту. При неавтоматическом (например, ручном) управлениичело­век принимает в процессе управления непосредственное участие и называетсяоператором. При универсальном управлении имеется возможность какавтоматического, так и неавтоматического управления. При неавтоматиче­скомуправлении разнообразная информация, необходи­мая человеку-оператору дляэффективного управления, обычно извлекается и предварительно обрабатывается вряде информационно-измерительных автоматических устройств. При этомнеавтоматическое управление часто называется автоматизированным управлением.
    По степени приспосабливаемостик внешним услови­ям системы управления делят на обычные и адаптивные. В обычныхсистемах приспособление (адаптация) отсут­ствует или имеется лишь в небольшойстепени. В ада­птивных системах приспособление играет существенную роль.  Обычнок адаптивным  системам относят самоприспосабливающиеся, само­настраивающиеся,самообучающиеся и самоорганизую­щиеся системы. Самонастраивающимися системы― системы в которых структура (принципы построе­ния) системы впроцессе управления не изменяется, а изменяются (приспосабливаются,настраиваются) лишь отдельные параметры этой структуры (коэффициенты усиления,полосы пропускания, частоты настройки и т. п.). Системы более высокого класса,в которых опти­мизироваться (приспосабливаться) в процессе управле­ния могут нетолько параметры системы, но и ее струк­тура.
    По характеру протеканияпроцессов в контуре управ­ления (рис. 1.1) управление может быть непрерывным, квазинепрерывным,импульсным и импульсно-корректирующим. При непрерывном управлении процессы во всехзвеньях контура управления являются непрерывными функциями времени.     При  квазинепрерывном управлении процессы в некоторых звеньях (обычно в измерительных) имеютимпульсный характер, но импульсы следуют столь
/>

часто, что выходной вектор, ξвых(t) (рис. 1.1) изменяется во временипрактически так же, как при непрерывном управлении.
Если импульсный характерпроцессов, протекающих в отдельных звеньях контура управления, необходимоучитывать яри рассмотрении действия не только отдель­ных звеньев, но и системыв целом, управление назы­вается импульсным или импульсно-корректирующим. Приэтом отличие импульсного управления от импульсно-корректирующего состоит в том,что в первом случае импульсы в различных частях системы следуют синхрон­но и спостоянным периодом повторения (или нескольки­ми, но кратными периодамиповторения). Во втором случае (при импульсно-корректирующем управлении)управление сводится к выработке и исполнению сравни­тельно небольшого числакорректирующих импульсов, и синхронизация следования импульсов в различныхзвень­ях системы может отсутствовать.
      В состав системырадиоуправления кроме радио­средств может входить большое количество другойаппа­ратуры — управляемый объект (аппарат), управляющее устройство (включаяисполнительные механизмы), раз­личные нерадиотехиические датчики,программно-вре­менные устройства и т. п. При этом в ряде случаев ра­диосредствапо своему весу, габаритам и стоимости мо­гут составлять лишь небольшую долювсей системы управления. Но даже в таких случаях радиоинженерам,разрабатывающим и эксплуатирующим радиосредства, обычно необходимо учитывать втой или иной степени связи между радиосредствами и остальными частями системыуправления. Эти связи можно подразделить на функциональные, конструктивные идинамические.
    Функциональные связиобусловлены тем, что все устройства, входящие в систему, предназначены для вы­полненияобщей задачи. При этом обычно выполнение этой общей задачи может бытьдостигнуто при различ­ных вариантах распределения требований между от­дельнымиустройствами. Например, одна и та же веро­ятность поражения цели управляемымснарядом может быть достигнута при меньших требованиях  точности наведенияснаряда, если повысить требования к эффек­тивности боевого заряда; в рядеслучаев можно обеспе­чить ту же помехоустойчивость системы при меньшей мощностирадиопередающего устройства, если повысить требования к радиоприемномуустройству и т. д.
    Конструктивные связиобусловлены тем, что обычно по условиям задачи система в целом или ее отдельныекрупные части должны представлять в конструктивном отношении единое целое,например размещаться внутри корпуса управляемого снаряда.
    Динамические связипроявляются в том, что процессы, протекающие в различных частях системы управленияво время ее работы, взаимосвязаны. В разомкнутых системах управления эти связипроявляются в том, что выходная реакция каждого предыдущего блока являетсявходным воздействием для последующего; кроме того, часто приходится учитыватьвходное сопротивление по­следующего блока. В замкнутых системах управления,кроме того, обязательно существует зависимость про­цессов на входе системы отпроцессов на ее выходе.
       
Общая характеристика радиоуправления       летательными     аппаратами
 
    Из всего многообразия летательныхаппаратов  мы выделим лишь следующие их виды, наиболее характерные с точкизрения применяемых ме­тодов и средств управления:
    1) Реактивные  снаряды   (ракеты)  ближнего  дей­ствия — ракеты   «Земля — Воздух»   (зенитные),   «Воз­дух —Воздух», «Воздух — Земля» (или Воздух—Море) и «Земля — Земля».
    2) Баллистические ракеты дальнегодействия и раке­ты-носители космических аппаратов.
    3)  Космические    аппараты     (КА) —искусственные спутники Земли (ИСЗ), космические корабли, межпла­нетныеавтоматические станции и т. д.
    4) Самолеты и вертолеты.
   
    Ракеты (реактивные снаряды) ближнегодей­ствия являются средствами поражения целей. При этом процесс радиоуправлениясостоит из трех основных этапов:
1. Управление пуском ракеты.
2. Управление полетом ракеты.
3. Управление подрывом боевого зарядаракеты.
    Управление пуском должнообеспечить пуск ракеты в наивы­годнейший момент времени. Если пуск ракетыпроизводится с пово­ротного наклонного лафета, то управление пуском должнообеспе­чить и необходимую ориентацию лафета. Управление пуском осу­ществляетсяна КП (командном пункте) с помощью радиолокацион­ных устройств, расположенныхна КП, и предварительных данных о координатах цели и параметрах еедвижения, поступающих по линиям связи с центра обработки данныхрадиолокационного поля (т. е. совокупности радиолокационных средств некоторогорайона). Управление полетом обеспечивает наведение ракеты на цель с точ­ностью,достаточной для надежного поражения цели. Оно осуще­ствляется обычно с помощьюрадиосредств, расположенных как на КП, так и на борту ракеты, и включаетрадиолокационные устрой­ства и радиолинии передачи информации с КП на ракету и(или) с ракеты на КП.  Управление  подрывом   боевого  заряда ракеты должнообеспечить подрыв в наивыгоднейший момент времени и осуществляется обычнорадиовзрывателем, расположенным на бор­ту ракеты.
    Баллистические ракетыдальнего действия (БР) предназначены для поражения неподвижных целей, удален­ныхот КП на несколько тысяч или более километров. При управ­лении такими ракетамимомент пуска обычно не играет суще­ственного значения, но зато весьма важнообеспечить выключение двигателя ракеты в момент, обеспечивающий попадание вцель.
    Ракеты-носителикосмических аппаратов пред­назначены для вывода на заданную орбитуискусственных спутни­ков Земли, космических кораблей и других космическихаппаратов. Ракеты-носители КА, как и баллистические ракеты дальнего дей­ствия,обычно делаются многоступенчатыми (обычно двух- или трехступенчатыми).Управление ракетами-носителями КА имеет много общего с управлениембаллистическими ракетами дальнего действия, так как в обоих случаях основнойзадачей управления является выключение в наивыгоднейший момент времени двига­теляпоследней ступени ракеты. В момент выключения двигателя соотношение междукоординатами и составляющими вектора ско­рости ракеты должно быть таким, чтобыобеспечить попадание ракеты в цель (в случае баллистической ракеты) или выводкос­мического аппарата на заданную орбиту (в случае запуска КА).
    Космические аппараты взависимости от степени уда­ления их от Земли делят на аппараты ближнего космоса(около­земные), «среднего космоса» (лунные) и дальнего космоса (межпла­нетные).Основными типами околоземных КА являются ИСЗ (связ­ные, навигационные,исследовательские и др.) и околоземные кос­мические корабля. При управлениинекоторыми видами ИСЗ тре­буется весьма высокая точность вывода их на заданнуюорбиту и удержания на этой орбите в течение длительного времени. Кроме того,как уже отмечалось выше, часто требуется производить со­гласованное управлениесовокупностью из нескольких спутников. При управлении космическими корабляминеобходимо производить не только вывод корабля на орбиту, но и его посадку наЗемлю. В ряде случаев требуется, кроме того, производить автоматическую илиполуавтоматическую стыковку на орбите двух или более кос­мических аппаратов иосуществлять различные их маневры.
   Еще более сложны иразнообразны задачи управления лунными  и межпланетными КА. Например, приосуществлении полета косми­ческого корабля на Луну и обратно можетпотребоваться после­довательное выполнение следующих основных операций: запусккорабля с несколькими космонавтами на околоземную орбиту и корректировка этойорбиты; выход с околоземной орбиты на орбиту, обеспечивающую сближение с Луной;переход с этой орбиты на окололунную орбиту; разделение корабля на два отсека —лунный и основной; спуск лунного отсека на поверхность Луны; обратный стартлунного отсека с поверхности Луны и стыковка его с вращаю­щимся на окололуннойорбите основным отсеком; выход космиче­ского корабля с окололунной орбиты наорбиту, обеспечивающую сближение с Землей; переход с этой орбиты на околоземнуюорби­ту; спуск с околоземной орбиты и посадка на поверхность Земли.
    При управлении самолетами,особенно военного на­значения, также приходится решать целый комплексразнообразных задач — взлет, выведение в район цели, пуск против цели управляе­могоснаряда (ракеты) и управление этим снарядом, предотвращение столкновений сдругими самолётами, возвращение на аэродром, посадку и другие. При управлениилетательными аппаратами часто приходится, кроме того, решать задачирадиопротиводействия (со­здания помех радиосредствам противника) и огневогопротиводей­ствия (например,
уничтожения радиолокаторовпротивника снаря­дами с пассивными головками самонаведения).
     Из приведенного вышекраткого обзора следует, что характер задач радиоуправления в большой мере зави­ситот вида управляемого аппарата и его назначения. Так, например, при управленииаппаратами невоенного назначения отпадают задачи радиопротиводействия и подрывабоевой части; при управлении снарядами отсут­ствует задача посадки летательногоаппарата и т. п. Однако для большинства управляемых летательных аппаратовхарактерно наличие управления их движени­ем. Это управление в общем случаезаключается в управ­лении перемещениями центра масс аппарата и его пово­ротамивокруг центра масс, т. е. в управлении полетом и ориентацией. При этомуправление ориентацией аппа­рата может требоваться как для обеспечения надлежа­щегоуправления его полетом, так и иметь самостоятель­ное значение (например, принеобходимости обеспечить определенное положение корпуса летательного аппаратаотносительно Земли).
    Радиоуправление движениемлетательных аппаратов и морских судов часто называют также радионавигацией.
    Термин навигация  возник впервые  применительно к морским судам и под радионавигацией  понималосьвначале вождение с помощью радиосредств морских су­дов. С появлением самолетовтермины «навигация»    и «радионавигация» были распространены и на вождениесамолетов.  В связи с появлением космических кораблей эти термины были распро­страненыи на вождение космических кораблей. Поэтому в настоящее время подрадионавигацией понимают обыч­но вождение с помощью радиосредств морских,воздуш­ных и космических кораблей. Для всех этих управляе­мых объектовхарактерно наличие на борту объекта человека (пилота), который может приниматьнепосред­ственное участие в управлении.
    Термин радиоуправление,наоборот, начал впервые широко использоваться лишь применительно к управле­ниюпо радио беспилотными объектами — снарядами. В дальнейшем, всоответствии сразвитием техники управления и кибернетики, существеннорасширившей понятие «управление», термин радиоуправление начал применяться нетолько к беспилотным, но и к пилотируе­мым аппаратам.
    Следует отметить, что впоследние годы развитие техники управ­ления движением летательных аппаратовпривело к тому, что оба термина — радиоуправление и радионавигация взначительной мере утратили свой четкий смысл. Действительно, еще сравнительноне­давно все системы управления и навигации можно было достаточно четкоразделить на два класса — такие, в которых радиосредства не применяются дляуправления, и такие, в которых эти средства применяются. При этом, как правило,в тех системах управления, в которых радиосредства применялись, они игралидоминирующую роль.
    Для повышения качествауправления  применяется комбинация  (комплексирование) радиосредств с други­ми,например инерциальными приборами управления. При этом классы систем, в которыхрадиосредства совершенно не применяют­ся или, наоборот, являются доминирующими,постепенно сужаются. Особенно это относится к управлению пилотируемымиаппаратами, т. е. к навигации. Поэтому в настоящее время более правильно го­воритьне о радионавигации, а просто о навигации и под радиона­вигационными приборами(средствами) понимать не приборы для радионавигации, а радиоприборы длянавигации. Соответственно в общем случае следует говорить не о средствахрадиоуправления, а о радиосредствах (и других средствах) управления.
    Для управления ориентациейлетательных аппаратов радиосредства применяются в значительно меньшей ме­ре,чем для управления их полетом.
Краткаяхарактеристика способов управления     полетом
                              Принципы рулевого управления
Управление полетом аппарата осуществляетсяизменением  его/> /> /> /> /> /> />

скорости  Vт. е.  сообщением аппарату  ускорения  W(рис. 1.4).
/>
/>

При этом    изменение модуляскорости V осуществляется созданием
/>

касательного   ускорения Wz, а измене­ние направления вектора скорости 
/>

созданием поперечногоускорения Wп.Поперечноеускоре­ние в декартовой /> /> /> /> /> /> />

системе координат определяетсясвоими составляющими Wxи  Wy, а  в полярной
/>

системе координат модулем Wпи полярным углом  θ.   Управление  величиной и
направлением ускорения Wосуществляется при помощи рулевых органов. Так
/>/>как
                                                         W=F / m, 
                       
 
/>где F— результирующая си­ла, приложенная к аппарату, имеющему массу m, то   /> /> /> /> /> /> />

управ­ление ускорением  W дости­гается изменением результирующейсилы F. /> /> /> /> /> /> />  

Изменение силы    F осуществляется путем изменения силы тяги Т(создавае­мой реактивным или каким-либо иным двигателем) и (или)  результирующей
/>

аэродинамической силы  R(создаваемой воздушным потоком, обтекающим
/>аппарат). Рулевые органы,   управляющие силой  R, называются воздушными рулями и позволяют получить эффективноеуправление лишь при полете с достаточной скоростью вдостаточно плотныхслоях атмосферы.   
     В некоторых случаяхуправление величиной скорости аппарата на основном участке его траектории нетре­буется и осуществляется управление лишь направлением полета. При этомдостаточно иметь рулевые органы,
/>управляющие лишь поперечным ускорением  Wп.
    Рулевое управление можетбыть декартовым, полярным или смешанным. При декартовом управлении рули высоты,поворота и «разгона — торможения»/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

управляют соответст­венносоставляющими Wx,   Wy и   Wz полного ускорения Wв декартовой системе координат (рис. 1.4).При полярном рулевом управлении один из рулевых органов управляет мо­дулемускорения W(в некоторых системах этот рулевой органможет, кроме того, изменять направление вектора
/>

Wна противоположное). Остальные рулевыеорганы обеспечи­вают требуемое
/>

направление вектора W.
    Примеры воздушногорулевого управления приведены на рис. 1.5 и 1.7.        
/>
                    />
На рис. 1.5 приведена схема полярного  рулевого управления. При от­клонении руля  глубины РГ вверх(на рис. 1.6 по часовой стрелке) набегающий на руль воздушный поток создаетмомент Мрг, поворачивающий корпус летательногоаппара­та вокруг оси yp против часовой стрелки  (рис.1.6).
/>
   
Поворот корпуса вокруг оси yp прекращается, когда вращающий момент, создаваемый воздушнымпотоком, обтекающим корпус (и действующий в данном случае по часовой стрелке),уравновешивает вращающий момент Мрг, создаваемый рулем глубины. При этом установив­шееся значение угла αa
/>

между продольной осью ракеты ивектором ее скорости Vv(называемогоуглом атаки) оказывается примерно пропорциональным углу поворота руля δ(при небольших значениях углов).
/>  
    Результирующая«аэродинамическая сила R, создавае­мая набегающим на корпуслетательного аппарата воздуш­ным потоком, может быть разложена на /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

составляющие Y   и Q. При этом величина нормальной составляющей Y, на­зываемой подъемной силой, пропорциональна углу  αa (при малыхуглах αa ). /> /> /> /> /> /> />

Подъемная сила Yсоздает поперечное  ускорение Wп, пропорциональное этой силе. Следовательно, отклонение руля глубиныРГ на некоторый угол δ  создает
/>

в установившемся режимепоперечное ускорение Wп, модуль которого пропорционален углу отклонения руля. Если рульглубины повернется на такой же угол δ, но в противоположном направлении(т. е. против ча­совой стрелки), то корпус аппарата повернется также впротивополож­ном направлении (по
/>/>часовой стрелке), и подъемная сила Y, а следо­вательно, и ускорение  Wпизменят свое направление на противополож­ное. При этом, если ось ур,жест­ко связанная
/>

/>с крылом аппара­та, горизонтальна, то ускорение Wnвсегда будет расположено в верти­кальной плоскости.
    Если требуется создатьускорение  Wnв другой плоскости, то корпус аппаратаповорачивается вокруг своей продольной оси zp на некоторый угол, называемый уг­лом крена и создаваемый рулемкрена РК. (При повороте руля крена набегающий на лопасти PK этого руля воздушный поток соз­дает вращающий момент, повора­чивающийкорпус вокруг оси zР.)
Например, если с помощью рулейкрена установится угол крена, равный 90°, то
/>

отклонение руля глубины будетсоздавать ускорение  Wпуже не в вертикальной, а в го­ризонтальной плоскости. Таким образом с помощью ру­лей глубины и крена может быть получено требуемое  значение величины и направления
/>

поперечного ускорения   Wп  аппарата.
    На рис. 1.7 приведенасхема симметричного  декартового рулевого управления. При этомсоставляющие поперечного ускорения в вертикальной и /> /> /> /> /> /> />

горизонтальной плоскостях,Wxи Wy, создаются соответственно с помощью рулявысоты РВ и руля поворота РП. Принцип действия каж­дого из этих рулейаналогичен описанному выше прин­ципу действия руля глубины. При отклонении рулявысо­ты корпус аппарата поворачивается вокруг оси yр исоздается подъемная сила, а следовательно, и поперечное ускорение ввертикальной плоскости. Отклонение руля поворота РП вызывает поворот корпусааппарата вокруг оси xРисоздание подъемной силы и поперечного ускоре­ния в горизонтальной плоскости.
    При декартовом управлениируль крена выполняет лишь вспомогательную функцию—стабилизацию крена аппарата.При появлении какого-либо возмущающего момента, вызывающего крен аппарата (т.е. поворот его корпуса вокруг оси zР), руль крена создает противопо­ложныймомент, возвращающий корпус в исходное по­ложение. Конструктивно руль кренаможет быть при этом совмещен с рулем высоты или рулем поворота.
    При смешанном рулевомуправлении, применяемом, например, в самолетах, в создании поперечного ускоре­нияучаствуют не два рулевых органа, а три — рули вы­соты, поворота и крена.
    При отсутствии атмосферыили малой ее плотности (а также при малой скорости полета) управление поле­томосуществляется изменением силы тяги двигателя (двигателей). Применяемые приэтом схемы рулевого управления весьма разнообразны. Рассмотрим кратко наиболеетипичную из них. В такой схеме модуль W    тре­буемого ускорения создаетсяодним двигателем, жестко связанным летательного аппарата и назы­ваемым главнымили  маршевым
/>двигателем. Придание  вектору   Wтребуемого направления осуществляется пу­тем соответствующейориентации корпуса аппарата. При управлении баллистическими ракетами дальнего действия и ракетами-носителями   космических  аппаратов маршевый двигательобычно работает в течение несколь­ких минут непрерывно, а затем выключается исбрасы­вается. При этом в течение работы двигателя управле­ние ориентациейможет осуществляться с помощью га­зовых рулей. Эти рули изготавливаются изжаропрочных материалов и устанавливаются в струе газов, вытекаю­щих  из  сопла  маршевого двигателя  (рис.  1.8).                  
               />
При  повороте руля нанекоторый угол δ, газовая струя создает
/>

газодинамическую  силу  Yp, поворачивающую корпус   ракеты вокруг ее центра масс.                                                                                                                                                                                                                                                    
    При управлении космиче­скимиаппаратами с целью  экономиитоплива управление  полетом осуществляется обычно путем всего несколькихсравнительно кратковре­менных включений маршевого двигателя. При этом дляупрощения двигателя величина его силы тяги обычно не имеет плавной регулировки,т. е. двигатель может рабо­тать только в режиме «включено—выключено». В этомслучае управление полетом осуществляется не путем
/>

регулирования величиныускорения W, апутем(включе­ния и выключения двигателя в соответствующие момен­ты времени,например, в следующей последовательности. На   основании   данных информационно-измерительного устройстваИИУ (см. рис. 1.1) управляющее устройство УУ
/>

определяет требуемое изменение∆Vтр вектора скорости аппарата. Затем корпус аппаратаповорачивается вокруг  центрамасс таким образом, чтобы
/>после включения маршевого двигателя силаего тяги Т  совпадала по
/>

направле­нию с вектором∆Vтр. Затем включается маршевый двига­тель, создающийпостоянное ускорение W, и происходит изменение вектора скоростиаппарата по закону         ∆V=W t .                                             
Когда это изменение достигаеттребуемой величины ∆Vтр , маршевый двигатель выключается.Поскольку раз­вороты корпуса происходят при выключенном маршевом  двигателе,они осуществляются с помощью дополнитель­ных малогабаритных двигателей,называемых двигате­лями ориентации. В качестве таких двигателей приме­няютсямалогабаритные реактивные двигатели, вектор тяги которых не проходит черезцентр масс аппарата, или маховики (вращающиеся массы).
           
                        Основныевиды управления полетом
                            
   Различают следующиеосновные виды управления полетом:
     1)автономное управление
     2) самонаведение
     3)телеуправление
   Деление систем управленияна автономные и неавто­номные возможно по двум признакам — аппаратурному иинформационному. При делении по аппаратурному при­знаку автономными считаютсятакие системы, в которых вся аппаратура, предназначенная для управления поле­томлетательного аппарата, расположена на борту этого аппарата. При делении поинформационному признаку к автономным относятся такие системы, в которых послепуска (старта) летательного аппарата никакая дополни­тельная информация оположений или параметрах дви­жения цели (пункта назначения) и КП не учитываетсяпри образовании команд управления.
    Автономное управление вследствие его информацион­нойавтономности непригодно для наведения на цели, расположение или параметрыдвижения которых изве­стны до пуска аппарата недостаточно точно или могут послепуска существенно измениться. Например, авто­номное управление не можетобеспечить наведение сна­ряда на самолет противника, но пригодно для наведениябаллистической ракеты на наземную цель, геоцентриче­ские координаты которой допуска снаряда известны
    Автономное управлениеможет быть программным или самонастраивающимся. При программном управле­ниилетательный аппарат должен двигаться по программной (номинальной) траектории,т. е. траектории, выбранной до пуска аппарата и зафиксированной соот­ветствующимпрограммным механизмом, установленным на его борту. При этом задача управлениясводится к измерению отклонений аппарата от номинальной тра­ектории иликвидации этих отклонений. Однако про­граммное управление в общем случае неявляется опти­мальным. Типичная функциональная схема системы автономногопрограммного управления изображена на рис. 1.10.
/>
Автопи­лот, состоящий изусилителя-преобразователя УП, исполнительного механизма (рулевых машин) ИМ идатчиков обратных связей Д 1и Д 2,
/>вырабатывает требуемые откло­нения δ   рулевых органов на основе /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

поступающих на входыусилителя-преобразователя данных u1, u2,    u3  и  u4 .
/>Здесь   u1 —совокупность данных, поступающих от про­граммного механизма и задающихтребуемый закон движе­ния аппарата.
 
/>    u2 —совокупность данных, определяющих фактический закон движения центра масс(координаты, скорость, уско­рение) аппарата. Устройство, вырабатывающее этиданные, называется координатором.
/>

    u3 — совокупность данных о поворотах корпуса аппарата вокруг егоцентра масс (углах поворота и их производ­ных). Эти данные вырабатываютсядатчиками Д 1угло­вых поворотов корпуса аппарата—свободными и прецессионнымигироскопами.
/>

    u4 —совокупность данных о движении рулевых орга­нов (например, обуглах поворота рулей и производных этих углов), вырабатываемых датчиками Д2.
    В ряде случаев вусилитель-преобразователь вводят­ся также данные о текущем времени, скоростномнапоре и др. В усилителе-преобразователе входные данные уси­ливаются и преобразуютсяв команды управления таким образом, чтобы обеспечить достаточный запас устойчи­востии высокое качество регулирования. Закон преоб­разования данных может бытьдостаточно сложным и  требовать применения в блоке УП электронной вычисли­тельноймашины.
    В зависимости от типакоординатора автономные си­стемы управления делятся на инерциальные, астронави­гационные,радиотехнические и другие.
    В инерциальных системахданные о законе движения центра масс аппарата
/>получают путем измерения и ин­тегрированияускорения W, осуществляемого акселеро­метрами (измерителями ускорений) иинтеграторами ускорений.
    Астронавигационные системы основаны на определе­нии положенияцентра масс аппарата с помощью пелен­гации излучения небесных тел,осуществляемой специ­альными приборами-секстантами, установленными на бортуаппарата.
    Координаторы  радиотехнических автономных систем весьма разнообразны и обычно основаны на применениирадиовысотомеров и допплеровских измерителей путе­вой скорости или на приеме наборту управляемого аппа­рата радиоизлучения различных ориентиров, располо­женныхвне КП и цели (пункта назначения). При этом ориентирами могут служить впринципе любые источни­ки достаточно интенсивного радиоизлучения, положение ипараметры движения которых в фиксированной систе­ме координат (например, вгеографической, геоцентри­ческой или гелиоцентрической) известны априори с до­статочнойточностью и могут поэтому вводиться в авто­пилот непосредственно, т. е. безприменения дополни­тельных измерителей. В частности, может использовать­сярадиоизлучение Солнца и некоторых «радиозвезд» или излучение радиопередающихустройств, установлен­ных на ИСЗ или на Земле. При этом, если радиопередающиеустройства устанавливаются специально для управления (навигации), а не длярешения других за­дач, то система управления, оставаясь автономной в ин­формационномотношении, теряет свою аппаратурную автономность. Для повышения точностиавтономных си­стем часто применяется комбинирование (комплексирование)различных типов координаторов. Например, в астроинерциальных системахинерциальные координа­торы комплексируются с астронавигационными, а врадиоинерциальных — с радиотехническими.
    Самонаведениемназывается наведение аппа­рата на цель (пункт назначения) на основе приема энер­гии,излучаемой или отражаемой целью.
    В зависимости от характераиспользуемой энергии самонаведение может быть радиотехническим, тепловым,световым, акустическим. Возможно также применение комбинированных системсамонаведения, использующих, например, комбинацию радиотехнических и тепловыхко­ординаторов.
   В зависимости от местарасположения первичного источника энергии системы самонаведения могут бытьактивными, полуактивными или пассивными. В активных системах источник первичнойэнергии устанавливается на борту летательного аппарата, а в полуактивных — внеборта аппарата (например, на КП). В пассивных си­стемах используется излученнаяили отраженная энергия естественных источников (Солнца, Луны и т. п.) илиэнергия источников, созданных человеком, но не для обеспечения самонаведения, адля других задач. Поэто­му к пассивным относят и радиотехнические головкисамонаведения, устанавливаемые на снарядах, уничто­жающих радиолокаторыпротивника и принимающие излучение этих радиолокаторов.
    Очевидно, активные системысамонаведения являют­ся в аппаратурном отношении автономными. Однако винформационном отношении они не автономны и в этом заключается ихпринципиальное отличие от авто­номных систем управления. Действительно,энергия, идущая от цели (пункта назначения), используется в си­стемахсамонаведения для получения в процессе полета информации о положении ихарактере движения аппара­та относительно цели и учета этой информации приобразовании команд управления. Благодаря наличию та­кого информационного канала— канала контроля цели— самонаведение имеет по сравнению с автономным управ­лениемкак весьма важное преимущество, так и серьез­ный недостаток. Преимуществомявляется возможность наведения аппарата на цели, положение или параметрыдвижения которых априори известны с недостаточной точностью, например насамолеты противника. Недо­статок состоит в возможности создания противникомэффективных помех, действующих на канал контроля цели.
    Функциональная схемаактивной или пассивной си­стемы самонаведения приведена на рис. 1.11, а, соответ­ствующаяей структурная схема  —                           на  рис. 1.11,6.
/> 
В этой  схеме РГС —радиотехническая головка самонаведения (координатор), измеряющая параметррассогласования, характеризующий величину и направление отклонения аппарата(ракеты) от правильного полета на цель Ц.
/>/>/>  
 Таким  параметром можетслужить, например, производ­ная ε=dθ/dt, гдеθ —угол
/>

отклонения направления ра­кета— цель r в стабилизированной (невращающейся) си­стемекоординат  xyz. Кинематическое звено учитывает
/>кинематические соотношения, связывающиепараметр рас­согласования ε  с /> /> /> /> /> /> />

координатами центров масс Aц(t) и Ap(t) цели и ракеты, а динамическое звено—
/>связь координат центра масс аппарата (ракеты)  Ap(t)   сотклонением рулей
/>

δ(t).    Изрисунка видно, что в системе самонаведения ра­диосредства (РГС) играют рольизмерительного элемента (координатора) исходят в состав замкнутого контурауправ­ления в качестве одного из его звеньев, называемого ра­диозвеном.
    Телеуправлением называетсяуправление, при котором с командного пункта можно изменить траекто­риюуправляемого аппарата.
    В зависимости от способаобразования команд раз­личают командное, телеуправление и телеуправление порадиозоне. В первом случае команды формируются на КП и передаются на бортаппарата по радиолинии, на­зываемой командной радиолинией. Во втором случае наКП формируется соответствующей аппаратурой специ­альная управляющая радиозона —равносигнальная зо­на, вдоль которой должен лететь управляемый аппарат. Приэтом отклонение аппарата от равносигнальной зоны обнаруживается приборами,установленными на борту этого аппарата, и сводится к нулю путем соответствую­щеговоздействия на его рулевые органы. В большинстве случаев требуемая равносигнальнаязона имеет вид пря­мой или плоскости, т. е. является равносигнальной осью илиплоскостью. В тех случаях, когда требуемая равно-сигнальная зона имеет видпрямой, радиозону называют радиолучом, а соответствующий вид телеуправления —лучевым.
    Телеуправление можетприменяться для наведения  аппарата на цель (пункт назначения) или в районцели, выведения аппарата на заданную орбиту, приведения аппарата на КП (или врайон КП) из пункта, удаленно­го от этого КП, и т. д. В случае наведения нацель раз­личают, в зависимости от способа контроля цели, теле­управлениепервого вида (ТУ-1) и телеуправление вто­рого вида      (ТУ-2). При ТУ-1контроль за целью осуще­ствляется непосредственно с командного пункта, а приТУ-2 устройство контроля правильности полета аппарата к цели устанавливается наборту этого аппарата, и дан­ные контроля передаются с борта аппарата на КП посоответствующему радиоканалу.
Линии передачи информации,входящие в состав систем телеуправления, как правило, делаются радиотехническими,а устройства извлечения информации могут быть как радиотехниче­скими, так идругих типов (например, телевизионными или тепловыми).
    Для повышения качествауправления часто приме­няются также различные комбинации автономногоуправления, самонаведения и телеуправления. Напри­мер, при наведении зенитнойракеты на цель на первом участке траектории ракеты может применяться автоном­ноеинерциальное управление, на втором участке — ТУ-1, а на третьем (последнем)—самонаведение.
  
                                                     Литература
1)   Л.С. Гуткин, В.Б. Пестряков, В.Н.Теплугин. Радиоуправление. 1970
2)   Л.С. Гуткин, Ю.П. Борисов и др.Радиоуправление реактивными снарядами и космическими аппаратами. 1968
3)   Данные с сайта www.space-academy.net