Jak działa automat ciągu samolotu TU154M

Jednym z bloków systemu automatycznego sterowania (АБСУ) samolotu TU154M jest automat ciągu (АВТОМАТ ТЯГИ АТ), którego zadaniem (w trybie stabilizacji) jest utrzymanie stałej poziomej prędkości IAS. Schemat struktury funkcjonalnej automatu ciągu pokazuje rysunek 1.

Rys 1. Schemat struktury funkcjonalnej automatu ciągu

Z tego schematu i opisu wynika, że danymi wejściowymi dla AT jest różnica między zadaną i zmierzoną prędkością IAS oraz składowa pozioma przyspieszenia wzdłużnego samolotu.

Różnicę prędkości IAS zmierzonej i zadanej podaje jeden ze wskaźników УС-И, pierwszego lub drugiego pilota. Sygnał ΔV_пр = V_пр - V_пр_._зад jest w AT przetwarzany przez człon inercyjny oraz różniczkujący z inercją. Wyniki działania obu członów są sumowane i podawane na wejście bloku ograniczającego F.

Składową poziomą przyspieszenia wzdłużnego n_x wylicza się na podstawie pomiarów z urządzenia БДЛУ-0,5 oraz kąta pochylenia samolotu otrzymywanego z bloku żyroskopów МГБ. Wynik wyliczenia brany wprost oraz po przetworzeniu przez człon różniczkujący z inercją jest sumowany z określonym wyżej wynikiem przetwarzania ΔV_пр.

Suma wskazanych wyżej sygnałów jest przetwarzana przez człon całkujący i po przejściu przez ogranicznik służy do sterowania blokiem wykonawczym ИМАТ, kontrolującym sektory gazu silników samolotu.

W konstrukcji tej pomiar przyspieszenia wzdłużnego n_x służy do wypracowania szybkiej reakcji automatu na zmianę prędkości, a pomiar różnicy ΔV_пр do wypracowania reakcji dalszej.

Dokumentacja [1] podaje, że dokładność stabilizacji prędkości IAS zadanej na wskaźniku УС-И jest nie gorsza niż ±10 km/godz. Jeśli np. na wskaźniku ustawiono 300 km/godz., to dopuszczalne są wahania w przedziale od 290 do 310 km/godz. Zmianę zadanej prędkości kontrolowanej УС-И przez przeprowadza się przełącznikiem na pulpicie ПН-6 przechylając go w pozycję + lub -.

Na schemacie 1 widać także, że operację odejścia (УХОД) automat ciągu realizuje w trybie specjalnym, w którym pomija się sygnały wejściowe i wymusza maksymalną wartość sygnału sterującego dla bloku wykonawczego ИМАТ. Odejście jest inicjowane przyciskiem УХОД na wolancie. Ten sygnał dostarczany jest nie tylko do AT, ale także do kilku innych bloków АБСУ.

Rys 2. Sterowanie obrotami turbiny silnika przez automat ciągu - przedział czasowy 1

Rezultaty uzyskiwane w zakresie działania automatu w ostatnich sekundach lotu samolotu TU154M PLF101 do Smoleńska można prześledzić na wykresie 2 oraz 3. Wykres 2 pokazuje szerszy przedział czasowy, a wykres 3 pokazuje dokładniej ostatnie 20 sekund lotu.

Jak widać na wykresie 2, między godziną 08:38:45 a 08:39:00 zmiana prędkości wynosiła około 35 km/godz., co przekracza dopuszczalny zakres wahań. Oznacza to, że piloci musieli dokonywać zmian prędkości zadanej na wskaźniku УС-И. To spowodowało widoczny spadek obrotów silników począwszy od godziny 08:38:30 i w konsekwencji odnotowany spadek prędkości IAS do wartości około 300 km/godz. Ponowny spadek z 300 km/godz. do 288 km/godz. około godziny 08:40:20 prawdopodobnie również był wynikiem zmiany prędkości zadanej na wskaźniku УС-И.

Działanie stabilizacji prędkości IAS przez AT można zobaczyć między momentami czasowymi 08:39:00 a 08:40:00. Dwukrotnie wzrosło tam (i potem zmniejszyło się) pochylenie samolotu. Związany z tym wzrost kąta natarcia spowodował wzrost oporów aerodynamicznych. Automat ciągu zareagował na to zwiększeniem obrotów silników, w rezultacie czego prędkość IAS utrzymała się w zadanym przedziale. Można założyć, że początkowo decydujące znaczenie dla ustabilizowania dotychczasowej prędkości miała tu składowa sygnału sterującego n_x, podawana z czujnika przyspieszenia wzdłużnego БДЛУ-0,5, przetwarzana przez blok bez inercji Kn_x. Potem ujawniła się różnica prędkości zadanej i zmierzonej ΔV_пр₍przetwarzana przez człony z inercją), co spowodowało zmianę sygnału wyjściowego i w rezultacie chwilowy wzrost prędkości IAS powyżej wartości stabilizowanej.

Rys 3. Sterowanie obrotami turbiny silnika przez automat ciągu - przedział czasowy 2

Dalsze zmiany prędkości prawdopodobnie nie wynikały z manewrowania wskaźnikiem УС-И, ale były rezultatem zmian oporów aerodynamicznych.

Można uznać, że wartości IAS około godziny 08:40:42 są lekko zawyżone, bo utrzymywały się przez czas krótszy niż 1 sekunda, natomiast około godziny 08:40:44.5 widać postępujące spadki prędkości. Było to spowodowane wzrostem pochylenia samolotu i co za tym idzie kąta natarcia. W reakcji na to po czasie około 2.5 sekundy automat ciągu spowodował wzrost obrotów silników. W rezultacie spadek prędkości IAS został zatrzymany, ale nie wróciła ona do poprzedniej wartości około 288 km/godz i ustabilizowała się początkowo na poziomie 280 km/godz, a potem jeszcze spadła do wartości około 278 km/godz – cały czas w zakresie stabilizacji.

Kolejny spadek prędkości pojawił się około 08:40:56. Znowu był to rezultat wzrostu pochylenia samolotu. Automat ciągu nie zdążył tu zareagować, bo w chwilę potem nastąpiło jego odłączenie i przestawienie manetek gazu na maksimum. To spowodowało wzrost obrotów silników, ale mimo to spadek prędkości IAS postępował nadal. Opory aerodynamiczne były większe niż wzrost siły ciągu silników.

Z obu wykresów wynika, że automat ciągu dosyć dobrze stabilizuje zadaną prędkość IAS, jednak to nie wystarcza do realizacji operacji odejścia, gdzie wymagane jest zatrzymanie opadania i przejście do wznoszenia. Automat ciągu reaguje na spadek prędkości wynikający ze zmiany kąta natarcia, ale spadek ten musi najpierw nastąpić. Ponadto od momentu zauważenia spadku prędkości mija pewien czas, zanim następuje wzrost obrotów silników. Przy dużym wzroście kąta pochylenia i co za tym idzie dużym spadku prędkości opóźnienie to jest niebezpieczne, bo grozi przeciągnięciem. W związku z tym procedura odejścia w trybie manualnym jest określona w ten sposób, że najpierw należy włączyć maksymalną siłę ciągu, a dopiero potem zmienić pochylenie. Takie działanie ma też pokazany na rysunku 1 przełącznik УХОД w automacie ciągu przy odejściu automatycznym.

Nie ma takiej możliwości, by „odejście w automacie” oznaczało utrzymanie stabilizacji prędkości IAS przez automat ciągu, a wymuszenie odejścia sprowadzało się tylko do dużego wychylenia kolumny wolantu. To oznacza, że wymiana zdań między dowódcą a inżynierem pokładowym:

8:32:55.161 8:32:57.064 W przypadku nieudanego podejścia odchodzimy w automacie D

8:32:57.541 8:32:58.254 W automacie T

mogła oznaczać tylko jedno: uzgodnienie odejścia przez przycisk УХОД.

Dodatek - dnia 13.11.2021r