Рассмотрим, однако, дальнейшее движение вертолета
Отклонение равнодействующей в сторону парирования возмущения слишком велико из-за наличия устойчивости по скорости. Оно приводит к тому, что вертолет в своем движении к исходному положению «проскакивает» равновесное положение и отклоняется в противоположную сторону, но уже на большую величину. Движение вертолета принимает характер колебаний с увеличивающейся амплитудой. Летательные аппараты, которые в свободном возмущенном движении в конечном счете уходят от первоначального равновесного состояния, называются динамически неустойчивыми. Таким образом, вертолет на режиме висения динамически неустойчив.
Разобранный случай относился к движению вертолета по углу тангажа на режиме висения. Аналогичный характер имеет и движение крена на режиме висения. Различие здесь проявляется лишь в периоде и степени нарастания колебаний, которые зависят от моментов инерции вертолета, различных по тангажу и крену.
По углу рысканья и по высоте полета на режиме висения вертолет нейтрален. Это значит, что вертолёт не стремится удерживать заданный угол курса или заданную высоту полета; при воздействии соответствующего возмущения эти параметры будут изменяться. Но изменение их будет продолжаться только до тех пор, пока действует возмущение. По окончании действия возмущения угол курса и высота полета изменяться не будут.
Можно сказать, что вертолет устойчив по отношению к угловой скорости рысканья и к вертикальной скорости. Эта устойчивость объясняется тем, что несущий винт при увеличении скорости потока, набегающего вдоль оси вращения в направлении, противоположном действию силы тя,- ги, уменьшает свою тягу и, наоборот, при уменьшении этой скорости — увеличивает ее, создавая таким образом демпфирующую силу в направлении оси вращения. Поэтому хвостовой винт создает на вертолете большой демпфирующий момент рысканья, а несущий винт — демпфирующую силу при вертикальных перемещениях вертолета. •
При переходе от висения к режиму поступательного полета эффективность управления вертолета и производные моментов демпфирования и устойчивости по скорости несущего винта меняются незначительно (это иллюстрируется графиками на рис. 1.3, взятыми из работы [56]). Однако, большую роль начинает играть производная момента по углу атаки, ^которая для несущего винта соответствует неустойчивости. Эта неустойчивость может быть скомпенсирована, если фюзеляж вертолета имеет стабилизатор, который обеспечивает нужную степень устойчивости по углу атаки. Практика показывает, что для этого (при шарнирном несущем винте) необходим стабилизатор сравнительно небольшой площади, 0,2—0,5% площади ометаемого диска[4]. При этом продольное движение вертолета слабо неустойчиво. При значительном увеличении площади стабилизатора можно получить устойчивое продольное движение, но такой стабилизатор создает трудности в балансировке вертолета на висении с попутным ветром и потому не применяется.
ZOO Унм/ч&с
Рис. 1.3. Зависимость от скорости полета эффек-
тивности управления, демпфирования и устойчи-
вости по скорости для вертолета Сикорский S-58
(продольное управление)
|
На режиме поступательного полета движение крена оказывается сильно связанным с движением рысканья подобно тому, как это происходит и на самолете. Об этих двух видах движения поэтому говорят как об одном, «боковом» движении вертолета. Собственное боковое движение одновинтового вертолета при полете с поступательной скоростью, как правило, колебательно устойчиво. На режимах малых скоростей, пока взаимосвязь движений крена и рысканья еще невелика, а движение крена, как и на висении,.— неустойчиво — боковое движение одновинтового вертолета неустойчиво.
Интересно взглянуть с количественной стороны на характеристики возмущенного движения вертолета. Для простоты ограничимся рассмотрением только режима висе — ния.. Не вдаваясь в математическое описание возмущенного движения, укажем лишь, что для случая висения оно, грубо говоря, состоит из двух составляющих. Первая из них — устойчивая апериодическая — невелика и довольно быстро затухает, поэтому мы не будем ее рассматривать. Движение вертолета главным образом определяется неустойчивой колебательной составляющей. Параметры колебаний зависят от момента инерции вертолета относительно соответствующей оси, от его демпфирования и устойчивости по скорости. В качестве величин, характеризующих неустойчивые колебания вертолета на висении, примем период колебаний Т и время удвоения амплитуды /удв.
В качестве примера приведем табл. 1.1, дающую приближенные значения периода и времени удвоения амплитуды свободных колебаний по тангажу и крену на режиме висения для трех отечественных вертолетов.
Таблица 1.1
На рис. 1.4 показаны графики изменения углов тангажа и крена в соответствии с данными табл. 1.1. Нужно отметить, что в полете обычно не удается получить записи возмущенного движения такой длительности, как показано на рис. 1.4. Практически летчик вынужден вмешиваться в управление уже через 3—4 сек из-за больших отклонений вертолета, вызываемых атмосферными возмущениями. |