УПРАВЛЕНИЕ ПОЛЕТОМ И РУЛЯМИ

Состав систем управления полетом. Система управления полетом (СУП) Самолета представляет собой комплекс устройств самолета, обеспечиваю­щих его устойчивость и управляемость на всех этапах и режимах полета. В состав СУП входят следующие основные системы:

‘ система управления рулями самолета-совокупность устройств управ­ления самолетом, обеспечивающих управление рулями всех видов (рулями высоты, направления, элеронами, элерон-интерцепторами, спойлерами);

система управления стабилизатором самолета-совокупность устрой­ств, обеспечивающих изменение угла установки стабилизатора;

система управления механизацией крыла самолета-совокупность уст­ройств, обеспечивающих отклонение средств механизации крыла, изме­няющих его аэродинамические характеристики (закрылков, предкрылков, тормозных щитков и т. д.);

система триммирования усилий-совокупность устройств, обеспечиваю­щих уменьшение усилий на рычагах управления путем отклонения тримме­ров или обжатия механизмов загрузки рычагов управления (колонки и баранки штурвала, педалей);

система управления двигателями самолета-совокупность устройств, обеспечивающих управление двигателями и агрегатами силовой установки. 154

СУП состоит из механической части управления и системы автомати­ческого управления. Рассмотрим систему управления рулями самолета. Механическая часть системы включает рычаги управления, рулевые приво­ды, загрузочные устройства, механические устройства для изменения пере­даточных отношений кщ, механизмы зависания и т. д.

Виды системы управления рулями. Существуют три основных вида систем управления рулями: прямые обратимые системы, бустерные систе­мы и электродистанционные системы.

Прямые обратимые системы — управления рулями реализуют жесткую кинематическую связь рычагов управления с управляющими поверхностя­ми. На рис. 5.1, а представлена прямая обратимая система управления рулем высоты РВ. Отклонение пилотом колонки штурвала (КШ)хв через механические тяги и качалки передается на руль. Отклонение руля высоты 5В вызывает появление аэродинамического управляющего момента Mz5. Давление встречного потока воздуха на отклоненном руле дает усилие,, противодействующее отклонению колонки штурвала. Усилие на колонке является основным параметром, информирующим пилота о процессе управления. Ощущение перегрузки позволяет пилоту выполнять необходи­мое маневрирование или компенсацию возмущений любого происхожде­ния, выводящих самолет из состояния установившегося полета.

Эффективность рулевых органов, определяемая приращением коэф­фициента соответствующего момента при полном отклонении органа управления от нейтрального положения, возрастает пропорционально квадрату скорости согласно (1.5).

Соответственно градиенты перемещений и усилий на рычагах управле­ния убывают пропорционально квадрату скорости. Большие градиенты перемещений и усилий на малых скоростях полета делают самолет «вя­лым» в управлении. Для лучшего восприятия пилотом малых отклонений рычагов управления в проводку управления встраиваются механизмы загрузки (МЗ) пружинного типа с предварительной затяжкой пружины. Малые градиенты перемещений и усилий на больших скоростях полета делают самолет слишком «строгим» в управлении. Поэтому характеристи­ку обжатия пружины МЗ делают нелинейной. Малому отклонению рычага

управления соответствует большое отклонение руля, большему отклоне­нию рычага управления-малое отклонение руля (рис. 5.2).

В установившемся режиме полета руль должен находиться в балансиро­вочном положении. При изменении режима полета или при внешних воздействиях руль необходимо отклонить в новое балансировочное поло­жение. Для этого пилот отклоняет рычаг управления и удерживает его в новом положении, прикладывая постоянные усилия, компенсирующие шарнирные моменты руля. Эти длительно прикладываемые к рычагу управления усилия снимаются отклонением триммеров-вспомогательных рулевых поверхностей. На рис. 5,1,6 представлена прямая обратимая система управления рулем высоты с механическим триммированием усилий отклонением триммера. Вращение пилотом триммерного штурвала (ШТ) через тросовую проводку и качалку передается на триммер. Отклонение триммера 5Т вызывает появление аэродинамического управляющего мо­мента Mz5. Давление встречного потока воздуха на отклоненном триммере дает усилие, противоположное усилию, возникшему на рычаге управления при его отклонении. Поэтому пилот может вернуть руль в прежнее положение, сняв усилие с рычага управления.

Бустерные системы управления рулями реализуют жесткую кинемати­ческую связь рычагов управления с распределительными устройствами рулевых приводов (РП)- бустеров. Рулевые приводы представляют собой гидромеханические усилители мощности. Они уменьшают или полностью снимают усилия на рычагах управления, воспринимая частично или пол­ностью шарнирный момент рулевых поверхностей.

Наибольшее распространение получила бустерная необратимая схема системы управления (рис. 5.3). При такой схеме рычаг управления соеди­няется тягой непосредственно с золотником бустера, а бустер воспринимает весь шарнирный момент. Пилот прикладывает к колонке штурвала незна­чительное усилие для преодоления сил трения в механической проводке управления и в золотнике бустера. Аэродинамический шарнирный момент не ощущается пилотом, так как он полностью передается на конструкцию самолета через опору бустера. При этом обратная связь по усилию от рулевой поверхности к колонке штурвала, как эго было в прямой обрати­мой системе, отсутствует. Это вызывает потерю пилотом ощущения выполняемых самолетом режимов полета. Поэтому в проводку управления

Рис. 5.2. Характеристики загружа — теля руля высоты:

./-линейная; 2-е повышенным градиен­том усилий в начале обжатия механизма

Рис. 5.3. Бустерная необратимая система управления рулем высоты:

«-без триммирования усилий; 6-е электромеханическим триммированием усилий поджатием механизма загрузки встраиваются механизмы загрузки пружинного типа, которые искусственно создают определенные усилия на рычагах управления. Таким образом у пилота создается «чувство управления». Механизм загрузки обеспечивает адекватность усилия на рычаге управления отклонению рулевой поверхно­сти и предупреждает пилота о возможности вывода руля на уровень ограничения.

В простейшем случае механизм загрузки имеет линейную характеристи­ку обжатия. Однако это не обеспечивает желаемого постоянства градиентов перемещений и усилий при изменении режимов полета. Поэтому приме­няются механизмы загрузки с предварительным поджатием пружин и с из­ломом характеристик загрузки (см. рис. 5.2). Широко используется под­ключение двух загружателей с разными жесткостями пружин (рис. 5.3, б). Основной полетной загружатель М3: создает усилие на всех эксплуата­ционных режимах полета. Для предупреждения пилота и предотвращения выхода самолета за допустимые углы атаки в крейсерском полете при определенном ходе колонки подключается пружина дополнительного по­летного загружателя М32, увеличивающая нагрузку на колонке штурвала при сохранении градиента усилия по ходу колонки.

При наличии необратимой бустерной системы управления рулями для триммирования усилий используется «эффект триммирования». При этом дополнительные триммерные поверхности на рулях отсутствуют, а снятие усилий с рычагов управления осуществляется поджатием механизма загруз­ки электромаханическим механизмом эффекта триммирования (МЭТ). На РИС. 5.3,6 представлена такая бустерная необратимая система управления рулем высоты. Нажимая на тангенту триммирования, пилот управ­ляет электродвигателем МЭТ. который выдвигает свой шток и поджимает механизм загрузки. Колонка штурвала перемещается в новое балансиро­вочное положение усилие, необходимое для удержания руля в соответ­ствующем балансировочном положении, обеспечивается поджатой МЭТ пружиной. В определенном диапазоне триммирования усилия снимаются с помощью МЭТ (рис. 5.4).

Механические прямые и бустерные системы управления стали чрезвы­чайно сложными по своей кинематической схеме. Они содержат десятки тяг, качалок, шарниров и других механических устройств, которые к тому

Рис. 5.4. Характеристики загружа — теля руля высоты с учетом трим — мирования: .

/-основной загружатель; 2- дополни­тельный загружатель

же из соображений надежности дублируются и троируются. Такая сложная механическая система имеет значительную массу, заметную упругость и восприимчивость к крутильно-изгибным деформациям самолета. Таким системам объективно присущи люфты, влияние трения в проводках и ряд других недостатков. Однако в силу высокой конструктивной и технологи­ческой отработанности, а также высокой надежности механические системы управления широко используются на современных самолетах. Тем не менее необходимость снижения массы и новые функциональные требова­ния обусловили переход на немеханические системы управления.

Электродистанционные системы управления рулями (ЭДСУ) реализуют электромеханическую связь рычагов управления с распределительными устройствами рулевых агрегатов (РА). Рулевые агрегаты представляют собой электрогидравлические усилители мощности, преобразующие элект­рические управляющие сигналы в перемещение механической проводки. Усилие, создаваемое пилотом при отклонении колонки штурвала, преобра­зуется датчиком усилий (ДУ) в электрический сигнал. Этот сигнал посту­пает в вычислитель блока управления (БУ), который формирует управляю­щий электрический сигнал на рулевой агрегат (рис. 5.5). Рулевой агрегат преобразует управляющий сигнал в перемещение механической проводки и входного звена рулевого привода. Рулевой привод усиливает мощность сигнала и отклоняет руль. Так как весь шарнирный момент на руле воспринимается рулевым приводом и усилие на рычаг управления не передается, в проводку встраивается механизм загрузки (М3). Этот механизм

создает искусственные усилия на рычаге управления. Снятие постоянных усилий с рычага управления осуществляется поджатием механизма загруз­ки электрическим механизмом эффекта триммирования (МЭТ).

Вместо традиционных рычагов управления колонки и баранки штурвала в ЭДСУ может применяться боковая ручка управления. Тогда пилот управляет самолетом не по усилию, а по перемещению. Это перемещение преобразуется датчиком перемещений в электрический сигнал, далее работа системы аналогична. В отличие от обычной схемы триммирование осу­ществляется не смещением ручки управления в новое балансировочное положение с помощью механизма триммерного эффекта, а непосредствен­ным перемещением руля в балансировочное положение.

ЭДСУ позволяет существенно уменьшить массу системы управления. Применение боковой ручки облегчает компоновку кабины. Основным недостатком ЭДСУ является ее зависимость от работоспособности борто­вых источников электроэнергии.