АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПОДЪЕМНОЙ СИЛОЙ И СИЛОЙ ЛОБОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

8.1 .1 ■ Автоматы непосредственного управления подъемной силой и силой лобового сопротивления

Устройство и работа. Традиционное «моментное» управление продоль­ным движением с помощью руля высоты имеет ряд недостатков. Руль высоты воздействует на подъемную силу косвенно через создаваемый им управляющий аэродинамический момент тангажа. При отклонении руля высоты, например, вверх на нем возникает направленная вниз аэродина­мическая сила. Эта сила, во-первых, уменьшает суммарную подъемную силу, а во-вторых, создает продольный аэродинамический момент с неко­торым запаздыванием, обусловленным инерционностью самолета, приво­дит к увеличению угла атаки. Увеличение угла атаки сопровождается приращением подъемной силы, превышающим ее первоначальное умень­шение. Самолет переводится в режим набора высоты.

Возникающее в момент отклонения руля высоты уменьшение суммар­ной подъемной силы вызывает уменьшение высоты-просадку самолета. Просадка зависит от продольного момента инерции, определяемого массой самолета, и длины плеча горизонтального оперения. Время запаздывания реакции самолета, в течение которого наблюдается просадка (или взмы­вание) после отклонения руля высоты, примерно равно четверти периода продольного короткопериодического движения самолета tK.

Влияние запаздывания реакции самолета на точность пилотирования особенно заметно у тяжелых пассажирских самолетов и затрудняет дейст­вия пилота при заходе на посадку и при посадке. Автоматы непосредст­венного управления подъемной силой и силой лобового сопротивления облегчают пилоту процесс пилотирования в ответственных режимах по­лета.

Автомат непосредственного управления подъемной силой {А НУ ПС) средство автоматического управления, обеспечивающее улучшение про­дольной управляемости самолета и точности управления вертикальной траекторией полета путем отклонения органа непосредственного управле­ния подъемной силой (например, интерцепторов) при воздействии пилота на колонку штурвала.

Простейший автомат непосредственного управления подъемной силой реализует следующий закон управления интерцепторами:

AUVrTi" Я

А5у =к“;Ахв,

,„АНУНС

где До у — автоматическое отклонение интерцепторов автоматом непосредствен­ного управления подъемной силой из определенного, являющегося нейтральным,: выпущенного положения; к^’- передаточный коэффициент по отклонению колонки штурвала, показывающий, на какой угол должны отклониться интерцепторы при, отклонении пилотом колонки штурвала от балансировочного положения на 1 мм. I

Использование собственного рычага управления интерцепторами неце-‘ лесообразно, так как появляется опасность непроизвольного ошибочного; управления. Поэтому в автомате, реализующем закон управления (8.1),; обеспечивается совмещенное управление интерцепторами и рулем высоты; от колонки штурвала. .

Обычно автомат непосредственного управления подъемной силой объ­единяется с автоматом продольной устойчивости. Тогда его закон управ-; ления имеет вид —

Управление интерцепторами осуществляется с помощью электро­дистанционной системы управления. Предварительный выпуск интерцеп­торов в нейтральное для последующего управления положение осуществ­ляется вручную пилотом от автономного рычага управления интерцепто­рами (РУИ).

В состав автомата (рис. 8.1) входят датчик положения колонки штур­вала ДП, датчик линейных вертикальных ускорений ДЛУ, вычислительный блок устойчивости и управляемости БВУУи сервопривод СПЬу. Электрон­ная часть сервопривода образует электронный блок автомата БА в канале интерцепторов. Сервопривод СП5у является составной частью электро­дистанционной системы управления интерцепторами от рычага РУИ. Датчики ДП, ДЛУ и вычислитель БВУУ-составная часть автомата про­дольного управления. !

250 ,

Автомат непосредственного управления подъемной силой работает следующим образом. Перед включением автомата пилот с помощью РУИ и электродистанционной системы управления производит выпуск органов непосредственного управления подъемной силой ОН У ПС интерцепторов на определенный угол (5у = 10°). После включения автомата его дальней­шее управление пилотом осуществляется от колонки штурвала КШ. При отклонении пилотом колонки штурвала датчик ЦП вырабатывает электри­ческий сигнал иД)і, пропорциональный Ахв. Этот сигнал преобразуется в вычислителе БВУУ в управляющий сигнал автомата продольного управ­ления ист>, который вызывает отработку сервопривода руля высоты СПЪЯ, и в управляющий сигнал автомата непосредственного управления подъемной силой 11СТ , который вызывает отработку сервопривода интерцепторов СП5у. В зависимости от направления отклонения Лхв интерцепторы будут отклоняться вверх до максимального выпущенного положения (5у = 20°), создавая уменьшение подъемной силы на величину — Yagr, либо вниз до убранного положения (5у = 0), создавая увеличение подъемной силы на величину Yag(.

Отклонение интерцепторов изменяет избыточную нормальную пере­грузку Апу.’ Сигнал с датчика ДЛУ иДПу скомпенсирует в вычислителе БВУУ сигнал u4Xi и управляющий сигнал ист> станет равным нулю. Тогда сервопривод СП5у вернет интерцепторы в нейтральное положение (5у = = 10°). При возвращении пилотом колонки штурвала в балансировочное положение все процессы повторятся в обратном порядке. Таким образом достигается согласованное управление рулем высоты и интерцепторами.

Автомат непосредственного управления силой лобового сопротивления — средство автоматического управления, обеспечивающее улучшение про­дольной управляемости и точности управления вертикальной траекторией полета путем отклонения органа непосредственного управления силой лобового сопротивления (например, тормозных щитков, интерцепторов или спойлеров в тормозном режиме).

Пока функции автомата непосредственного управления силой лобового сопротивления выполняют некоторые автоматы бокового управления при послепосадочном пробеге по взлетно-посадочной полосе. При получении разовых команд об обжатии шасси и установке рычагов управления двигателями в положение «Реверс» производится автоматический выпуск на максимальный угол вверх интерцепторов и выдается разовая команда на выпуск тормозных щитков. Для управления траекторией полета граж­данских ВС такие автоматы пока не применяются. ’

Влияние автоматов непосредственного управления подъемной силой на управление продольным движением и особенности законов управления. Про­садка самолета АНпр и время запаздывания t3an определяют несовершенство «моментного» управления траекторией (рис. 8.2, а). При согласованном отклонении руля высоты и органа непосредственного управления подъем­ной силой с помощью АНУПС удается ликвидировать отрицательное приращение избыточной перегрузки, а следовательно, и просадку самолета (рис. 8.2, б).

Рис. 8.2. Переходные процессы по избыточной нормальной перегрузке и приращению

высоты при ступенчатрм отклонении руля высоты:

a-при традиционном управлении; 6-при управлении с помощью АНУПС

Недостатком совместного координированного управления рулем высо­ты и органом непосредственного управления подъемной силой является уменьшение эффективности продольного управления от колонки штурвала. От этого недостатка избавлены АНУПС с законом управления

При резком отклонении колонки штурвала от балансировочного положения, направленном на изменение перегрузки, реакция ОНУПС

А8у (I) определяется переходной функцией изодромного фильтра с постоянной времени Tg :

О, КО;

е-‘-Ч, t^O.

Таким образом, в начальный момент времени 1 = 0 ОНУПС скачком отклоняется на угол Аоу (0) = к/, а затем это отклонение экспоненци­ально устраняется. Это обеспечивает управление подъемной силой лишь в начальной фазе маневра и сохраняет эффективность продольного управления.

Известен неблагоприятный «рулевой эффект», вносимый АНУПС при отклонении ОНУПС. Наиболее существенно он проявляется в том случае, когда точка приложения подъемной силы не совпадает с центром масс

самолета. За счет поворота вектора скорости отклонение ОНУПС А8уНУПС вызывает изменение первоначального угла атаки, что приводит к запазды­ванию в управлении перегрузкой. «Рулевой эффект» ОНУПС может быть скомпенсирован, если в закон управления автомата продольной управ­ляемости ввести составляющую, пропорциональную отклонению ОНУПС Д6у. Это особенно полезно при выполнении посадки, когда постоянст­во угла атаки, обеспечиваемое АПУ и АНУПС, позволяет приблизиться без снижения уровня безопасности к предельно допустимым углам атаки и тем самым снизить посадочную скорость.

252

ЧСУП* I, 6V A, — cfB ] + к„; Дп^. +

Благодаря наличию цифрового вычислителя АНУПС позволяет сфор­мировать достаточно сложные законы управления с использованием сш на­лов и разовых команд других систем (рис. 8.3). В канале управления интерцепторами реализуется следующий закон управления: .

Использование в законе управления (8.4) сигнала 8^СУЛ от вычисли­тельной системы управления полетом ВСУП в режиме автоматического управления позволяет участвовать АНУПС в управлении траекторией полета самолета. Тогда повышается качество процессов стабилизации и управления высотой и углом наклона траектории. Более эффективно парируются возмущения при полете в турбулентной атмосфере. Введение в закон управления (8.4) сигнала, пропорционального разности между текущим значением угла атаки а, получаемым от системы воздушных сигналов СВС, и допустимым значением угла атаки, хранящимся в памяти вычислителя, позволяет предотвратить выход самолета на недопустимые углы атаки. Перекрестная связь АНУПС с АПУ в канале руля высоты осуществляется с помощью следующего закона управления:

Таким образом компенсируется «рулевой эффект». Коррекция переда­точных коэффициентов законов управления (8.4) и (8.5) по отклонению колонки штурвала, текущему и допустимому углам атаки позволяет улуч­шить качество переходных процессов. Структурная схема АНУПС, реали­зующего законы управления (8.4) и (8.5), представлена на рис. 8.3. Так

Рис. 8.3. Структурная схема АНУПС

 

реализуется непосредственное управление подъемной силой с помощью АСУУ-96.

Использование АНУПС позволяет перейти от традиционной формы продольного движения, когда возбуждаются все фазовые координаты (Да = 0, До = О, АН = 0) вследствие отклонения руля высоты, к новым формам движения. В качестве таких форм возможно изолированное движе­ние по тангажу (Да =0, До = О, ДН = 0), изолированное вертикальное перемещение (Да = 0, Ди = О, ДН = 0), поворот фюзеляжа вокруг вектора скорости (Да = 0, До = 0, Дпу = 0).

При изолированном движении по тангажу может быть осуществлен маневр с неизменным углом атаки. Перегрузка создается ОНУПС, при этом руль высоты должен парировать демпфирующий момент, возни­кающий при развороте вектора скорости.

При изолированном вертикальном перемещении осуществляется посту­пательное перемещение фюзеляжа при неизменном угле тангажа. Маневр производится вследствие перегрузки от непосредственно создаваемой подъ­емной силы. Изменение угла атаки, связанное с искривлением траектории, препятствует маневру. Это противодействие перекрывается создаваемой подъемной силой до тех пор, пока ОНУПС парирует силу, вызываемую изменением угла атаки, после чего искривление траектории прекращается. При этом руль высоты должен стабилизировать тангаж.

Поворот фюзеляжа вокруг вектора скорости реализуется в результате изменения угла атаки, вызываемого отклонением руля высоты. ОНУПС при этом стабилизирует перегрузку.

Использование АНУПС позволяет решить еще ряд задач: снизить маневренную нагрузку крыла, повысить комфорт пассажиров и экипажа и т. д. Для снижения маневренной нагрузки крыла АНУПС обеспечивает смещение центра давления к фюзеляжу, симметрично отклоняя элероны и закрылки. Прямое управление подъемной силой для разгрузки крыла не должно ухудшать характеристики продольной управляемости. Для этого организуется согласованное отклонение руля высоты и органов механи­зации, вызывающих перераспределение нагрузки по размаху крыла. На­пример, при отклонении колонки штурвала в сторону положительного приращения перегрузки внешняя секция элеронов с помощью АНУПС отклоняется передней кромкой вверх, создавая отрицательную подъемную силу на конце крыла, а закрылки или внутренние секции элеронов откло­няются вниз, создавая дополнительную подъемную силу в корневой части крыла. Органы механизации не мешают рулю высоты изменять угол атаки на увеличение подъемной силы, если создаваемые ими силы составляют пару. При этом суммарная подъемная сила зависит лишь от угла атаки.

Использование АНУПС для повышения комфорта пассажиров и эки­пажа обусловлено возможностью снижения уровня действующих на них вертикальных перегрузок. Работоспособность пилота зависит как от вели­чины случайной перегрузки и времени ее действия, так и от ее частоты. Так, ветровые воздействия, вызывающие в течение нескольких минут нормаль­ную перегрузку со средним квадратическим отклонением примерно 0,5 снижают качество управления. При случайных перегрузках свыше 0,2 254
пилоту трудно считывать показания приборов. Колебания перегрузки с частотой около 1 Гц могут быть причиной функциональных расстройств организма пилота, приводящих к дезориентации.

Компенсация изменений подъемной силы от порывов ветра посредст­вом АНУПС по сигналам приращения перегрузки позволяет существенно повысить комфорт экипажа и пассажиров.