Системы НБУ с триммируемым стабилизатором

В этой структуре системы управления (рис.7.2) наличие в системе управления, наряду с рулем высоты, триммируемого стабилизатора позволяет получить ряд преимуществ, которые состоят в следующем (см. также главу 6):

— для балансировки самолета на установившихся режимах служит стабилизатор, а руль высоты используется в основном для маневра. Это дает возможность сделать руль высоты меньших размеров и тем самым уменьшить усилия от аэродинамических шарнирных моментов.

Кроме того, триммируемый стабилизатор с рулем высоты, как орган продольного управления, имеет большую эффективность, чем фиксированный стабилизатор с рулем высоты. При равных исходных эффективностях можно уменьшить площадь триммируемого стабилизатора и его руля высоты, тем самым уменьшить вес конст­рукции и энергетические затраты на управление этими органами примерно в 5-6 раз [15].

— поскольку балансировка самолетоам осуществляется стаби­лизатором, то рычаги управления и руль высоты после завершения балансировки устанавливаются в положение, близкое к нейтральному. Такое положение рычагов управления удобно для пилотирования. Одновременно происходит также обнуление усилий, в связи с чем отпадает необходимость в применении триммера на руле высоты, который может быть источником различных отказов, в том числе активного.

www. vokb-la. spb. ru — Самолёт своими руками?!

При нейтральном положении рычагов управления летчик располагает полной эффективностью рулей высоты. При этом по характеру изменения усилия летчик может контролировать работу стабилизатора, что весьма важно в случаях активных отказов в цепях управления стабилизатором.

— так как в установившемся полете руль высоты практически находится в нейтральном положении, это благоприятно сказывается на аэродинамическом качестве;

— при меньшем размере руля высоты проще решаются вопросы

обеспечения требуемой характеристики управляемости в

заданном диапазоне режимов полета в связи с меньшим значением эффективности руля высоты (wf). Кроме того, в этой структуре для обеспечения требуемого значения ХПу может эффективно использоваться нелинейный механизм, так как на установишихся режимах полета отклонение рычага управления практически всегда происходит в диапазоне малых коэффициентов передачи ;

— в режиме автоматического управления стабилизатор может использоваться для автотриммирования, чтобы исключить возможность ударного перехода на ручное управление при отключе­нии САУ. Автотриммирование может осуществляться как по сигна­лам отклонения руля высоты (например, начиная ±2° дв), так и по сигналам, эквивалентным моменту или усилию на муфте сервопривода САУ. Поскольку в этой системе усилия при управлении уменьшаются, соответственно может быть уменьшена мощность исполнительного привода САУ.

Важно отметить, что рассмотренные преимущества, которые связаны с применением триммируемого стабилизатора, способствова­ли широкому внедрению триммируемого стабилизатора на пассажирс­ких самолетах большой пассажировместимости (от 100 чел. и более), на которых вопросы обеспечения безопасности имеют первостепенное значение. По зарубежным данным по состоянию на конец 1990 г. мировой парк магистральных гражданских самолетов насчитывал 11510 единиц (без СССР) С16). Среди самолетов, имеющих триммируемый стабилизатор:

429

Боинг 707/720	229
Боинг727	1708
Боинг737	1714
Боинг757	272
Боинг747	727
Боинг767	285
Бритиш Аэроспейс 111	121
Бритиш Аэроспейс ВАе 146	163
Дассо“Меркюр”	И
Макдоннелл-Дуглас DC-8	320
Макдоннелл-Дуглас DC-9	855
Макдоннелл-Дуглас DC-10	379
Макдоннелл-Дуглас MD-80	713
Эрбас Индастри А300	236
Эрбас Индастри А300-600	86
Эрбас Индастри АЗ 10	195
Эрбас Индастри А320	107

Отечественные самолеты с триммируемым стабилизатором Ил — 62, Ил-62М, Як-40, Як-42, Ил-76, Ил-86, Ил-96-300,Ту-204.

Приведенная статистика подтверждает, что применение триммируемого стабилизатора является целесообразным, что нашло отражение в широком его использовании на основном парке пассажирских самолетов. Его применение позволило более комп­лексно решить вопросы, связанные с конструкцией самолета, характеристиками управляемости и безопасности полета.

Однако при применении триммируемого стабилизатора должны учитываться некоторые особенности, свойственные триммируемому стабилизатору.

1. Если эффективность стабилизатора такова, что при уводе его в любое крайнее положение эффективности руля высоты недостаточно для компенсации этого отказа (момента) стабилизатора, его система управления должна иметь очень высокую надежность, которая может быть обеспечена только резервированием. В противном случае углы отклонения стабилизатора должны быть ограничены безопасным

значением.

Отклонение руля высоты на большие углы с целью компенсации отказа стабилизатора может потребовать от летчика больших усилий. Поэтому, учитывая большую эффективность стабилизатора, активный отказ стабилизатора должен быть исключен.

Диапазон отклонения стабилизатора может составлять

<е> = + 1 Н—12°

Скорость отклонения стабилизатора при нормальной работе находится в дианазоне

Ф—0,3^0,5 о/с

2. Перед взлетом стабилизатор должен устанавливаться в положение, которое является функцией положения Ц. Т. и веса са­молета. Выполнение этой процедуры обязательно. Обычно для этой цели используются специальные таблицы или вычислители центровки и веса самолета.

Наиболее характерные отказы, которые рассматриваются при выборе структуры системы управления триммируемого стаби­лизатора, —это электрические отказы типа непроизвольного увода стабилизатора или его несрабатывание при воздействии управляю­щего сигнала, а также отказы механических элементов, приводящих к заклиниванию или рассоединению элементов привода. Для сохранения работоспособности системы при указанных отказах применяются специальные меры, включая прежде всего резер­вирование, а также специальные процедуры, направленные на исключение ошибок экипажа н обслуживающего персонала.

Наибольшую опасность для самолета представляет электричес­кий отказ, вызывающий увод стабилизатора. Этот отказ должен быть исключен всеми возможными мерами, даже если это достигается ценой увеличения вероятности несрабатывания стабилизатора. Учитывая, что от сохранения балансировки зависит непосредственно безопасность полета, структура системы управления триммируемым стабилизатором строится на основе принципа суммирования скоростей каналов. В этом случае при отказе одного канала сохраняется балансировочный угол отклонения стабилизатора, а скорость отклонения стабилизатора уменьшается на величину составляющей

скорости каналов. Хотя при использовании принципа суммирования каналов увеличивается вероятность возникновения активного отказа любого из каналов, при этом скорость уюда стабилизатора будет определяться скоростью увода одного канала. При ручном управлении летчик может противодействовать уводу стабилизатора, используя другие нормально работающие каналы, суммарная скорость которых превышает скорость отказавшего канала. В связи с этим летчик должен периодически возвращать стабилизатор в балансировочное положение. Для устранения такого эффекта используется система автоматического контроля, которая обнаруживает и изолирует отказавший канал. После отключения неисправного канала скорость отклонения стабилизатора уменьшается на величину скорости отказавшего канала. В системах управления стабилизатором, наряду с резервированием, применяются и другие дополнительные меры, предотвращающие увод стабилизатора или способствующие быстрой компенсации этого вида отказа летчиком.

Одной из таких мер является дискретное управление стабилизатором. При таком способе управления стабилизатор перемещается только на небольшой угол после разового нажатия кнопки управления стабилизатором. Для перемещения стабилизатора на больший угол необходимо последовательное неоднократное нажатие кнопки (Як-40, Як-42). Поэтому в случае попадания ложного сигнала стабилизатор может переместиться только на небольшой угол, ограниченный концевиками. При этом шаг установки концевиков делается переменным. Например, на самолете Як-42 в диапазоне углов установки стабилизатора от +2 до —2′ шаг составляет Г, а от —2 до —12′ шаг равен 2°.

На зарубежных пассажирских самолетах одной из распростра­ненных мер по повышению надежности управления стабилизатором является применение резервной механической тросовой проводки для управления приводом стабилизатора. Эта проводка имеет приоритет над электрической проводкой (рис.7.13). В случае необходимости летчик может пересилить электрическое управление и остановить увод стабилизатора. Кроме того, механическая система одновременно является надежным средством сигнализации (индикации) положения

стабилизатора в полете.

Для более четкого и эффективного контроля работы стаби­лизатора, включая случаи его увода, применяются звуковая и све­товая сигнализации, которые извещают экипаж о начале движения стабилизатора.

На случай возможного отказа кнопок управления стабилизатором, расположенных на рычагах управления летчика, кнопки выполняются дублированными, с тем, чтобы при разрушении одного из контактов кнопки не происходил увод стабилизатора.

В качестве эффективной меры также применяется двухцепевое управление приводом стабилизатора, исключающее непроизвольный увод стабилизатора при попадании ложного сигнала в любою цепь (по плюсу или минусу). Наряду с этим для избежания ложных включений привода стабилизатора управление приводом осуществляется по двум независимым цепям — по одной цепи передается управляющий сигнал, по другой — команда на включение питания. Только при одновременном срабатывании этих двух цепей возможно перемещение стабилизатора.

В ряде случаев для повышения надежности дополнительно к основным цепям управления применяется упрощенная резервная цепь

с отдельным переключателем на приборной панели, сигнал от которого напрямую поступает на привод, минуя основные цепи.

Для сохранения работоспособности триммируемого стабили­затора при механических отказах применяются специальные меры. Для исключения рассоединения привода со стабилизатором узлы навески (карданы) имеют дублированные механические звенья. На случай возможного разрушения винта привода предусмотрен стержень безопасности, который сохраняет связь стабилизатора с конструкцией самолета при разрушении винта (рис.7.14).

Рис.7.14. Схема привода стабилизатора с двумя независимыми механизмами — приводами винта и гайки

Следует отметить, что несмотря на высокую надежность механических элементов в большинстве ответственных конструкций спедует использовать дублирование механических элементов, хотя это связано с некоторым увеличением веса и габаритов. Так, например, большинство механических элементов привода стабилизатора самолета Боинг 747, DC-8, -10, имеют дублирование (рис.7Л5).

Рис.7.15. Схема привода стабилизатора самолета В747. В качестве меры безопасности на случай рассоединения механических элементов в приводе (например, шестерен и валов

редукторов) может рассматриваться применение самотормозящегося винта, который удерживает стабилизатор при нарушении механических связей мажду винтовым механизмом и гидравлическим или электрическим приводом; или применение двух винтовых механизмов (рис.7.16). Для сохранения работоспособности

Рис.7.16. Схема привода стабилизатора самолета DC-10.

триммируемого стабилизатора при заклинении механических элементов в приводе стабилизатора применяются специальные

www. vokb-Ia. spb. ru — Самолёт своими руками?!

конструктивные решения. Одно из них состоит в применении двух независимых механизмов, один из которых называется приводом гайки, а другой приводом винта рис.7 Л 4. При заклинении одного из механизмов, другой механизм продолжает работать, обеспечивая отклонение стабилизатора, но на несколько меньший угол.

Во всех рассмотренных схемах управления отклонение стабилизатора производится приводами вращательного типа. При наличии высоконадежного НБУ возможно также применение для управления стабилизатором приводов поступательного типа, которые имеют резервирование, обеспечивающее функционирование системы по крайней мере после 2х отказов гидросистем. Перемещение золотников этих приводов обеспечивается медленным вращательным резервированным приводом (Ту-204 см. рис.7.17)

Рис.7.17. Схема привода стабилизатора самолета Ту-204.