АВТОМАТИЧЕСКОЕ ТРИММИРОВАНИЕ
Некоторые общие сведения об усилиях на органах
управления в установившемся полете
Для управления самолетом в полете необходимо отклонять его управляющие поверхности: элероны и рули высоты и направления. На отклоненную поверхность действует аэродинамическая сила, создающая относительно оси вращения (шарнира) этой поверхности момент. Под действием этого момента, получившего название шарнирного, отклоненная поверхность стремится вернуться к положению, при котором шарнирный момент становится равным нулю. Чтобы удержать управляющую поверхность в отклоненном положении, летчику необходимо прикладывать усилие к соответствующему рычагу управления: штурвалу [23] и педалям.
где /Нщ в — безразмерный коэффициент шарнирного момента;
Зр. в — площадь руля высоты; bр. п — хорда руля высоты;
k — коэффициент торможения скорости у оперения.
Величина и направление действия шарнирного момента определяются величиной подъемной силы Ур. в и точкой ее приложения относительно оси вращения руля высоты. В свою очередь величина и точка приложения подъемной силы зависят от угла атаки горизонтального оперения аг.0 и угла отклонения руля высоты бв (рис. 3.104). Поэтому коэффициент тШв является функцией угла отклонения руля высоты 6в и угла атаки горизонтального оперения аг.0
где т ‘•°=————
ш <Ь,-.о
|
дтш
дЬ
Величина коэффициента оказывает первостепенное влияние Ета величину усилий, которые летчик должен прикладывать к штурвалу. С помощью различных конструктивных мероприятий удается получить приемлемые с точки зрения управляемости самолета значения этого коэффициента х.
В установившемся полете в соответствии с уравнением (1.11) гумма моментов, действующих в продольной плоскости вокруг осп Ог, равна нулю. Руль высоты занимает вполне определенное для данного режима полета положение. Угол отклонения руля высоты, необходимый для продольной балансировки самолета в установившемся полете (М, = 0), называется балансировочным у г л о м.
При изменении скорости и высоты полета, веса и центровки самолета и в некоторых других случаях продольная балансировка самолета нарушается. Чтобы восстановить ее на новом режиме, необходимо соответственно отклонить руль высоты. Для удержания руля высоты в новом балансировочном положении летчику необходимо прикладывать к штурвалу некоторое постоянное усилие. Иногда при изменении режима полета потребные для балансировки усилия могут достигать недопустимо больших значений. Вместе с тем, как показывает летная практика, даже небольшие постоянные усилия, длительно прикладываемые к штурвалу, сильно услож-
1 Рассмотрение ведется применительно к системам управления без необратимых гидроусилителей (бустеров).
няют пилотирование самолета и утомляют летчика. Для снятия такого рода усилий применяют триммеры и передвижные стабилизаторы.
Триммер представляет собой вспомогательную поверхность (маленький руль), устанавливаемую в задней части руля высоты (рис.
.3.105).
Управление триммером осуществляется летчиком с помощью штурвальчика, связанного с триммером механической передачей, или с помощью специального электромеханизма, включаемого нажатием переключателя.
При отклонении триммера подъемная сила горизонтального оперения практически не меняется, поскольку площадь триммера составляет менее 10% площади руля. Вместе с тем, благодаря тому что триммер расположен на большом расстоянии от оси вращения руля высоты, момент, создаваемый триммером относительно этой оси, получается весьма значительным.
Влияние этого момента на шарнирный момент учитывается в уравнении для коэффициента шарнирного момента
дт
‘Ї. где тшв ==:
1 дгв
•; Та — угол отклонения триммера.
Подставив значение пгт — из (3.177) в (3.175) и учитывая (3.174), і получим зависимость для определения величины усилия на штурвале
(<ГЧ,, + /«.Н+ А ■»*
Допустим, что на некотором установившемся режиме, характеризуемом параметрами ar.0l и бВі, летчик путем отклонения триммера на угол тВ1 снял усилия со штурвала или, иначе говоря, отбалансировал самолет по усилию. Затем самолет был переведен на другой установившийся режим с параметрами аг.0з и бВ2. Для балансировки по усилию РБ^0 на этом режиме триммер был отклонен на угол тЕі. Условие балансировки по усилию может быть выполнено только в том случае, если шШ[! =0. Имея в виду, что в
j первом приближении коэффициенты П1^ И /Пш’* являются
юстоянными величинами, легко определить приращение Дтв = тВ2 — — тВ| как функцию приращений Лаг. о = аґ. о2 — 2r. Ql и Д&в = 6В2 — oRу.
^шГ-0А5г.0 + т^Лйв
Дтв=——————— :————- •
^шВ
Взяв производные по времени от обеих частей этого равенства, ложно определить необходимую для балансировки скорость откло — ієния триммера:
де с*—производная коэффициента подъемной силы по углу атаки;
D — коэффициент, характеризующий скос потока от крыла; ао — угол атаки, при котором су — 0; ф — угол установки оперения;
Еф — скос потока от фюзеляжа;
ш2об г, о — коэффициент продольного момента самолета без горизонтального оперения;
т— производная коэффициента момента;
/гв— коэффициент эффективности руля высоты;
С Ц о о
mzJ — мера продольной устойчивости по перегрузке; mZp—коэффициент продольного момента силы тяги.
Большинство из этих параметров являются или могут считаться величинами постоянными. К переменным величинам относятся су, п, mZo6.г. о и mZp. Они меняются при изменении скорости полета, зеса, центровки самолета и конфигурации самолета, тяги двигателей и др. Поэтому необходимая скорость отклонения триммера определяется быстротой изменения указанных характеристик.
На режимах маршрутного полета конфигурация самолета, как травило, не меняется. Если самолет летит с постоянной скоростью, го балансировка самолета нарушается главным образом вследствие выгорания топлива. При этом уменьшается вес самолета и меняет* :я его центровка, а значит, меняются величины су и тс/. Аналогично обстоит дело и при сбросе груза. На легких самолетах заметное изменение центровки и, следовательно, величины тс% может вызвать переход пассажиров с одного места на другое.
На-режимах взлета и посадки изменения полетного. веса самолета оказываются несущественными ввиду их кратковременности.
Вместе с тем на этих режимах значительно меняются скорости самолета. Соответственно меняется величина су. Вследствие изменения конфигурации самолета меняются величины тсгу и mZuб. г.0- Если ось двигателя, вдоль которой направлена его тяга, лежит выше или ниже ц. т. самолета, изменение тяги двигателей приводит к изменению величины тХр. Как показывает опыт летной эксплуатации, наибольшие скорости перебалансировки самолета имеют место на режимах взлета и посадки.
Выше мы довольно подробно познакомились с продольной балансировкой самолета по усилию путем отклонения триммеров. Уменьшение усилий на штурвале может быть также достигнуто путем отклонения стабилизатора. В этом случае изменяются угол атаки горизонтального оперения аг.0 и угол отклонения руля высоты 6В (происходит нагружение стабилизатора и разгрузка руля высоты). В соответствии с (3.176 и 3.177) это приводит к изменению тШв. По ряду причин такой метод балансировки в настоящее время применяется ограниченно.