Основные требования к приводам

1. Скорость привода

Привод должен обеспечивать высокую скорость отклонения

органов управления с учетом действующих на них аэродинамических нагрузок. Это необходимо прежде всего для исключения потери устойчивости самолета в “большом” при действующих на самолет возмущениях, в том числе вызванных отказами в самой системе управления.

Для аэродинамически устойчивых пассажирских самолетов скорости отклонения рулей, например, в продольном канале без учета нагрузки на привод имеют примерно величину 5уст= 20 4-25%. Обычно максимальная скорость отклонения рулей определяется взлетно-посадочными режимами и режимом полета в турбулентность.

Для аэродинамически неустойчивых самолетов или слабо устойчивых потребная скорость отклонения рулей зависит от степени аэродинамической устойчивости^**),от уровня и характера возмущений, действующих на самолет (порывы ветра, отказы), от аэродинамических нагрузок на привод, приводящих к снижению скорости перекладки органов управления.

В последнее время в системах управления пассажирских самолетов стали применяться специальные автоматические системы управления нагрузками, обеспечивающие снижение нагрузок на конструкцию планера (L-1011—500, А320, Ил-96—300, см. главу

9) .Некоторые из этих систем требуют весьма высоких скоростей отклонения органов управления. Например, максимальные скорости отклонения поверхностей управления, используемых для уменьшения нагрузок на крыло, приняты на А320:для интерцепторов—200%, для элеронов—100%. В ряде случаев оказывается целесообразным для снижения общих энергозатрат для таких систем использовать отдельные поверхности управления. Ориентировочные скорости отклонения органов управления для активных систем перспективных транспортных самолетов, обеспечиваемые приводами, представлены в таблице:

Орган управления

град

град/с

Руль высоты

±25

50

Элероны

±20

55

Интерцепторы

60

80

Руль направления

±30

45

2. Качество регулирования

Привод должен иметь высокую разрешающую способность или малые зоны нечувствительности для исключения неустойчивости в "малом”. Ввиду того, что практически полное устранение таких колебаний связано с большими трудностями, так как это требует применения фактически линейных элементов, имеющих высокую точность и стабильность характеристик, принят подход, в соответствии с которым оговаривается допустимый уровень остаточных колебаний, имеющих место как при нормальном полете, так и при выполнении маневров. Таким образом, в процессе управления не должны возникать остаточные колебания, создающие ускорения и угловые отклонения

больше указанных ниже значений.

Нормальное ускорение в кабине 0,02 g

Боковое ускорение в кабине 0,01 g

Угол тангажа 0,1 град

Угол крена 0,15 град

Угол рысканья 0,1 град

Для снижения уровня остаточных колебаний необходимо повышение разрешающей способности системы управления и особенно исполнительных устройств (СП и РП). На основании опытных данных была принята в качестве требования к перспективным приводам величина нечувствительности, равная 0,1% от максимального входного сигнала.

Практика создания систем управления для аэродинамически неустойчивых или слабо устойчивых самолетов показала на необходимость выполнения требований к частотным характеристикам приводов как в области малых сигналов управления, так и больших, рис 7.26, 7.27. Например, привод электродистанционного управления (СДУ) должен иметь:

—фазовое запаздывание на частоте 1 гц при амплитудах перемещения выходного звена РП

1,0 мм не более 25°

0, 1 мм не более 40′

—подъем амплитудной характеристики в диапазоне частот от 5 до 15 гц при амплитуде перемещения выходного звена 1» 0 мм не более 1» 5 Д#

0, 1 мм не более 3,5 Д$

В общем случае для получения высокой разрешающей способ­ности привода требуется весьма высокая технология изготовления элемент® привода, а также применения специальных устройств коррекции повьшающих чувствительность привода. Необходим также контроль характеристик, устанавливаемого на самолет РП.

Рис.7.26. Фазочастотные характеристики электрогидра — влического привода СДУ при малых сигналах

где Хрп — полный ход привода; 2 (^суммарный угол отклонения органа управления; $Пу—расход руля на единицу перегрузки; А пу — ф: —уровень перегрузки, который не должен превышаться при ^колебательном движении самолета, вызванном нечувствительностью яривода.

Отношение параметров 8Пу/’2,8 в определяется особенностями принятой компоновки самолета и фактически не зависит от системы управления. Для тяжелого транспортного самолета, использующего для продольного управления триммируемый стабилизатор и руль высоты, минимальная величина отношения 8Пу/28в может составлять около 0,075 (крейсерский полет). Если полный ход рулевого привода находится в пределах ~ 100 мм, то при Аюу=0,02 получим, что РП должен обеспечивать позиционную точность не ниже:

АХ—0,15 мм

Особенно важное значение имеет увеличение хода РП при продольном управлении, использующем целиком управляемый стабилизатор, распологаемая эффективность которого существенно превышает эффективность руля высоты. Например, для управляемого стабилизатора самолета Локхид L-1011 был применен поступательный РП очень большого хода (Хрп=711 мм), что позволило при <рПу — ~0,8 гр/ед. neper., Awy = 0, 025 и 2$? = 140 обеспечить высокую позиционную точность

AX — j 0 мм (0,02°)

Реализация привода такого большого хода стала возможной благодаря размещению его в фюзеляже.

Для сравнения в системе управления самолета с рулем высоты, имеющего 8Пу = ~3 гр/ед. перегр.,

25“ в=40°( + 15°Ч—25°) и ход привода Хрп—175 мм, получим при том же уровне перегрузки А пу=0,025 позиционную точность

АХ=0,33 мм(0, 075°)

Из этого примера видно, что в системе управления с рулем высоты проще решаются вопросы обеспечения заданного уровня точности отработки сигнала управления, при котором не превышается заданная колебательная перегрузка.

Высокая точность отработки управляющего сигнала особенно необходима для пассажирских самолетов, имеющих малые запасы ус­тойчивости или неустойчивость (хотя бы локальную),, а также при реализации интегрального закона управления.

Следует отметить, что увеличение хода РП целесообразно также из соображений увеличения динамической жесткости силовой части системы, так как уменьшается нагрузка на опору, хотя при этом жесткость самого привода может уменьшаться.

В связи с применением резервирования в системах управления в ряде случаев, особенно в схемах приводов, использующих принцип суммирования каналов, появляется дополнительная зона нечувствительности, вызванная силовым взаимодействием каналов из-за наличия несинхронности работы каналов. Для устранения зоны при наличии силового взаимодействия применяются специальные меры, например:

—выравнивание нагрузки с помощью корректирующих связей, —применение "сильного” и "слабого” каналов,

—применение резервирования с замещением,

—использование "ведущего” и "ведомого” каналов,

—применение резервирования, построенного на суммировании перемещений (скоростей) каналов,

—использование нечетного числа работающих каналов,

—использование реального и модельного каналов и т. д.

Каждый из этих методов резервирования имеет свои преи­мущества и недостатки. Выбор того или иного метода резервирования должен производиться с учетом значимости системы для бе­зопасности полета, уровня возмущений, создаваемого отказавшим каналом в движении самолета, стабильности харектеристик привода при отказах.

В последнее время все большее применение находят схемы резервированных приводов, в которых в качестве контрольного канала используется электронная модель реального канала, в которой воспроизводятся основные физические процессы, характеизующие работу канала. Это позволяет построить систему привода, состоящую фактически из самоконтролируемых каналов, не требующих для выявления неисправного канала перекрестного контроля.

Отработка сигналов автоматических систем через СШУ, в которой в качестве основной системы рассматривается механическая система управления, обычно производится с помощью отдельного сервопривода (электромеханического или электрогидравлического), который устанавливается в механической системе по
последовательной (дифференциальной) схеме. В этом случае сервопривод преобразует электрический сигнал в механическое перемещение, которое затем отрабатывается рулевым гидромеханическим приводом. Эта схема отработки сигналов управления получила название "каскадной” или "последовательной”. Каскадная схема широко используется в авиационной практике в системах управления с механической проводкой управления (Ту-154, Ан-124, Ил-96-300 и др.). При каскадной схеме установки СП и РП имеются два независимых контура управления (рис. 7.28). В этой схеме уровни резервирования СП и РП могут формироваться раздельно в зависимости от значимости систем для безопасности полета. Ввиду того, что выходной сигнал СП является общим ко всем РП, это упрощает синхронизацию входных сигналов, поступающих на РП. Однако для этой схемы свойственны нежелательные особенности: —ход сервопривода должен быть значительным,

—при несоответствйи скоростей СП и РП возможно нагружение проводки значительными усилиями. Для исключения этого между СП и РП устанавливают специальные элементы—пружины, защищающие проводку управления,

схем приводов, ориентированных на использование в структурах электродистанционного управления рулями самолета. Наибольшее распространение для этой цели получила так называемая схема с общей обратной связью (рис. 7.29). В этой схеме сервопривод находится внутри контура, охваченного общей обратной связью с выхода рулевого привода.

Рис.7.29. Установка сервопривода и рулевого привода по схеме с общей обратной связью

К особенностям такой схемы объединения СП и РП относятся: —ход СП определяется величиной хода золотника РП,

—поскольку ход СП не превышает величину хода золотника, нет необходимости в установке специальных устройств, ограничивающих усилия между СП и золотником РП, т. е. отпадает проблема согласования скоростей СП и РП,

—схема обладает более высокой точностью в отработке входного сигнала по сравнению с каскадной схемой, так как входной сигнал непосредственно сравнивается с выходным сигналом РП (руля).

Вместе с тем привод, скомпонованный по этой схеме, требует более точного исполнения СП в связи с его малым ходом (обычно ~ 10-г 15 мм). Например, СП должен иметь малые зоны нечувствительности, высокую разрешающую способность датчиков обратных связей, характеристики близкие к линейным, высокую добротность внутреннего контура ( 100 1/с). Приводы по схеме с

общей обратной связью нашли применение прежде всего на самолетах с СДУ.

Вначале приводы по схеме с общей обратной связью выполня­лись в виде раздельной компоновки сервопривода и рулевого привода, связанных между собой механическими звеньями. Это приводило к ухудшению точностных и динамических характеристик привода.

Поэтому в дальнейшем эти два агрегата были объединены в единый блок, в котором были сведены к минимуму промежуточные элементы. Такая компоновка привода получила название интегральной (рис. 7.30).

Рис.7.30. Схема интегральной компоновки рулевого привода Интегральный привод содержит в едином корпусе все необходимые элементы для преобразования и усиления сигналов. Переход к интегральной компоновке позволяет уменьшить вес, габариты привода и повысить его надежность за счет устранения трубопроводов и механических звеньев. В интегральной компоновке привода стало возможным применение высокоточных механических обратных связей, отличающихся минимальным запаздыванием, высокой стабильностью и надежностью. Электрические обратные связи, как известно, необходимо многократно резервировать, для обнаружения отказов в них необходима достаточно сложная система контроля.

. Характерной особенностью приводов СДУ является их насыщенность различными электронными устройствами, выполняю­щими многочисленные функции по обеспечению работоспособности привода. Эта электроника в основном сосредоточена в специальном блоке управления и контроля (БУКе), который

—замыкает следящие контуры привода с помощью обратных связей, —производит коррекцию рассогласования каналов привода,

—корректирует динамические характеристики привода,

—осуществляет контроль работоспособности привода, производит изоляцию отказавшего канала и выдает сигнал неисправности в систему сигнализации,

—принимает сигнал от цифровой шины (в том числе от волоконно — оптической) и преобразует этот сигнал в аналоговый и обратно в цифровой,

—формирует модельный канал привода, используемый для контроля привода,

—осуществляет оптимизацию характеристик привода по условию минимума энергопотребления,

—производит реконфигурацию структуры привода после отказа его элементов (каналов),

—обеспечивает вторичным питанием элементы привода и т. д.

Реализация перечисленных функций наиболее просто может быть осуществлена на основе цифровой техники. В связи с этим в перспективных компоновках приводов рассматривается применение процессоров, обеспечивающих быстрые и точные вычисления, перестройку структуры привода с учетом его состояния.

Учитывая тесную взаимосвязь этой электроники с элементами привода, целесообразно БУК размещать на приводе или вблизи его. Это позволяет уменьшить число связей привода с вычислителем и другими устройствами и соответственно уменьшить вес проводки. В настоящее время наблюдается тенденция приближения электроники к приводу, хотя это связано с необходимостью обеспечения работоспособности электроники в более жестких условиях (более широкий диапазон изменения температур и давлениия, вибраций, влаги), несколько увеличиваются габариты привода из-за установки БУКа.

Оставьте ответ

Вы можете использовать эти HTML теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>