Система управления механизацией крыла(СУМК)

Как было показано в главе 3, основное назначение механизации крыла—это прежде всего снижение взлетно-посадочных скоростей путем создания большого коэфициента подъемной силы на этих режимах полета. Как известно, величина посадочной скорости оказывает существенное влияние на безопасность выполнения посадки. В связи с этим наблюдается определенная тенденция применения все более мощной механизации крыла.

Наиболее распространенной конфигурацией механизированного крыла является крыло, которое содержит в носовой части предкрылки, а в хвостовой части закрылки. Наряду с предкрылками в носовой части крыла используются также щитки Крюгера. Конструкция закрылков может быть различной—от простых однозвенных поворотных закрылков до сложных многозвенных закрылков типа Фаулера, которые помимо вращательного движения имеют также и поступательное движение, чем достигается одновременно изменение кривизны профиля крыла и увеличение площади крыла. По соображениям безопасности полета выпуск и уборка предкрылков и закрылков должны осуществляться в разные моменты времени—при выпуске вначале отклоняются предкрылки, а затем закрылки; при уборке сначала убираются закрылки, а затем предкрылки. Поэтому предкрылки и закрылки обычно имеют независимые системы управления со своими исполнительными устройствами.

Традиционно сложилось мнение, что системы управления

механизацией крыла с точки зрения безопасности полета являются второстепенными системами, т. е. при их отказе возможно безопасное завершение полета. Однако значимость этих систем для безопасности полета существенно возросла в последнее время вследствие значительного увеличения их эффективности. Поэтому к ним в настоящее время предъявляются повышенные требования по надежности.

Аэродинамические поверхности механизации крыла, используемые на взлетно-посадочных режимах, обычно имеют небольшие скорости отклонения, например, время полной перекладки из одного крайнего положения в другое составляет 30 — г — 40с. Эта скорость перекладки ограничивается энергетикой приводов. За это время летчик имеет возможность компенсировать изменение балансировки самолета, вызванное изменением конфигурации самолета.

Поскольку средства механизации размещаются на крыле и. непосредственно влияют на подъемную силу, в целях обеспечения безопасности полета к ним предъявляются три основных требования:

1) . Должен исключаться несимметричный выпуск (или уборка) средств механизации, приводящий к непарируемому моменту крена;

2) . Должен исключаться самопроизвольный выпуск(или уборка) средств механизации в полете;

3) . При несрабатывании средств механизации в полете должна обеспечиваться возможность безопасного завершения полета(включая возможность ухода самолета на аэродром другого класса(с большей длиной ВПП).

В общем принципы построения систем управления механизацией крыла в основном определяются двумя важными вопросами:

—получение максимальной эффективности при использовании механизации, что в большей степени является аэродинамической задачей. Эта задача решается выбором определенного типа механизации для данной компоновки крыла и самолета, места ее расположения на крыле, координации работы средств механизации на различных режимах полета с учетом работы органов управления для получения максимального эффекта(см. главу 3);

I

—обеспечение высокой безопасности полета как при нормальной работе механизации, так и при возможных отказах в ней. Для решения этой задачи используются различные конструктивные и структурные методы.

Далее основное внимание уделено второму вопросу—принципам обеспечения высокой надежности системы управления механизацией крыла.

Одно из основных положений, на основе которого строится концепция безопасности полета при отказе СУМК, состоит в том, что самолет должен завершать безопасный полет в гладкой конфигурации крыла при убранных закрылках. Это положение выполняется для всех пассажирских самолетов. При этом допускается увеличение посадочной скорости и длины пробега при посадке. При этой ситуации потребуется более длинная ВПП.

Самолет может оказаться в положении с убранными закрылками в гладкой конфигурации в результате отказов в СУМК, когда становится невозможным выпуск закрылков.

Закрылки и предкрылки имеют, как правило, независимые системы управления со своими приводами. Такая структура позволяет обеспечить большую эффективность механизации и повысить безопасность полета. Например, при отказе закрылков возможно использование предкрылков или, наоборот, если отказывают предкрылки, то имеется возможность отклонения закрылков на посадке на некоторый промежуточный угол.

На большинстве пассажирских самолетов отклонение закрылков и предкрылков производится вращательными электрическими или гидравлическими приводами и шариковыми или самотормозящимися подъемниками. Однако имеются самолеты, например, DC-8,-9,-10, на которых для отклонения закрылков используются поступательные гидравлические приводы.

Приводы закрылков и предкрылков, как правило, дублированы. Объединение вращательных приводов осуществляется по дифференциальной схеме(при наличии единой трансмиссии).При отказе любого из них выпуск и уборка механизации может быть произведена одним исправным приводом, но с уменьшенной вдвое скоростью.

На некоторых самолетах(например, В747, Ан-124)для повышения безопасности полета применяются внутренние и внешние секции закрылков, отклонение которых производится от автономных подсистем, содержащих свою трансмиссию и привод. При отказе любой из подсистем обеспечивается возможность работы другой.

Необходимость такой меры безопасности вызвана возможностью возникновения в СУМК механических отказов типа заклинение или рассоединение(разрушения). При нерезервированной трансмиссии один отказ такого типа выводит СУМК из строя. Учитывая, что в соответствии с последними требованиями FAR-25(CUIA) и НЛГС отказ типа рассоединения должен рассматриваться безотносительно к его вероятности возникновения, разработчики систем вынуждены принимать дополнительные меры безопасности в структуре СУМК, чтобы самолет не оказался в результате первого отказа(хотя и маловероятного рассоединения) прежде всего в гладкой конфигурации перед посадкой. Хотя и существует положение, согласно которому самолет должен совершать безопасную посадку и в гладкой конфигурации, однако ее выполнение производится с отклонением от нормальных процедур и требует от экипажа повышенного мастерства и определенных условий для выполнения посадки в этой ситуации(например, наличие аэродрома с удлиненной ВПП). Что касается механического отказа типа заклинення, то требования FAR — 25 и НЛГС допускают подтверждение практической невероятности такого отказа расчетными методами на основании имеющегося опыта проектирования подобных систем. Вместе с тем применение резервирования позволяет уйти от “общей точки” в СУМК, какой является, например, трансмиссия и сохранить ее работоспособность с некоторой потерей эффективности как при отказах типа рассоединения, так и заклинення.

Важнейшим условием обеспечения безопасности полета является синхронное отклонение закрылков и предкрылков на консолях крыла Эта задача решается с помощью общей механической трансмиссии для всех секций (или группы секций, например, внутренних и внешних секций закрылков) левой и правой консолей крыла.

Ввиду того, что механическая трансмиссия практически на всех

пассажирских самолетах нерезервирована (главным образом из-за весовых ограничений), на случай ее рассоединения или разрушения предусматриваются специальные меры безопасности для исключения асинхронного отклонения секций закрылков. Эти меры включают:

—применение электрической системы контроля; система контроля измеряет отклонение секций закрылков и в случае появления несинхронное™ в их отклонении выше допустамого уровня (A S Зак ^ 2…5°) выдает сигнал на выключение системы убавления закрылками(предкрылками)и на стопорение системы;

—стопорение системы(трансмиссии) с помощью электро­магнитных тормозов, размещенных на концевых частях консолей крыла (на конце трансмиссии).

Кроме того, для повышения надежное™ работы трансмиссии предусматриваются специальные меры, ограничивающие на нее нагрузки. К ним отаосятея:

—применение муфт предельного момента, с помощью которых ограничивается момент от привода, в том числе при заклинении или“затирании”транемиесии;

—применение системы автоматаческого ограничения нагрузок на закрылки (и соответственно на трансмиссию) в зависимое™ от скороста полета (В747, А300В, DC-10). При увеличении скорости полета автоматически уменьшается угол отклонения закрылков.

Наряду с этам применяется также мера, которая защищает закрылки от “просадки” со скоростью, превышающей допустимую (например, при разрушении выходного звена привода, связывающего привод с трансмиссией). В случае превышения скорости просадки выше допустамой выдается сигнал на электромагнитаые тормоза трансмиссии, которые фиксируют закрылки.

Отмеченные функции защиты от асимметрии и само­произвольного ухода механизации крыла в СУМК отечественных пассажирских еамолетов(Ил-86, Ил-96-300, Ту-204 и др.) возложены на автономную систему управления электромагнитаыми тормозами типа СУЭТ-5.

Управление приводами СУМК на большинстве зарубежных самолетов осуществляется с помощью механической (обычно тросовой) системы. В этом случае упрощается решение проблемы, связанной с самопроизвольным выпуском(или уборкой) закрылков и предкрылков.

Практически на всех отечественных самолетах длительное время используется резервированное электродистанционное управление закрылками и предкрылками(Ил-62, Ту-154, Ил-76, Ил-86, Як-42, Ил-96-300, Ан-124 и др.). Электродистанционное управление является более перспективным вследствие большей гибкости в оптимизации характеристик системы, в расширении автоматизации управления закрылками и осуществлении унификации системы механизации.

В последнее время существенно расширились функции СУМК современных и перспективных самолетов. К наиболее существенным из них относятся:

—приведение закрылков и предкрылков во взлетное, посадочное и убранное положения, это обычно следящее перемещение закрылков в положение, заданное рычагом управления закрылком (основное) и дискретное—от нажимных переключателей(резервный режим);

—защита от ассимметрии при обрыве трансмиссии или вала привода и от перегрузки приводом или внешней нагрузкой;

—автоматическая уборка закрылков до взлетного положения при уходе на второй круг;

—автоматическая коррекция положения закрылков на взлетно—посадочных режимах полета по условиям обеспечения максимального аэродинамического качества(минимизация расхода топлива)и безопасности полета путем выдерживания требуемых запасов по скорости сваливания, а также ряд других функций.

Реализация этих функций осуществляется аналого-цифровыми или цифровыми блоками управления и контроля. Каждый блок управления и контроля закрылков имеет два независимых самоконтролируемых канала. При отказе любого из каналов управление закрылками производится от исправного канала. В случае отказа двух каналов вычислителя управление закрылками возможно с помощью резервной цепи в обход вычислителей СУМК.

На рис.7.38 представлена типовая структура СУМК. В состав СУМК входят следующие основные элементы: рычаг управления с задатчиками положения закрылков; цифровой вычислитель СУМК; электромеханический или электрогидравлический привод, состоящий из двух независимых каналов, объединенных с помощью дифференциального редуктора; механическая трансмиссия, обеспечивающая передачу момента от привода к закрылкам и одновременно осуществляющая синхронизацию их отклонения; винтовые механизмы(шариковые или самотормозящиеся), преобразующие вращательное движение трансмиссии в поступательное перемещение; муфты предельного момента, защищающие механическую систему от перегрузки; электромеханические тормоза, фиксирующие трансмиссию закрылков в случае появления несинхронности в их отклонении, концевые выключатели, защищающие систему от ударов об ограничители в крайних положениях; датчики отклонения закрылков, выдающие информацию о текущем положении закрылков; мультиплексные линии езязей, с помощью которых осуществляется комплексирование всех устройств СУМК.

Указанная типовая структура может использоваться как единая для всех закрылков крыла(при общей трансмиссии), так и для группы секций закрылков в зависимости от требований к безопасности полета конкретного самолета при отказе СУМК. Естественно, что в последнем случае возрастает число элементов СУМК из-за более глубокого резервирования.

Дальнейшее развитие СУМК будет направлено на расширение адаптивности крыла с целью повышения его несущих свойств, аэродинамического качества не только на взлетно-посадочных режимах, но и на других режимах, включая крейсерские режимы полета. Для решения этой задачи необходимо применение механизации крыла, состоящей из отдельных независимых секций, управляемых отдельными приводами от цифровой СУМК. Такая СУМК позволяет придать крылу желаемую кривизну профиля по размаху крыла в зависимости от режимов полета. Это потребует в связи с увеличением секций закрылков большого числа приводов для управления механизацией. Фактически такая структура СУМК будет мало чем отличаться от структуры СШУ.

Рис.7.38. Схема резервированной системы управления механизацией крыла