Системы улучшения комфорта экипажа и пассажиров

Действующие на экипаж и пассажиров перегрузки являются одним из факторов, определяющих комфорт. Допустимый уровевь перегрузок зависит от их частотного спектра, направления и, длительности. Для оценки комфорта и влияния турбулентности на эту характеристику предлагается использовать так называемый показатель дискомфорта D, определяемый следующим образом Д5] s

D={1>’(/) I -§*-</) I 20w(f)df}112

где W(f)—весовая функция; ~ф(Л —передаточная функция

самолета по перегрузке при воздействии порыва ветра; Ow{f) —спектральная плотность порывов ветра;/— частота в герцах. Весовые функции, характеризующие переносимость человеческим организмом вертикальных и боковых перегрузок, представлены на рис.9.24.Как следует из этих зависимостей, боковые перегрузки с частотами 0,4 — ЬЗ Гц переносятся человеческим организмом хуже, чем вертикальные.

Уровень и частотный спектр перегрузок в различных сечениях фюзеляжа зависит от общей компоновки самолета. Так, для дозву­ковых неманевренных самолетов нормальной схемы распределение среднеквадратичных вертикальных перегрузок по длине фюзеляжа примерно равномерное, и спектр их содержит в основном частоты, близкие к частоте короткопериодического движения. Некоторое уменьшение перегрузок может быть обеспечено демпфером тангажа. Отметим, что в отношении комфорта существует некоторое оптимальное значение относительного демпфирования коротко­периодического движения самолета. Использование для управления рулем высоты совместно с сигналом скорости тангажа сигнала нормальной перегрузки приводит к уменьшению перегрузок в носовой части фюзеляжа н увеличению их в хвостовых сечениях (рис.9.25).

Для значительного умень­шения перегрузок во всех точках фюзеляжа необходимо использование органа непосред­ственного управления подъемной силой (НУПС). Исследования показывают, что снижение перегрузок от воздействия турбулентной атмосферы примерно вдвое может быть достигнуто с помощью органа НУПС, эффективность которого ДСу=± (0,03 — г0,04) (см. рис.9.25).. Блок — схема системы приведена на рис. 9! 26.

Боковые перегрузки, возникающие при полете самолета нормальной схемы в турбулентной атмосфере, распределены по длине

фюзеляжа более неравномерно, чем вертикальные. Для широко­фюзеляжного пассажирского самолета, распределение перегрузок которого приведено на рис.9.27, вклад низкочастотных составляющих в среднеквадратичную перегрузку составляет 60% в хвостовых сечениях фюзеляжа и 30% в носовых.

Заметное улучшение характеристик комфорта экипажа и пасса­жиров, размещенных в этих сечениях может быть достигнуто систе­мой, работающей в диапазоне частот как короткопериодического

движения самолета, так и собственных частот низших тонов упругих колебаний конструкции. Блок-схема такой системы приведена на рис. 9.28. Комбинация сигналов датчика угла, скольжения и пропущенной через фильтр Ф і суммы сигналов датчика боковой перегрузки ДП і, расположенного вблизи датчика угла скольжения, гировертикали(ГВ) и датчика угловой скорости рыскания (ДУС), позволяет выделить сигнал, пропорциональный скорости боковых порывов ветра (система

1) . Использование этого сигнала в системе ограничивается по частоте фильтром Ф2. Сигнал датчика боковой перегрузки ДП2, расположенного в хвостовом отсеке фювеляжа, используется для демпфирования упругих колебаний. Необходимая для этого фазовая характеристика контура демпфирования упругих колебаний (система

2) формируется фильтром Фз. Использование обеих систем позволяет снизить боковые перегрузки в хвостовых сечениях фюзеляжа более чем вдвое и на 30% в носовых отсеках (рис.9.27) без заметного изменения характеристик устойчивости и управляемости самолета.

Система, аналогичная системе 2, используется на самолете В747.

9.4. Комплексирование активных систем управления

Важнейшим условием эффективного использования активных систем управления является их рациональное сочетание и совмес-

тимость с системой улучшения устойчивости и управляемости (СУУ). При использовании комплексной активной системы управления, включающей системы снижения экстремальных нагрузок, снижения расходуемого ресурса конструкции, увеличения демпфирования упругих колебаний конструкции и улучшения комфорта экипажа и пассажиров основными с точки зрения совместимости систем являются следующие задачи:

— Обеспечение нормируемых характеристик устойчивости и управляемости самолета с учетом влияния на них активтных систем управления.

Для систем, работающих в области частот, короткопериодичес­кого движения самолета (системы снижения нагрузок и улучшения комфорта) и использующих органы управления, расположенные на крыле, это достигается введением компенсирующего сигнала на руль высоты, который должен обнуляться при отключении соответствующей системы. Для высокочастотной системы увеличения демпфирования упругих колебаний конструкции эта задача решается введением в эту систему фильтра высоких частот.

— Обеспечение нормируемых запасов устойчивости комплекс­ной системы управления на частотах упругих колебаний конструкции.

Использование датчиков перегрузок и угловых скоростей в активных системах и СУУ создает потенциальную опасность потери устойчивости системы в области высоких частот. При обеспечении достаточно высокой эффективности систем в заданной для каждой из них области частот (частоты короткопериодического движения для СУУ, СРР, систем снижения экстремальных^ нагрузок; частота первого тона изгиба крыла для СРР; частота критической по флат­теру формы колебаний конструкции для системы увеличения демп­фирования упругих колебаний) эта задача решается путем рацио­нального размещения чувстительных датчиков на конструкции са­молета и выбором корректирующих фильтров систем. Требования к запасам устойчивости должны выполняться как для полной системы, так и всех возможных вариантов отключения отдельных систем.

— Рациональное совместное использование органов управления.

Основные вопросы такого типа возникают при использовании

элеронов, интерцепторов и закрылков одновременно в СУУ и актив­ных системах. Решением этой задачи является определение приори­тетов между сигналами используемых систем для различных облас­тей режимов полета в зависимости от важности обеспечения соот­ветствующей характеристики динамики самолета или нагружения его конструкции.

Одновременное использование в указанных системах руля вы­соты, как правило, осложнений не вызывает, т. к. максимальные его отклонения определяются режимом взлета самолета и остающиеся на других режимах резервы достаточны для эффективного функцио­нирования активных систем.

— Учет побочных эффекте® при использовании отдельных активных систем.

При оценке эффективности использования активных систем управления необходим анализ всех факторов динамики самолета и нагружения конструкции в её контрольных точках. Можно отметить следующие типичные случаи, когда полезные эффекты от активных систем дают побочные отрицательные эффекты:

— при использовании в системах снижения нагрузок элеронов, закрылков, интерцепторов уменьшение изгибающих моменте® сопро­вождается увеличением крутящих моментов;

— при использовании в системах снижения маневренных нагру­зок корневых секций закрылков и обратной связи по перегрузке ухудшается, комфорт экипажа и пассажиров за счет увеличения перегрузок при ветровых воздействиях; этот эффект в значительней мере может быть ослаблен введением в систему фильтра низких частот;

— при использовании корневых секций закрылке® в качестве органе® НУПС для систем улучшения комеіюрта экипажа и пассажи­ров увеличиваются нагрузки в средних и концевых сечениях крыла.

В этих и других аналогичных случаях необходим компромисс между требованиями к снижению заданных факторов и допустимому измненению других параметров.