ВЫБОР ТИПА МЕХАНИЧЕСКОЙ ПРОВОДКИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Выбор механической проводки зависит в основном от ее протяжен­ности. На вертолетах, у которых расстояние от рычагов управления в ка­бине до автомата перекоса, а следовательно, и до гидроусилителей, ко­торые обычно устанавливаются вблизи автомата перекоса, невелико, ме­ханическую проводку целесообразно выполнять жесткой, т. е. с приме­нением тяг и качалок.

Применение в этом случае для управления золотниками гидроуси­лителей обычной тросовой проводки с ее чрезмерно большим трением недопустимо. В то же время проводки управления хвостовым винтом, расположенные после гидроусилителя, и управления стабилизатором, расположенным, как правило, в зоне хвостового винта, а следовательно, достаточно длинные, целесообразно делать тросовыми. Удачно спроек­тированная тросовая проводка с большими ходами проще, имеет мень­ший вес и занимает меньше места, нежели жесткая (с тягами и качал­ками). Обычно применяемые в этом случае самотормозящиеся винтовые пары, располагаемые непосредственно у хвостового винта и стабилиза­тора (см. рис. 2. 1), исключают нагружение тросовой проводки знакопе­ременными усилиями. Кроме того, они обеспечивают надежное фиксиро­вание лопастей винта и стабилизатора в заданном положении, что очень важно, поскольку облегчает решение задач, связанных с флаттером.

Усилия трения в тросовой проводке и в винтовых парах восприни­маются гидроусилителями, устанавливаемыми обычно в системе управ­ления.

Применение в таких системах управления жестких тяг и качалок ввиду больших вибраций в хвостоврй балке приводит в ряде случаев к возникновению резонанса в тягах управления и во всех случаях к зна­чительному износу всех шарнирных сочленений жесткой проводки в процессе эксплуатации. Тросовая система управления в этих услови­ях, как показал опыт проектирования, обладает большим ресурсом и на­дежностью.

Кроме этого, при любых деформациях хвостовой балки отсутствует вредная взаимосвязь их с проводкой управления, так как обе ветви тро­совой проводки одинаково деформируются вместе с хвостовой балкой без каких-либо перемещений относительно друг друга, и деформации хвостовой балки сказываются лишь на степени натяжения тросов и из­менении трения в системе.

Опыт проектирования показывает, что жесткую проводку до необ­ратимого гидроусилителя длиной свыше Г—’15 м и с количеством шарни­ров, превышающим 40, делать нецелесообразно. В такой длинной про­водке на ручке управления ощущается чрезмерное трение, превышаю­щее 2—3 кГ, возникают недопустимые люфты и упругие деформации, и, кроме того, вследствие возможных перемещений проводки управления золотником гидроусилителя при деформации фюзеляжа в системе управ­ления могут возникнуть автоколебания. В то же время установка сило­вого гидроусилителя в кабине в непосредственной близости к рычагам управления крайне невыгодна, т^к как это нагрузит и значительно утя­желит всю механическую проводку управления от силового штока гид­роусилителя до автомата перекоса.

Рис. 3. 1. Схема двухкаскадной системы управления вертолета: /—ручка управления; 2—малый гидроусилитель; 3—тросовый мультипликатор, пре­образующий малый ход жесткой проводки управления в большой ход тросовой про­водки; 4—тросовая проводка; 5—силовой гидроусилитель

В случае достаточно длинной трассы управления, что может иметь место на тяжелых вертолетах, целесообразно перейти к так называемой «двухкаскадной» системе управления с двумя последовательно установ­ленными гидроусилителями, установив второй, малый гидроусилитель как можно ближе к рычагам управления в кабине летчика (рис. 3. 1). В этом случае ручка управления циклическим шагом и другие рычаги управления как бы отсекаются малыми рулевыми агрегатами от всего вредного трения длинной проводки управления. Установленные на руч­ке управления загрузочные пружины могут быть максимально умень­шены и сама система управления будет иметь минимальные люфты и трение. В то же время во избежание больших упругих деформаций в длинной проводке, идущей от малых гидроусилителей до силовых, не­обходимо эту проводку выполнять более жесткой, чем в обычной системе управления.

Применяя тросовую систему с большими рабочими ходами (поряд­ка 700-ь800 мм), удается, увеличив трение, сделать ее достаточно жест­кой и безлюфтовой. В то же время наличие малых гидроусилителей обес­печивает преодоление повышенного трения в тросовой проводке, которое не передается на ручку управления.

Рассмотрим проводку управления от рычагов в кабине пилота до распределительных золотников гидроусилителей, которая как в обыч­ной, так и в двухкаскадной системах управления должна удовлетворять определенным требованиям.

Трение и люфты

Трение в системе должно быть минимальным и жесткая проводка управления, примененная на всех отечественных вертолетах, обеспечи­вает это требование. Существенное влияние на управление оказывает также трение в распределительном золотнике гидроусилителя, т. е. ве­личина усилия, необходимого для его перемещения. Чем меньше эта ве­личина, тем лучше управление вертолетом.

Величиры сил трения в системе управления отечественных вертоле­тов, приведенные к ручке управления, сведены в табл. 3. 1.

Таблица 3. I

Трение в системе управления, приведенное к ручке управления и педалям Вертолет Трение в водке в про- кГ Трение в золот­нике в кГ Зона нецентри — Т’тр руемости —- м см про­ доль­ ное попе­ реч­ ное путе­ вое про­ доль­ ное попе­ реч­ ное путе­ вое про­ доль­ ное попе­ реч­ ное путе­ вое Мл-2 0,05 0,05 0,4 0,48 _ 0,64 1,21 _ Ми-8 0,83 0,91 7,2 0,31 0,34 0,6 3,14 4,12 6,8 Ми-6 с АП-34Б 0,5 0,5 — 1,38 1,3 — 4,25 6,51 — Мм-6 с АП-31 1,04 1,32 2,1 1,38 1,3 2,47 2,14 2,46 1,52 Примечание. Трение измеряется при отсоединенных механизмах загрузки.

Трение в распределительных золотниках гидроусилителей всегда должно быть несколько меньше, чем сумма сил трения и начального уси­лия сжатия механизма загрузки в системе управления. Если трение в зо­лотнике превышает указанную сумму (что может произойти, например, в случае какого-либо засорения плунжерной пары золотника), то имеет место самопроизвольное вождение ручки управления. Это мешает нор­мальному управлению вертолетом и устраняется, как правило, заменой гидроусилителя. .

Система управления не должна практически иметь люфтов. Это зна­чит, что при проектировании проводки управления необходимо приме­нять во всех шарнирных соединениях шарико — и роликоподшипники, из­готовленные по повышенным классам точности, и стремиться сократить количество указанных соединений (см. табл. 3. 2). В необратимом бу — стерном управлении, где усилия в проводке определяются силами тре­ния распределительных золотников гидроусилителей и инерционными силами элементов управления, целесообразнее в механической проводке применять валы, работающие на кручение, сокращая тем самым число шарнирных соединений с их неизбежным, хотя и незначительным люф­том в подшипниках.

Сокращение этих соединений достигается также применением роли­ковых направляющих для тяг управления, устанавливаемых на прямо-

где аср — средний ход системы; *4—ход на г-ом участке; Li — длина /-го участка; ^•пр — длина, проводки.

Подсчет люфта в шарнирах механической проводки, приведенного к рычагу управления, производится по эмпирической формуле

А = а — п-і,

где п количество шарниров (данные по количеству шарниров на оте­чественных вертолетах см. в табл. 3. 2); Р

і — отношение хода рычага управления к среднему рабочему ходу (величины аср на отечественных вертолетах даны в табл. 3. 3); — радиальный люфт в подшипнике, составляющий 0,006—0 018 мм

Величина А невелика и составляет не более 1 мм.

Более значительны в проводке управления деформации нелинейного характера, возникающие при приложении к рычагу управления незначи­тельного усилия 2—3 кГ, соответствующего силе трения на золотнике гидроусилителя (для тяжелых вертолетов). Эти деформации, определе­ние которых расчетным путем затруднительно, составляют 3,5—5 мм при величине усилия на ручке до 3 кГ.

Некоторый свободный ход на ручке управления образуется также за счет зоны нечувствительности золотников гидроусилителей, что необ­ходимо учитывать при проектировании проводок управления и выборе рабочих ходов гидроусилителей. Передаточное отношение этих ходов к ходам рычагов управления должно выбираться так, чтобы свободный ход не превышал 3 мм. В табл. 3.4 приведены допустимые значения люфтов, обусловленные зоной нечувствительности гидроусилителей.

При большом количестве шарниров в проводке целесообразно уве­личивать рабочий ход управления, чтобы удельное значение люфтов и упругих деформаций в ней, было меньше (см. табл. 3.3).

Таблица 3.4 Люфт в системе управления, обусловленный зоной нечувствительности золотника Верто­ лет Гидроуси­ литель Зона не­чувстви­тельности мм Величина люфта, приведенная к ручке (педалям), мм продольное управление поперечное управление путевое управление управление общим шагом Ми-1 БУ-50 0,80 4,9 3,70 4,00 Ми-2 РП-35 0,10 0,31 0,25 — 0,35 Ми-4 РА-10 0.25 1,87 1,50 0,95 2,00 БУ-ЗЗ 0,80 Ми-6 2,30 2,50 1,38 1,00 БУ-32 0,50 (БУ-32) КАУ-ЗОБ 0,25 Ми-8А 1,20 1,10 0,64 1,00 РА-60А 0,25 (РА-60А)

Кроме этого, в системе необратимого бустерного управления надо производить весовую балансировку проводки. Ручка управления, хотя она и центрируется загрузочными пружинами в любом ее положении, должна быть освобождена от моментов, возникающих от неуравнове­шенных элементов механической проводки.

Триммерные устройства

При необратимом бустерном управлении усилия на рычагах управ­ления отсутствуют. Загрузка ручки управления циклическим шагом и пе­далей ножного управления осуществляется специальными загрузочны­ми пружинами с так называемым триммерным устройством, которое позволяет при желании летчика изменять усилия от загрузочных пру­жин на ручке или педалях управления (рис. 3. 2).

Нужные усилия устанавливаются путем перемещения закрепленного конца загрузочной пружины, либо с помощью ручного маховичка (рис. 3.3) или электромеханизма с реверсивным двигателем (рис. 3.4).

Систему, с помощью которой производится изменение усилия на ру­чке при определенном положении ее на вертолете, будем называть си­стемой триммирования. В зависимости от способа изменения

усилия различают системы ручного триммирования и системы тримми — рования с электромеханизмом.

Системы триммирования применяются в основном на вертолетах без гидроусилителей и на вертолетах, где отказ гидросистемы допускает

ручное управление. Это объясняется тем, что применяя триммирование, летчик имеет возможность облегчать перемещение и балансировку ручки управления, снимая с нее при помощи загрузочных пружин часть нагру­зок от шарнирных моментов лопастей.

Рис. 3.3. Схема «триммирования» с по-
мощью ручного маховичка:

В необратимом бустерном управлении, где при перемещении ручки требуется лишь снятие усилия загрузочных пружин, применяется систе­ма автотриммирования, что при применении электромеханизмов типа МП-100 может быть осуществлено с помощью схемы на рис. 3. 5 или, что значительно проще, с применением электромагнитных тормозных муфт по схеме рис. 3. 6. При системе «автотриммирования» снятие нагрузок с ручки осуществляется одновременно по тангажу и по крену путем на­жатия одной кнопки на ручке управления.

Загрузочные пружины

Выбор характеристики загрузочного механизма ручки или педалей управления в большой степени определяется уровнем трения в системе управления.

В работе М. Л. Миля [19], относившейся, правда, к самолетам, не имевшим гидроусилителей в системе управления, была найдена зависи — мость^_градиента усилия на ручке управления по ее перемещению

р[14] = ~х(где Р усилие на ручке в кГ, X—перемещение ручки в см) от

уровня трения в системе управления, обеспечивающая удовлетворитель­ную управляемость. Эта зависимость определялась для продольного и поперечного управления

Нормы, приведенные выше, относятся по существу к величине неко­торой зоны хода ручки, в которой трение превышает усилие, зависящее от перемещения. Будем называть эту зону зоной нецёнтрируе — м о с ти ручки.

На вертолетах с необратимыми гидроусилителями в системе управ­ления, где усилия на ручке при ее отклонении создаются только от за­грузочных механизмов, имеется возможность существенно уменьшить зо­ну нецентрируемости, делая градиент загрузки по ходу большим (Р£) на небольшом участке у нейтрального положения ручки и меньшим (Р^) на всем остальном ходе. Величина градиента если на вертолете нет

дифференциальных рулевых машин автопилота, может быть приблизи­ло *

тельно определена как — , где 1,0 см.

а

Ширина зоны с градиентом Р* принимается из расчета, что «излом» характеристики происходит в точке Р = 1,2 Ртр *.

Величина трения на ручке управления, как будет показано ниже, определяется в основном усилием, потребным для перемещения золотни­ка гидроусилителя. В случае применения на вертолете дифференциаль­но включенных рулевых машин автопилота требования к градиенту Р£ должны быть иными.

Для того чтобы при работе рулевой машины и при освобожденной ручке управления отклонялся бы только золотник гидроусилителя, а не ручка управления, суммарное усилие трения в проводке управления до рулевой машины и усилия страгивания загрузочного механизма должно

превышать усилие на золотнике гидроусилителя. Исходя из этого усло­вия, в указанном случае характеристика загрузочного механизма долж­на иметь «ступеньку» — предварительный натяг (рис. 3.7, а). Величина «ступеньки» Р0 выбирается так, чтобы она превышала уровень трения в золотнике с некоторым запасом, зависящим от гидродинамических уси­лий на золотнике. Ориентировочно (основываясь на накопленном в на­стоящее время опыте) в зависимости от усилий на золотнике величина Р(ь приведенная к ручке управления, составляет: для продольного управ­ления 1,2—2 кГ и для поперечного 0,9-v— 1,5 кГ.

а) 6)

а—с дифференциально включенным автопилотом Управление продольное поперечное путевое Вертолет Ро Pf Ро pf Ро Pf Ми-6 1,8 0,444 1,3 0,276 Ми-В 1.2 0,364 1,1 0,с04 2,1 1,15 б—без автопилота

Целесообразно при конструировании механизма загрузки обеспе­чить возможность производить регулировку величины предварительного натяга Р0 в процессе стендовых и летных испытаний.

Применяя для подбора градиента Рх методику, изложенную в рабо­те [19], можно задать для вертолетов с необратимым бустерным управ-

Ртр

лением максимально допустимые величины 77 для продольного и попе­лі

речного управления.

На основании опыта эксплуатации могут быть рекомендованы ука-

Р

*тр

занные в табл. 3. 1 значения отношений ^7 для вертолетов различных

классов. Различные значения этих отношений для средних и тяжелых машин могут быть объяснены чрезмерно большим усилием на золотнике гидроусилителей тяжелых вертолетов. При снижении этих усилий путем применения двухкаскадного золотникового устройства, или двухкаскад­ной системы управления, значения указанных отношений, по мнению ав­торов, могут быть сделаны одинаковыми для средних и тяжелых верто­летов.

Вертолеты с гидроусилителями, но способные летать в аварийном случае без них, должны иметь более сильные загрузочные пружины, по­
добранные с учетом этой возможности. Действительно, при отказе гид­росистемы и резком возрастании усилий на ручке управления как от грения, так и от шарнирных моментов пружины должны иметь несколь­ко увеличенный начальный градиент Р[15] для центрирования ручки и, кро­ме того, достаточно большой градиент Рх для снятия усилий с рычагов управления при помощи триммерных устройств.

Рис. 3.8. Характеристики загру-
зочных пружин, применяемых на
вертолете Ми-2, способном летать
без гидроусилителей

характеристики загрузочных пружин, приме­» гДе возможно ручное управление без гидро-

Надо отметить, что в связи с отсутствием достаточного опыта по эксплуатации вертолетов с необратимым бустерным управлением на ря­

де отечественных вертолетов были применены загрузочные пружины с чрезмерно большими градиентами, более подходящими для управления без гидроусилителей (рис. 3.9—3.11)*.