ПРАКТИЧЕСКИЕ СООБРАЖЕНИЯ ПО ВЫБОРУ ПЕРЕДАТОЧНЫХ ЧИСЕЛ ДЛЯ АВТОПИЛОТА НА ВЕРТОЛЕТЕ

Выше рассматривались требования к передаточным числам автопи­лота, выработанные на основе различных критериев, а именно: обеспече­ния оптимальных характеристик системы «вертолет — автопилот» с точ­ки зрения стабилизации вертолета на заданном режиме полета и обес­

печения оптимальных характеристик управляемости вертолета, стаби­лизированного автопилотом.

При анализе было видно, что требования эти противоречивы. Так, если для минимизации среднеквадратической ошибки стабилизации нужно увеличивать передаточные числа, то для минимального уровня управляющего воздействия (что важно по соображениям прочности) их нужно уменьшать. Из анализа управляемости следует, что передаточные

числа в общем-то нужно увеличивать, но не при таком соотношении —,

і

как это нужно для стабилизации.

Передаточные числа должны лежать в зоне устойчивости системы, которая в действительности много меньше, чем приведенная в разделе об устойчивости вертолета с автопилотом. Надо отметить, что увеличе­ние передаточного числа часто ограничивается не только неустойчиво­стью системы «вертолет — автопилот», но и границей автоколебаний

быть выбраны только на основании какого-то одного критерия. Их вы­бор должен быть компромиссным, с учетом различных требований и с учетом относительной важности каждого из этих требований.

Рассмотрим статистику по передаточным числам семейства отечест­венных одновинтовых вертолетов конструкции М. Л. Миля. При рассмот­

рении статистики, однако, необходимо помнить, что на выборе переда­точных чисел сильно сказывалось общее назначение автопилота на вер­толете. Так первые автопилоты, опытный АП-100 и серийный АП-31, име­ли параллельное включение рулевых машин и при их установке имелась в виду только стабилизация вертолета на установившемся режиме поле­та (вопросы управляемости при этом совершенно не рассматривались).

Статистические данные по вертолетам сведены в табл. 5. 4, где да­ны передаточные числа для четырех каналов автопилота—тангажа, крена, курса и высоты.

Для сравнительной оценки величины передаточных чисел нанесены на графики (рис. 5. 45—5. 47), из которых видно, что в ряде случаев реа-

Передаточные числа автопилотов на вертолетах

Тип

автопилота

лизованные на вертолетах передаточные числа автопилотов значительно отклоняются от оптимальных кривых. Это может быть объяснено, во — первых, достаточно грубыми допущениями, принятыми при выводе опти­мальных соотношений и, во-вторых (применительно к автопилотам с дифференциальным включением рулевых машин) необходимостью уче­та требований управляемости. Оптимальные кривые дают совпадение с практикой в порядке отношения передаточных чисел только для кана­ла курса, где нет необходимости учитывать требования управляемости (канал отключается при вмешательстве летчика в управление). Такое же совпадение наблюдается и в канале тангажа для автопилотов с диф­ференциально включенными рулевыми машинами. Для канала крена они дают сильно заниженное (в 2—3 раза) значение демпфирования (іш ). С учетом указанного приведенные весьма простые зависимости для оптимального отношения la/i все же могут быть использованы в при­кидочных расчетах.

Следует остановиться на одной причине, могущей ограничить верх­ний предел передаточного числа по угловой скорости по каналам танга­жа, крена и курса, довольно характерной для вертолетов в случае при­менения гироскопических датчиков угловой скорости (ДУС), это — по­явление автоколебаний в замкнутом контуре, образованном датчиком угловой скорости, сервоприводом соответствующего канала и упругим фюзеляжем вертолета (рис. 5.48).

Допустим, что собственная частота первого тона продольных коле­баний упругого фюзеляжа вертолета составляет около 4 гц. Гироскопи­ческий датчик угловой скорости (см., например, [29]) является, как пра­вило, колебательным звеном с собственной частотой, составляющей

1) 7—17 гц в зависимости от чувствительности датчика. Это обстоятель­ство приводит к тому, что при любой реальной собственной частоте ко­лебаний фюзеляжа датчик угловой скорости будет давать усиление по амплитуде, что при неблагоприятном сочетании параметров системы и фазе колебаний места установки датчика приведет к автоколебаниям. Датчик угловой скорости, помещенный в сечении А, реагируя на угло-
вую скорость «тангажа», вызванную упругими колебаниями, усилит их и создаст на несущем винте переменный продольный момент с частотой, равной собственной частоте фюзеляжа, который в свою очередь усилит колебания датчика. С точки зрения динамики условие появления авто­колебаний в замкнутой системе «ДУС — сервопривод — фюзеляж» со­ответствует границе устойчивости этой системы. Колебания не являются расходящимися только ввиду ограниченного усиления сервопривода и

несущего винта на этой, сравнительно высокой частоте. Очевидно, что передаточное число /со будет играть роль коэффициента усиления в этой системе и будет существовать также и некоторое критическое значение /со, соответствующее появлению автоколебаний.

Наиболее радикальный метод борьбы с описанным явлением заклю­чается в замене гироскопических датчиков угловых скоростей электрон­ными схемами, дифференцирующими сигнал угла в вычислителе авто­пилота. Если по каким-либо причинам полный отказ от ДУС нежелате­лен, то можно добиться прекращения автоколебаний путем изменения места установки ДУС. Иногда помогает перестановка ДУС в область пучности (сеч. В), иногда — перестановка в область с противоположной фазой колебаний резонирующего тона (сеч. С). В качестве крайней ме­ры может служить некоторое снижение передаточного числа автопилота по угловой скорости.

ГЛАВА VI