Тема 8 Конструкция и работа систем управления самолётом

Рычаги управления самолетом

На современных самолетах гражданской авиации управление разделяется на две группы – ручное и ножное.

Ручное управление применяют для управления рулём высоты и элеронами (рис. 7.6). Командными рычагами являются штурвальная колонка и штурвал.

Рис. 7.6. Схема ручного управления элеронами и рулями высоты:
1 – штурвальная колонка; 2 – штурвал; 3 – ось вращения штурвала; 4 – механическая проводка от штурвальной колонки до рулей высоты; 5 – руль высоты; 6 – рычаг управления рулем высоты; 7 – элероны; 8, 11 – проводка управления элеронами; 9, 12 – качалка управления элеронами; 10 – подшипники

Вращение штурвала влево (против часовой стрелки) приведет к образованию левого крена. Соответственно поворот штурвала вправо (по часовой стрелке) вызовет появление правого крена. Перемещение штурвальной колонки «от себя» вызовет пикирование самолета. И, наоборот, при перемещении штурвальной колонки «на себя» самолет будет кабрировать.
Ножное управление предназначено для управления рулем направления. Перемещение правой ноги вперед приведет к правому развороту.
Таким образом, конструкция управления предусматривает, чтобы изменение положения самолета в пространстве соответствовало естественным рефлексам человека. Максимальные усилия на рычагах управления, потребные для пилотирования, не должны превышать по абсолютной величине:
35 кгс – в продольном управлении;

20 кгс – в поперечном управлении;

70 кгс – в путевом управлении.

Проводка управления

Проводка управления связывает командные рычаги непосредственно с рулями или гидроусилителями рулей. К ней подключаются исполнительные механизмы систем автоматического управления. Конструкция проводки управления может быть гибкой, жесткой и смешанной. Гибкая проводка состоит из тросов, роликов, качалок, секторов и других деталей. В этом случае все усилия в системе управления передаются с помощью тросов – стальных канатов, свитых из прядей проволоки. Преимуществом гибкой проводки является ее малая масса и удобство компоновки проводки. Тросовую проводку можно разместить с помощью роликов и направляющих в удобных и безопасных местах, например под полом кабины, по борту фюзеляжа, в носовой части крыла. Недостатками гибкой проводки является большое трение и износ в местах перегиба троса, а также необходимость размещения двух тросов для передачи противоположно направленных движений (т.е. гибкую проводку приходится делать двухпроводной). Трос вытягивается в процессе эксплуатации под нагрузкой и нуждается во внимательном уходе, контроле и смене из-за износа. Вследствие различного теплового удлинения стального троса и дюралевой конструкции самолета гибкая проводка дополнительно нагружается. Необходимо устанавливать элементы автоматического регулирования натяжения тросов.
Жесткая проводка состоит из тяг, качалок, рычагов, валов, направляющих устройств и кронштейнов. Так как тяги могут работать на растяжение и на сжатие, то для обеспечения управления достаточно одной линии тяг.
На практике иногда используют смешанную проводку управления в виде сочетания жесткой и гибкой проводок.

Тема 8 Конструкция и работа систем управления самолётом

Системы управления самолетом разделяют на основные и вспомо­гательные К основным принято относить системы управления ру­лем высоты, рулем направления и элеронами (рулями крена). Вспомогательное управление — управление двигателями, триммера­ми рулей, средствами механизации крыла, шасси, тормозами и т. д.

Любая из основных систем управления состоит из рычагов уп­равления и проводки, связывающей эти рычаги с рулями. Рычаги управления отклоняются ногами и руками пилотов. С помощью штурвальной колонки или ручки управления, перемещаемой усилием руки, пилот управляет рулем высоты и элеронами. Рулем нап­равления управляют с помощью ножных педалей. Конструкция управления предусматривает, чтобы отклонение командных рычагов, а следовательно, и изменение положения самолета в пространстве соответствовали естественным рефлексам человека. Например, дви­жение вперед правой ноги,

действующей на педаль, вызывает отк­лонение руля направления и самолета вправо, перемещение штур­вальной колонки вперед от себя вызывает снижение самолета и увеличение скорости полета и т. д.

Для облегчения пилотирования и повышения безопасности по­лета при продолжительном полете управление большинства граж­данских самолетов

дублируется: делают две пары педалей, две штурвальные колонки или ручки, которые связаны между собой так, что отклонение рычага первого пилота вызывает такое же от­клонение рычагов у второго пилота. Нормы летней годности граж­данских самолетов СССР регламентируют максимальные усилия Р-на рычагах управления. Они не должны превышать по абсолютному значению 350 Н, при управлении самолетом по тангажу, 200 Н при управлении по крену, 700 Н при управлении по курсу. Уменьшить усилия и даже полностью снять нагрузку с рычагов управления можно с помощью аэродинамической компенсации. Для преодоления больших, превышающих физические возможности пи­лотов, усилий на рычагах управления к системе управления под­ключают гидравлические или электрические приводы, которые называются усилителями (бустерами). В этом случае пилот управ­ляет усилителями, которые, в свою очередь, отклоняют рули. Систе­ма управления самолетов, предназначенных для длительных поле­тов, снабжается автопилотом, который облегчает пилотирование. Автопилоты с гироскопическими датчиками углового положения самолета, стабилизируя угол тангажа, обеспечивают движение с пос­тоянной высотой и скоростью, стабилизируя угол крена и рыска­ния,— движение в заданном направлении. Вопрос о необходимости включения автопилота решает пилот.

Самый важный этап полета — посадка, особенно в условиях пло­хой видимости или отсутствии видимости земли (туман). Здесь управление по обычным пилотажным приборам невозможно. Ранее посадка в таких условиях запрещалась, и ее производили на бли­жайшем запасном аэродроме (как правило, в другом городе за сотни километров). В настоящее время созданы устройства, позво­ляющие совершать автоматическую посадку, без участия пилота и видимости земли. Автоматическое управление посадкой сводится к стабилизации траектории снижения, заданной в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Датчиками информации о режиме по­лета, скорости, высоте и местоположении самолета являются, трубка Пито, радиовысотомер, радиомаяки и инерциальная система.

Инерциальная система — это автономное навигационное устрой­ство, построенное по принципу интегрирования ускорений, замеряе­мых в некоторой стабилизируемой системе координат. Для решения навигационных задач на борту самолета устанавливают бортовую цифровую вычислительную машину (БЦВМ), позволяющую авто­матически управлять траекторией полета по заданной программе. Автоматизация систем управления (АСУ) приводит к постепенно­му отказу от механической проводки управления и переходу к электродистанционным проводным системам. Информация, посту­пающая в АСУ самолетом, формируется в виде электрических сиг­налов, которые реализуются приводами управления. При этом сис­тема управления значительно упрощается, получается более удобной гибкой при монтаже на самолете. Устраняется вредное влияние на процесс управления трения, люфта в проводке, упругих деформаций конструкции и т. п. Информация, предназначенная для экипажа самолета, поступает на индикаторы приборной доски.

Управление стабилизатором осуществляется чаще всего гидромо­торами через винтовую пару. При этом предусмотрены меры, пол­ностью исключающие возможность самопроизвольного увода стаби­лизатора. При выключенной системе управления стабилизатор надежно фиксируется в любом положении самотормозящейся резьбой винтовой пары. Стабилизатором управляют из кабины экипажа, а его положение контролируют по индикатору на прибор­ной доске

Совокупность устройств, обеспечивающих управление движением самолета, называют системой управления. Система управления самолетом может быть неавтоматической, полуавтоматической или автоматической. Если процесс управления осуществляется непосредственно пилотом, т.е. пилот посредством мускульной силы приводит в действие органы управления, обеспечивающие управление самолетом, то система управления называется неавтоматической (прямое управление самолетом). Неавтоматические системы могут быть механическими и гидромеханическими (рис. 7.1). Механические системы – это первые самолётные системы, на базе которых созданы все современные комплексные системы основного управления. Балансировка и управление здесь осуществляются непосредственно мускульной силой экипажа в течение всего полёта.

а

б
Рис. 7.1. Неавтоматизированные механическая (а) и гидромеханическая (б) системы
основного управления самолетом:
1 – командный рычаг; 2 – тяга проводки управления; 3 – качалка или роликовая направляющая; 4 – балансир массы проводки управления; 5 – двуплечная качалка, компенсирующая температурные изменения длины гермоотсека фюзеляжа; 6 – кронштейн навески руля; 7 – рычаг управления руля; 8 – двуплечий рычаг; 9 – пружинный загружатель командного рычага; 10 – механизм триммирования (снятия нагрузки); 11 – рулевой привод; 12 – гидравлический золотник; 13 – гидроцилиндр

Если процесс управления осуществляется пилотом через механизмы и устройства, обеспечивающие и улучшающие качество процесса управления, то система управления называется полуавтоматической.
Если создание и изменение управляющих сил и моментов осуществляется комплексом автоматических устройств, а роль пилота сводится к контролю за ними, то система управления называется автоматической.
На большинстве современных скоростных самолетов применяются полуавтоматические и автоматические системы управления.
Комплекс бортовых систем и устройств, которые дают возможность пилоту приводить в действие органы управления для изменения режима полета или для балансировки самолета на заданном режиме, называют системой основного управления самолетом (руль высоты, руль направления, элероны, переставной стабилизатор). Устройства, обеспечивающие управление дополнительными элементами управления (закрылки, предкрылки, спойлеры) называют вспомогательным управлением или механизацией крыла.