Характеристики статической управляемости в продольном движении

В продольном движении самолета в качестве характерных режимов рассматриваются:

а) установившийся прямолинейный полет без крена и скольжения с постоянной перегрузкой равной единице или близкой к ней;

б) установившийся (квазиустановившийся) криволинейный полет с постоянной скоростью.

Одним из управляющих параметров в продольном движении самолета являются усилия на ручке (штурвале) управления рулем высоты (управляемым стабилизатором) .

Рассмотрим простейшую механическую систему продольного управления, в которой отсутствуют рулевые силовые приводы (бустеры) и автоматические устройства улучшающие устойчивость и управляемость самолета (рис. 12).

Рис. 12. Кинематика управления тангажом самолета:

а) - нормальной схемы; б) - схемы “утка”

Эта система применяется на спортивных самолетах, на небольших пассажирских самолетах местных авиалинии, сельскохозяйственных самолетах и т.п.). При такой системе управления шарнирный момент , действующий на рулевые поверхности, полностью уравновешивается моментом усилия, прикладываемого пилотом к ручке управления.

На основании принципа возможных перемещении

.

Отсюда

. (4.5)

Здесь - усилие, прикладываемое к ручке (штурвалу) управления, положительным считается давящее (от себя) усилие;

- линейное отклонение ручки, положительным считается отклонение ручки "от себя" ;

- передаточный коэффициент в системе продольного управления, для самолетов нормальной схемы и для схемы "утка".

Величина у самолетов различных классов изменяется в сравнительно небольших пределах. Обычно .

Подставляя выражение , получим

.

(4.6)

Отсюда видно., что величина усилия на ручке управления зависит от геометрических размеров рулевых поверхностей, скоростного напора и числа полета.

На современных скоростных самолетах в ряде режимов полета резко возросли аэродинамические шарнирные моменты. Для их уравновешивания требуются усилия во много раз превышающие физические возможности пилота. Поэтому на таких самолетах в систему управления включаются силовые рулевые приводы (бустеры). Они непосредственно присоединены к рулевым поверхностям и выполняют функции усилителей мощности.

Бустерное управление на самолетах появилось в 50-е годы. Наибольшее распространение получили бустеры гидравлического типа - гидроусилители.

Системы с бустерным управлением делятся на обратимые и необратимые (рис. 13).

Рис. 13. Структурные схемы систем управления самолетом

а) - обратимые бустерные системы; б) - необратимые бустерные системы; Б - бустер

При обратимой системе гидроусилителъ воспринимает не весь шарнирный момент, а только некоторую его часть. Другая же часть воспринимается усилиями пилота. В этом случае сохраняется обратная связь от руля к рычагам управления. По усилиям на рычагах управления пилот ощущает режим полета.

Усилие, которое должен приложить пилот к ручке управления для отклонения рулевой поверхности, равно

, (4.7)

где - коэффициент обратимости системы.

Обратимая бустерная система применяется редко и только на самолетах не достигающих критических чисел Маха. У самолетов с обратимой системой управления при освобождении ручки руль высоты (управляемый стабилизатор) отклоняется под действием шарнирного момента.

При необратимой системе управления гидроусилитель воспринимает весь шарнирный момент. Для отклонения руля требуется приложить к ручке управления незначительные усилия для преодоления сил трения в механической проводке управления и в золотнике бустера. Аэродинамический шарнирный момент не ощущается пилотом, так как он полностью передается на конструкцию самолета через опору бустера. При этом обратная связь от руля к ручке управления отсутствует.

Поэтому в систему управления включаются загрузочные механизмы, которые искусственно создают определенные усилия на рычагах управления. Обычно это пружинные загружатели.

Необратимая система управления применяется на самолетах с большими дозвуковыми и сверхзвуковыми скоростями полета.

При необратимой СУ и линейной характеристике загрузочного механизма усилие на ручке управления равно

(4.8)

где - характеристика жесткости загрузочного механизма.

На самолетах с необратимой системой управления применяются автоматы, отклоняющие органы управления по определенному закону независимо от действия пилота. В этом случае степень статической устойчивости при фиксированных органах управления будет отличаться от степени статической устойчивости при фиксированных рычагах управления.

К самолетам с необратимой системой управления неприменим термин "освобожденное управление". У таких самолетов при освобождении рычагов управления рули не будут свободно отклоняться под действием шарнирного момента, а будут удерживаться бустером. Поэтому статическая устойчивость самолета при освобожденном управлении не будет отличаться от устойчивости самолета с фиксированной ручкой управления