3. Управляемость вертолета

Дата: 2025-05-01; Просмотры: 3

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

3.1. Основные понятия и рекомендации

Управление вертолетом осуществляется с целью выдерживания заданной траектории движения. Пилот с помощью органов управления добивается определенной ориентации вертолета в пространстве. Характеристики управляемости определяют, в конечном счете, насколько эффективными оказываются действия пилота по балансировке вертолета и поддержанию заданного режима полете.

Вопросы управляемости следует рассматривать совместно с понятиями балансировки и устойчивости. Поэтому необходимо уметь, используя схемы и балансировочные кривые, выявить минимальные запасы управления вертолета Ми-8 на экстремальных режимах полета. К ним относятся: горизонтальный полет на скорости Vmаx ; набор высоты при мощности Nmax ; планирование на режиме самовращения НВ; висение при различных направлениях и скоростях ветра с предельными центровками, при минимально-допустимой частоте вращения НВ. При движении вертолета по земле необходимо, кроме обычных сил и момен­тов, учитывать взаимодействие вертолета с поверхностью земли.

Выполнение полета в указанных случаях требует повышенных расходах управления. Однако, при соблюдении установленных ограничений на вертолете Ми-8 должен быть запас управления не менее 20% полного хода рычага управления. Необходимость запаса управления вызвана следующими причинами;

- выполнение маневров;

- неблагоприятное сочетание массы, центровки, частота вращений НВ атмосферные возмущения;

- неточности и ошибки пилотирования;

- неточное определение взлетной массы и центровки вертолета.
Таким образом, для оценки управляемости вертолета Ми-8 необходи­мо знать следующие вопросы;

- что понимается под управляемостью вертолета;

- как осуществляется продольное, поперечное и путевое управление вертолета;

- в чем состоит принцип циклического изменения шага лопасти, как работает автомат перекоса;

- каковы особенности управления вертолетом по сравнению с самолетом;

- каковы критерии управляемости и в чем их смысл;

- какое влияние оказывает на управляемость вертолета Ми-8 автопилот АП-34Б.

Управляемостью вертолета называется его способность реагировать на управляющие воздействия пилота.

Продольное и поперечное управление осуществляется пилотом с помощью ручки циклического шага. Отклонение РЦШ вызывает наклон кольца автомата перекоса и соответствующий поворот лопастей относительно осевых шарниров (рис.25). При изменений азимутального положения лопастей их установочные углы будут циклически

Рис.25, Изменение шага НВ при отклонений кольца АП

изменяться (рис.26)_, следовательно, маховые движения лопастей будут совершаться по определенному закону. Происходит соответствующий наклон пол­ной аэродинамической силы НВ R_н в сторону отклонения РЦШ. Сила и момент относительно центра масс вертолета изменяются.

Рис.26. Циклическое изменение yгла установки лопасти

Управление общим шагом осуществляется одновременным изменением угла установки всех лопастей НВ с помощью рычага "шаг-газ" и служит для изменения полной аэродинамической силы НB R_н . При перемещении рычага «шаг-газ» частота вращения НВ должна сохраняться, так как между рычагом «шаг-газ» и системой управления двигателями имеется механическая программная связь (рис.27). В состав насоса-регулятора двигателя входит регулятор оборотов свободной турбины,

Рис. 27. Принципиальная схема системы «шаг-газ»

обеспечивающий автоматическое поддержание частоты вращения НВ в заданных пределах. Включение в работу автоматической системы производится поворотом в крайнее правое положение рукоятки корректора газа, находящейся на рычаге "шаг-газ".

Путевое управление осуществляется изменением общего шага руле­вого винта с помощью педалей и служит для поворота вертолета относительно оси Оу за счет изменения тяги РВ.

По сравнению с самолетом управление вертолетом имеет следующие характерные особенности:

- несущая система подвижна относительно фюзеляжа и выполняет одновременно функции рулей;

- управление движением центра масс и вращением относительно центра масс вертолета осуществляется не двумя, как у самолета, а одним органом - автоматом перекоса, при отклонении которого возни­кают как управляющая сила, так и управляющий момент этой силы относительно центра масс;

- управление вертолетом по высоте полета осуществляется измене­нием общего шага НВ;

- НВ является сложной аэродинамической системой и обладает динамическими свойствами, что вносит заметное запаздывание в управ­ление, которое на самолете практически не ощущается;

- эффективность органов управления самолетом пропорциональна скоростному напору, у вертолета же эта зависимость незначительна;

- у вертолета в отличие от самолета проявляется существенное взаимовлияние продольного и поперечного управления;

- элементы системы управления вертолетом находятся под воздейст­вием периодически изменяющихся шарнирных моментов лопастей.

Управляемость вертолета имеет непосредственную связь с его устойчивостью. Рассматривая перемещение рычага управления как внешнее возмущение, можно прийти к выводу, что чем более устойчив вертолет, тем быстрее затухает возмущенное движение, вызванное движением рычага. Пик хорошей устойчивости упрощается характер перемещений рычагов управления вертолетом, повышается точность управления при выполнении маневров. Правда, в ряде случаев для изменения режима полета более устойчивого вертолета требуются повы­шенные расходы отклонения управляющих органов. Однако при выполне­нии установленных РЛЭ ограничений характеристики устойчивости и управляемости удовлетворяют оптимальному соотношению между ними.

Управляемость вертолета количественно оценивается в виде пока­зателей (критериев), которые характеризуют действия пилота и реак­цию вертолета на эти действия.

3.2. Показатели управляемости вертолета

К каким показателям относятся: эффективность, чувствительность, мощность, запаздывание и усилия на рычагах управления.

Эффективность управления определяется значением управля­ющего момента, действующего на вертолет, при отклонении рычага управления на единицу (градус или миллиметр);

= (14)

где - отклонение РЦШ (педалей).

При отклонении РЦЩ на величину приращения вектор полной аэродинамической силы Rh отклоняется и возникает управляющий момент

М_Упр = Rн·Ут·Sin . (15)

Одновременно возникает инерционный момент на втулке за счет разноса ГШ:

Мгш = 2Fцδ·ℓ_гш · Sinδ. Здесь Sinδ=δ.

Таким образом, на вертолет действует суммарный момент М_Упр, поворачиввющий вертолет:

M_vnр=(RнУт + 2Fцδ·ℓ_гш ) δ. (16)

Формуле (16) показывает, что эффективность продольного (попереч­ного) управления пропорциональна величине тяги НВ, центровке по вертикали Ут, разносу ГШ и моменту инерции лопастей относительно ГШ. Эти же факторы повышают и устойчивость вертолета. Лучшей эффек­тивностью обладает вертолет с более высоким расположением НВ и большим разносом ГШ.

Однако при увеличении шага НВ, скорости полете и углов атаки НВ эффективность растет только до тex пор, пока не наступает срыв потока на лопастях НВ в азимутальном секторе ψ= 270...360°. В этом случае отклонение РЦШ не приводит к завалу конуса вращения НВ, так как лопасти, охваченные срывом потока, не создают прирос­тов подъемных сил в процессе циклического увеличения установочных углов. Следовательно, полная аэродинамическая сила НВ не вызывает изменения продольных сил и моментов, влияющих на скорость и угол тангажа, - полет вертолета сопровождается потерей эффективности продольно-поперечного управления.

Чувствительность управления определяется установившейся угло­вой скоростью вертолета, достигаемой при отклонение рычагов управления (автомата перекоса или шаге РВ) на 1°. Физический смысл этого понятия заключается в следующем. При отклонении РЦШ на еди­ницу ее хода, например по тангажу, вертолет получает угловое ускорение ω_z, равное отношению эффективности управления вертолета к его моменту инерции J_z :

Ÿ=ώ_{z .}

По мере увеличения угловой скорости будет увеличиваться и демпфирующий момент Мq от НВ до тех пор, пока его значение не станет равно управляющему моменту, т.е.

Мq= М_упрz при ω_z = Const. В дальнейшем вертолет будет вращаться в продольной плоскости с по­стоянной угловой скоростью, так как сумма действующих на него моментов равна нулю. Поэтому, чем меньше эффективность и боль­ше демпфирование М^ω, тем меньше установившаяся угловая скорость вращения вертолета при заданном отклонении РЦШ, т.e, чувствительность управления.

Вертолеты имеют более высокую чувствительность управления_, чем самолеты, так как демпфирующий момент НВ существенно меньше аэродинамического демпфирования оперения и крыла самолета. Чувстви­тельность поперечного управления вертолета обычно выше, чем продольного и путевого, а у легких вертолетов чувствительность больше, чем у тяжелых. Это объясняется различным соотношением характерис­тик эффективности управления и демпфирования.

Чувствительность управления также, как эффективность, имеет важное значение в обеспечении безопасности полетов: при недостаточной чувствительности управления вертолет не успевает выйти из опасного режима полета, а чрезмерно высокая чувствительность управления приводит к раскачке вертолета при пилотировании.

При полетах с грузом на внешней подвеске эффективность и чувствительность вертолета существенно возрастают за счет смещения вниз центра масс системы

"вертолет-груз". В этом случае при откло­нениях конуса вращения НВ плечо действия силы R_н относительно центра масс будет больше, чем при верхнем расположений центра масс. На вертолет будет действовать дополнительный момент, и угловая скорость вертолета возрастает. Следовательно, пилотирование требует плавных и соразмеренных действий пилота. Это предотвращает раскачку груза и самого вертолета.

Мощность управления определяется максимальным управляющим моментом, возникающим при отклонении рычага управления от его нейтрального положения до упора.

Для обеспечения безопасности полетов мощность управления должна быть достаточной для парирования действующих на вертолет возмуще­ний и маневрирования на предельных режимах. Чем больше мощность управления, тем больше угловое ускорение вертолета, тем легче выводится вертолет из опасного режима полета. Если центровка вертолета соответствует предельной, то максимальный управляющий момент для парирования сильных внешних возмущений будет зависеть от имеющихся на вертолете запасов управления. Как было указано, минимально допустимые запасы управления вертолета Ми-8 должны составлять не менее 20%.

Запаздывание управления определяется временем _зап от начала отклонения рычага управления до начала изменения режима полета или положения вертолета в пространстве.

Для изменения наклона силы R_н , за счет которой создаются продольные и поперечные управляющие моменты, необходимо изменить наклон плоскости вращения концов лопастей НВ. Для этого установочные углы лопастей должны перейти к новому закону изменения по азимуту, т.е. после отклонения кольца автомата перекоса должен измениться закон маховых движений лопастей. Однако переход на новые амплитуды маховых движений в соответствии с балансировочным положением кольца автомате перекоса происходит не сразу, а примерно спустя время одного оборота НВ (время циклического изменения шага лопастей). Для полного изменения закона маховых движений требуется еще дополнитель­ное время, так как из-за большой инерционности и упругости лопастей конус вращения НВ стремится сохранить свое положение в пространстве. При переформировании конуса вращения образуются вихреобразование в струе НВ, также задерживающие наклон оси конуса вращения НВ.

Следовательно, нужное направление полной аэродинамической силы НВ устанавливается

с некоторым заметным отставанием от движения рычага, составляющим по времени 0,2..0,4- с, В процессе пилотирования это явление проявляется в том, что вертолет с запаздыванием "ходит за ручкой", и чтобы уменьшить время переходного процесса, пилот должен выполнять двойные упреждающие движения РЦШ. Для этого необходимо первоначально РЦШ отклонить на величину, большую, чем требуется для балансировки на новом режиме полета. Затем, не дожи­даясь, пока вертолет займет нужное положение, плавно уменьшить отклонение РЦШ до значения, соответствующего балансировочному режиму (рис.28,а).

Рис. 28. Характер перемещения ручки циклического шага

Подобный характер отклонения рычага управления должен быть на устойчивом вертолете. Если вертолет малоустойчив или неустойчив, управление им значительно усложняется. Перемещение РЦШ при маневрировании на таком вертолете показано на рис.28.б,в. Например, для уменьшения угла тангажа необходимо сначала отклонив РЦШ от себя, а затем, не дожидаясь отклонения вертолета на требуемый угол, переместить ее на себя за исходное балансировочное положение на большую величину для прекращения быстро развивающегося возмущенного движения вертолета. Как только вертолет прекратит поворот, РЦШ следует возвратить за исходное положение, т.е. в заданное балансировочное положение, которое соответствует новому режиму полета.

При этом точная дача РЦШ невозможна ввиду запаздывания управле­ния и неустойчивости вертолета по углу атаки. Вертолет может легко "проскочить" требуемый угол тангажа. Поэтому движения РЦШ должны выполняться пилотом "ступеньками" (толчками), представляющими собой серию двойных движений, необходимых для точного изменения угла тангажа или его сохранения.

Время запаздывания управления _зап соизмеримо с быстротой реакции пилота и существенно уменьшается при полете с автопилотом. Автопилот АП-З4Б значительно увеличивает скорость отклонения коль­ца автомата перекоса или шага РВ.

Запаздывание в путевом управлений значительно меньше, чем в продольном и поперечном, и практически не ощущается пилотом.

Нагрузки на рычагах управления вызваны действием шарнирных моментов лопастей НВ и воспринимаются гидроусилителями включаемыми по необратимой схеме. Пилот прикладывает к РЦШ усилия, которое необходимо для преодоления сил трения в механических звеньях системы управления и в золотниковых устройствах гидроусилителей КАУ-ЗОБ, а также сил от пружин центрования и загрузки. Чем больше линейное перемещение РЦШ, тем больше градиент усилий пружинного механизма. При перемещении педалей пилоту необходимо преодолевать усилия от шарнирных моментов лопастей РВ. Ввиду значительных усилий пилота управление осуществляется с помощью гидроусилителя РЛ-б0Б, включенного по необратимой схеме, а педали загружаются пружинами по типу РЦШ..

Сообразно с биологическими особенностями человека усилия на педалях больше, чем на РЦШ, a в системе продольного управления больше, чем поперечного. Включенные в систему управления электромагнитные муфты позволяют при необходимости практически мгновенно сиять усилия с РЦШ и педалей, т.e. выполняют роль автотриммеров. На участке системы управления от рычагов в пилотской кабине до гидроусилителей действуют лишь мускульные усилия пилота, преодоле­вающие трение в системе управления и усилия пружинных механизмов загрузки. Градиенты нагрузок на рычагах, создаваемые пружинными механизмами, позволяют пилоту "чувствовать" вертолет в полете, управлять им не по величине отклонений рычагов, а по ощутимым нагрузкам на органах управления и поведению самого вертолета.

При нажатии кнопки "триммер" электромеханизмы треммирования почти мгновенно снимают усилия с ручки управления в любом ее положении. Пилотирование вертолета с нажатой кнопкой "триммер" практикуется на длительных установившихся режимах, что существенно облегчает пилотирование. Однако пользоваться кнопкой "триммер" на переходных режимах и при маневрировании не рекомендуется во избежание раскачки вертолета.

Эффективность управления вертолета Ми-8 значительно повышается при включении автопилота АП-34Б. Как было указано, при работе автопилота вертолет приобретает динамическую устойчивость за счет искусственного увеличения демпфирования. Поэтому автопилот, откло­няя с помощью гидроусилителей кольцо автомата перекоса и лопасти РВ, выполняет те двойные упреждающие действия, которые должен делать пилот.

При работе автопилоте в режиме управления отклонение органа управления происходит по двум сигналам: от пилота и автопилота, (рис,29). Пилот может вмешаться в управление, воздействуя на рычаг управления и одновременно задавая автопилоту новые параметры поле­та. Эффективность управления при пилотирований "вместе с автопилотом^» значительно увеличивается. Это достигается с помощью компенсационных датчиков. Вводимый в автопилот сигнал положения рычага управления (РЦШ или педалей) приводит к дополнительному (от автопилота) отклонению органа управления пропорционально величине хода рычага.

Рис.28. Включение автопилота в систему управления по дифференциальной схеме

Следовательно, работа автопилота АП-34Б облегчает процесс управления вертолетом, освобождает пилота от двойных упреждающих движений, повышает безопасность полета.

Выводы;

1. Управляемость является определяющим показателем безопасности полета.

2. Для оценки управляемости используется ряд показателей.

3. Данные расчетов и результаты летных испытаний показывают, что вертолет Ми-8 обладает высокой чувствительностью, эффектив­ностью и мощностью управления, пружинные механизмы обеспечивают незначительные нагрузки на рычагах управления.

4. Необходимо учитывать повышенное запаздывание в каналах продольно-поперечного

управления, а также повышенную чувствитель­ность управления в полете с грузом на

внешней подвеске.

5. Вертолет Ми-8 при соблюдении установленных ограничений имеет достаточные

запасы управления. Основное влияние на запасы управления оказывают

поступательная скорость полета, режим работы силовой установки, центровке

вертолета. В целях сохранения нормальной управляемости вертолета Ми-8 на

экстремальных режимах полета необходимо иметь запасы по отклонению органов

управления не менее 20% их полного хода.

6. Эффективность управления вертолета Ми-8 значительно повыша­ется при

использовании автопилота АП-34Б.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Аппараты винтокрылые_. Механика полета в атмосфере: Термины_, определения и буквенные обозначения. ГОСТ 22499-77. М. : Изд-во стандартов, 1977. 10 с.
2. Аэродинамика и динамика полета вертолетов /Под ред. В.Ф.Ромасевича. М.:

Воениздат, 1982. 478 с.

3. Вертолет Ми-8: Техническое описание. Kн.I. Летно-технические характеристики.

М.: Машиностроение, 1970. 48 с.

4. Володко A.M. Безопасность полетов вертолетов. М.: Транспорт 1981. 224 с.

5. Володко А.М. Основы летной эксплуатации вертолетов. Аэродинамика. М.:

Транспорт, 1984. 256 с.

6. Ромасевич В.Ф., Самойлов Г.А. Практическая аэродинамика вертолетов. M..:

Воениздат, 1980. 384 с.

7. Яцунович М.С. Практическая аэродинамика вертолета Ми-8:Учеб.пособие. М..:

Машиностроение, 1973. 296 с.