Автопилот вертолета

Включение автопилота в систему управления вертолетов целесообразно производить по так называемой дифференциальной схеме, применяя комбинированные рулевые агрегаты. В этой схеме последние работают одновременно как от сигналов автопилота, так и от воздействия летчика. При дифференциальном включении рулевых машин рычаг управления, например, ручка циклического шага, может быть неподвижным (или перемещаться летчиком), в то время как соответствующий орган управления независимо от ручки отклоняется под действием сигналов автопилота. При этом стабилизирующие отклонения управления не передаются на ручку. В то же время для быстрого изменения режима полета или при отказе автопилота летчик всегда может вмешаться в управление, непосредственно отклоняя ручку управления.

В случае применения дифференциальных рулевых машин мощным средством повышения безопасности полета вертолета с автопилотом служит ограничение их хода. Обычно этот ход составляет 10—25% полного диапазона отклонения органа управления, вследствие чего отказ автопилота легко парируется при вмешательстве летчика и управление. Однако ограничение хода усложняет работу автопилота как стабилизатора при изменении режимов полета.

При управлении от электронных сигналов с помощью трехканальной серво ручки можно выполнять плановые изменения режима полета (переход от горизонтального полета к набору высоты или снижению и, наоборот, пологие развороты и т.п.).

Выбор структурной схемы автопилота определяется назначением вертолета. Например, в структурную схему автопилота для вертолета- крана, кроме обычного автопилота, стабилизирующего углы отклонения фюзеляжа, целесообразно устанавливать дополнительные автоматические устройства, такие как: система гашения колебаний груза на внешней подвеске, система стабилизации вертолета на режиме висения относительно заданной точки на земле с помощью доплеровского измерителя путевой скорости.

На вертолетах с полетной массой свыше 5—7 т устанавливаются системы стабилизации курса, высоты и скорости полета. На тяжелых вертолетах в дополнение к перечисленному следует считать обязательным установку системы автоматического управления, позволяющей решать задачи не только угловой, но и траекторной стабилизации, включая автоматический полет по заданной линии пути, автоматический заход на посадку и т.п.

Возможно возникновение автоколебаний, связанных с периодическим действием бустеров. Автоколебания вызываются смещениями золотников бустеров вследствие перемещений опор качалок управления и колебаний несбалансированных участков систем управления при колебаниях, просадкой бустеров, а также сигналами автопилота, порожденными колебаниями его датчиков с фюзеляжем.

ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ СИЛОВЫХ ГИДРОУСИЛИТЕЛЕЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Выбрав ту или иную структурную схему автопилота и определив тем самым необходимость включения его в определенные каналы управления, необходимо подобрать ГУ с учетом работы их не только от ручного управления, но и от сигналов автопилота.

Силовой шток ГУ воспроизводит движение механической проводки управления, подсоединенной к его распределительному золотнику, с многократным силовым усилением, получаемым за счет энергии подаваемой жидкости.

Потребная мощность ГУ определяется величиной усилия в продольном, поперечном и путевом управлении, а также в управлении общим шагом НВ.

Постоянная составляющая шарнирного момента лопастей не вызывает усилий в продольно-поперечном управлении и дает только постоянную составляющую усилия в управлении общим шагом. Первая гармоника дает постоянную часть усилия в продольном и поперечном управлении, а высшие гармоники — переменные составляющие усилий в продольно-поперечном управлении и в управлении общим шагом.

Точное определение шарнирных моментов лопастей расчетным путем затруднительно. Поэтому при проектировании вертолета приходится пользоваться различными приближенными методами оценки величин нагрузок в управлении, основанными иа экстраполяции имеющихся данных по результатам летных испытаний. При предварительной оценке параметров силовых ГУ на этапе эскизного проектирования можно пользоваться статистическими данными. Для этого вводится понятие удельная работа ГУ — произведение усилия, развиваемого ГУ, на его ход, отнесенный к полетной массе.

Максимальное усилие на выходном штоке ГУ определяется произведением рабочего давления на площадь поршня минус площадь штока. Скорость перемещения выходного штока зависит от нагрузки, достигая максимального значения при нулевом значении последней. Указанная зависимость усилия на штоке от скорости его перемещения называется внешней, или нагрузочной характеристикой ГУ 

Подобранный таким образом ГУ должен обеспечивать заданные максимальные скорости перемещения управления при нагрузке, составляющей 70% от нагрузки при нулевой скорости штока ГУ.

У ГУ на линии подачи давления устанавливаются обратные клапаны, исключающие их «просадку». Основное назначение этих клапанов — фиксация выходных штоков ГУ в момент перехода с основной гидро системы на дублирующую. Кроме того, обратные клапаны препятствуют произвольному перемещению выходных штоков под действием внешней нагрузки вследствие падения рабочего давления в ГУ при переключении систем.

В случае обычной схемы и применения двухкаскадной схемы управления на вертолете ГУ целесообразно конструировать в виде объединенного рулевого агрегата, работающего как от ручного управления, так и от сигнала автопилота.

Насосы основной и дублирующей гидросистем устанавливаются на приводах главного редуктора, что обеспечивает их нормальную работу в случае отказа двигателей и перехода вертолета на режим самовращения НВ.

При отказе основной системы клапан переключения автоматически переводит питание ГУ на дублирующую систему.

Питание бустеров первого и второго каскада должно быть дублировано. Если вертолетом можно управлять при отказе гидросистемы (при малых усилиях на рычаги управления от шарнирных моментов), дублирующую систему можно не делать.

В многокамерных (двух- и трех камерных) ГУ каждая камера питается независимой гидросистемой, а движение поршня в ней регулируется независимым распределительным золотником ( 3.8.2, а).

При нормальной работе многокамерного ГУ силы давления жидкости на поршень в каждой камере складываются на общем штоке. Внешняя характеристика многокамерного ГУ по сравнению с однокамерным изменяется в сторону увеличения преодолеваемой противодействующей силы при той же скорости движения его выходного звена.

На случай заклинивания одного из распределительных золотников многокамерного ГУ они соединяются между собой через развязывающие устройства (чаще всего пружинные тяги или торсионные валы, работающие на кручение). Эти устройства обеспечивают возможность (при приложении некоторого дополнительного усилия) перемещения остальных золотников и, следовательно, возможность управления ГУ. Подача давления в камеру с заклиненным золотником при этом должна быть отключена по сигналу обжатия развязывающего устройства. При использовании многокамерных ГУ расчет потребных мощностей производится для одной его камеры и одной гидросистемы. Все остальные камеры и питающие их гидросистемы (число которых равно принятому числу отказов за полет) создают избыточную (резервную) мощность ГУ, как и массу системы, определяемую степенью резервирования и его схемой.

Присущие вертолетам низкочастотные вибрации, возбуждаемые НВ, обусловливают ряд особых требований к элементам гидросистемы. ГУ для вертолетов должны иметь увеличенную зону нечувствительности, с тем чтобы перемещения золотников, вызываемые вибрациями, укладывались в них. Зона нечувствительности Ъ распределительного золотника в месте присоединения входной части зависит от величины упругих деформаций опоры А I до ГУ в направлении входной тяги при действии максимальных эксплуатационных сил. Так, например, у вертолета Ми-6 Д^до= 0,2 мм, 6= 0,8; у вертолета

Ми-8 А1 = 0,17 мм, Ъ= 0,25. Как видно, деформация опор ГУ при максимальных эксплуатационных усилиях всегда меньше зоны нечувствительности распределительного золотника.

Силы трения, возникающие при перемещении золотника, должны быть минимальными. Трение золотника значительно возрастает на тяжелых вертолетах, что объясняется увеличением диаметров золотников. Для уменьшения сил трения целесообразно применять двухкаскадные золотники.

При конструировании установок ГУ особое внимание необходимо уделять жесткости их крепления. При недостаточной жесткости вследствие деформации опоры ГУ под действием внешних сил могут появиться автоколебания управления на участке за ГУ. Для предупреждения этих автоколебаний при конструировании необходимо учитывать соответствие направлений действий внешних сил и возможного перемещения его силового штока из-за деформации опоры. Входную тягу управления золотником ГУ следует присоединять так, чтобы при деформации опоры золотник перемещался

в направлении, обеспечивающем движение его штока в ту же сторону, что и действие внешней силы.

В кинематической схеме, приведенной на  3.8.3, такое соответствие соблюдено. Действительно, при действии внешней силы через выходную тягу 3 влево ось А вследствие прогиба кронштейна 4 переместится вниз. Это вызовет поворот качалки 1 против часовой стрелки и движение штока ГУ 3 так же, как и направление внешней силы, влево.