Путевое управление вертолетом

Командным рычагом путевого управления являются педали ножного управления. ККС путевого управления определяется компоновочными соображениями.

На одновинтовом вертолете с механическим приводом НВ путевое управление осуществляется при помощи РВ, размещенного на конце хвостовой балки фюзеляжа. РВ уравновешивает крутящий момент НВ и создает управляющий момент относительно вертикальной оси. Шаг РВ изменяется в больших пределах (приблизительно от —10° до +25°). Крутящий момент НВ (определяемый значением общего шага) изменяется в зависимости от режима полета: от максимального на режиме висения и набора высоты до минимального на режиме авторотации. Следствием этого является большой диапазон балансировочных положений педалей путевого управления. На режиме висения шаг РВ близок к максимальному (особенно на большой высоте), на режиме авторотации — к минимальному, на крейсерской скорости — к нулевому.

Обычно на вертолетах силовой ГУ управления общим шагом РВ устанавливается на картере главного редуктора. В этом случае существенно увеличивается протяженность силовой проводки управления от штока силового ГУ до механизма изменения общего шага РВ. Установка силового ГУ на корпусе промежуточного редуктора тяжелого вертолета сводит к минимуму протяженность силовой части цепи управления.

На вертолетах двухвинтовых схем НВ имеют противоположное направление вращения для взаимного уравновешивания крутящих моментов. Путевое управление на вертолете продольной схемы достигается дифференциальным изменением циклического шага НВ в поперечном направлении, а на вертолете поперечной схемы — дифференциальным изменением циклического шага в продольном направлении. Путевое управление вертолета соосной схемы достигается дифференциальным изменением общего шага IIB.

Педали ножного управления соединяются с механизмом загрузки и примерным устройством по типу ручки управления циклическим шагом. Работа электро механизма загрузки ножного управления может осуществляться нажатием носком ноги на гашетки, которые монтируются на опорных площадках педалей. Электросхема включения электро механизма выполняется таким образом, чтобы при случайных нажатиях одновременно обеих гашеток электро механизм не включался.

Диапазоны изменения циклического и общего шага НВ, а также шага РВ рассчитывают исходя из необходимой эффективности управления и запасов управления в полете при различных центровках и различных режимах полета. Длина рычагов управления определяется в соответствии с рекомендациями, разработанными на основании опыта проектирования и эксплуатации вертолетов.

Выбор параметров элементов проводки управления 

К элементам проводки относятся тяги, тросы, рычаги, секторы, качалки, ролики, подшипники и направляющие.

В зависимости от компоновочных условий, весовых, жесткостных и других факторов на вертолетах применяется один из трех основных видов механической проводки:

—   жесткая, при которой сигналы передаются к управляемым поверхностям при помощи возвратно-поступательных перемещений трубчатых тяг, работающих на сжатие и растяжение;

—   гибкая, при которой сигналы передаются при помощи возвратно-поступательных перемещений тросов, работающих только на растяжение. Гибкая проводка обязательно должна состоять из двух ветвей (прямой и возвратной);

—   вращательная — разновидность жесткой проводки, в которой сигналы передаются реверсируемыми вращательными движениями

трубчатых тяг — валов, а отклонение исполнительных механизмов осуществляется с помощью винтовых преобразователей вращательного движения в поступательное.

Часто применяются и комбинации различных видов проводки. Как правило, это комбинация жесткой (возвратно-поступательной) и тросовой проводок.

Трение и люфты в проводке

Трение в проводке должно быть минимальным. Существенное влияние на управление оказывает также трение в распределительном золотнике ГУ. Чем меньше эта величина, тем лучше управление вертолетом.

Трение в распределительных золотниках ГУ всегда должно быть несколько меньше суммы трения и начального усилия сжатия механизма загрузки в системе управления. Если трение в золотнике превышает указанную сумму (что, например, случается при засорении плунжерной пары золотника), то происходит самопроизвольное вождение ручки управления при работе автопилота. Это мешает нормальному управлению вертолетом и устраняется, как правило, заменой ГУ.

Система управления не должна практически иметь люфтов. Это значит, что при конструировании проводки управления необходимо применять во всех шарнирных соединениях подшипники, изготовленные по повышенным классам точности, и стремиться сократить количество указанных соединений.

Сокращение этих соединений достигается применением роликовых направляющих для тяг управления, устанавливаемых па прямолинейных участках достаточно длинной механической проводки. Длина тяг при этом увеличивается без потери их устойчивости до 2 м вместо максимально возможной их длины 1,3 м, что имеет место в обычной проводке с тягами и качалками. В то же время при применении таких направляющих необходимо учитывать упругие деформации фюзеляжа вертолета во избежание заклинивания тяг управления. При подсчете люфтов шарнирных соединений исходят из того, что радиальные люфты в болтах шарниров не проявляются ввиду трения, создаваемого при их затяжке.

Подсчет люфта в шарнирах механической проводки, приведенного к рычагу управления, производится по эмпирической формуле

Люфт А невелик. Существенно больше в проводке управления упругие деформации нелинейного характера. Определение этих деформаций расчетным путем затруднительно, при усилии на ручке до 30 Н они составляют 3,5—5 мм.

Некоторый свободный ход на ручке управления образуется также за счет зоны нечувствительности золотников ГУ. Это необходимо учитывать при конструировании элементов механической проводки управления и выборе рабочих ходов ГУ. Передаточное отношение в системе управления выбирают так, чтобы свободный ход не превышал 3 мм.

При большом количестве шарниров в проводке целесообразно увеличивать рабочий ход управления, чтобы удельное значение люфтов и упругих деформаций в ней было меньше. Кроме этого, в системе необратимого управления необходимо производить весовую балансировку проводки. Ручка управления, хотя и центрируется загрузочными пружинами в любом ее положении, должна быть освобождена от моментов, возникающих от неуравновешенных элементов механической проводки.

Характеристика загрузочного механизма

При необратимом управлении усилия на рычагах управления отсутствуют. Загрузка ручки управления циклическим шагом и педалей ножного управления осуществляется специальными пружинами с так называемым устройством. Это устройство позволяет изменять величину усилия на ручке и педали управления по желанию летчика , Применяется также система, в состав которой входят электро механизмы или электромагнитные тормозные муфты. В режиме «автотриммирования» снятие нагрузок с ручки осуществляется одновременно по тангажу и крену нажатием одной кнопки на ручке управления.

Выбор характеристик загрузочного механизма ручки или педалей управления в большой степени определяется уровнем трения в системе управления. Трение на ручке управления зависит в основном от усилия, потребного для перемещения золотника ГУ. В случае применения на вертолете дифференциально включенных рулевых машин автопилота требования к градиенту усилия должны быть иными.

При работе рулевой машины отклоняться должен только золотник ГУ, а не ручка управления. Поэтому суммарное усилие трения Р в проводке управления до рулевой машины и усилие стратгирования загрузочного механизма должно превышать усилие на золотнике ГУ. Исходя из этого условия, характеристика загрузочного механизма должна иметь «ступеньку» — предварительный натяг.

Величина ступеньки Pq выбирается так, чтобы она превышала уровень трения в золотнике с некоторым запасом, зависящим от гидродинамических усилий на золотнике. Ориентировочно Р 0 , приведенная к ручке управления, составляет 12—20 Н для продольного управления и 9—15 Н для поперечного.

На вертолетах с необратимыми ГУ в системе управления, где усилия на ручке Р при ее отклонении создаются только от загрузочных механизмов, можно существенно уменьшить зону не центрируемости за счет создания большого градиента загрузки Р 0 на

малом участке хода у нейтрального положения ручки и меньшего — на остальном ходе.

Ширима зоны принимается из расчета, что «излом» характеристики происходит в точке PQ = 1,2Рт. Максимально допустимые величины зоны не центрируемости для продольного и поперечного управления могут быть приняты на основании статистических данных по эксплуатации вертолетов различных классов. Для средних и тяжелых вертолетов разброс значений этих зон объясняется чрезмерно большим усилием на золотнике ГУ тяжелых вертолетов. При снижении усилий на золотнике путем применения двухкаскадного золотникового устройства или двухкаскадной системы управления данные значения могут быть приняты одинаковыми для этих классов вертолетов.

Вертолеты, способные летать в аварийном случае без ГУ, должны иметь более сильные загрузочные пружины.

В ряде случаев вместо загрузки педалей путевого управления пружинными механизмами системой авто триммирования их загружают установленным в систему управления специальным гидравлическим демпфером. Это позволяет решить две задачи.

• 1.  Демпфер обеспечивает стабилизацию скорости автоматического перемещения педалей при работе от сигналов автопилота (т.н. режим «перегонки»). «Перегонка» происходит в том случае, когда под действием сигналов в канале автопилота перемещение штока рулевой машины в крайнее положение относительно цилиндра автопилота недостаточно. Под действием упоров размыкается механическая связь между движением штока рулевой машины и распределительного золотника. При этом золотник остается приоткрытым, обеспечивая движение исполнительного штока вместе с головкой рулевого агрегата и педалей до тех пор, пока изменение курса вертолета не приостановит подачу сигнала в автопилот. Педали окажутся отклоненными в новое положение, соответствующее балансировочному отклонению для данного режима полета.

«Перегонка» педалей происходит с малой стабильной скоростью, которая обеспечивается специально профилированным распределительным золотником либо применением демпфера на педали. На корпусе головки рулевого агрегата устанавливаются концевые выключатели, предназначенные для выключения электромагнитной муфты пружинной загрузки педалей в момент начала режима «перегонки». Концевые выключатели срабатывают при нажатии их упорами.

В целях обеспечения безопасности при отказах автопилота рулевой агрегат позволяет летчику и в режиме «перегонки» переместить педали в нужном направлении, т.е. «пересилить» действие

автопилота. Это происходит за счет предварительно сжатой пружины в установке упоров. При «пересиливании» летчик должен приложить к педали усилие, при котором пружина упора обожмется и рычаг педали переместит распределительный золотник в положение, соответствующее движению педалей.

• 2.  Гидравлический демпфер предотвращает слишком резкие перемещения педалей летчиком при переходных режимах полета. Предупреждением не оправданного необходимостью при нормальном пилотировании вертолета резкого перемещения педалей является возрастание усилия на ноге летчика и загорание сигнальной лампочки. В то же время в аварийной ситуации, например, на режиме авторотации, летчик может достаточно быстро переместить педали, преодолевая порог срабатывания перегрузочного клапана ограничения усилий демпфера.

Ограничивая скорость перемещения педалей, а следовательно, и скорость изменения тяги РВ, можно значительно уменьшить переменную часть усилий, действующих на трансмиссию рулевого винта.

Для предохранения педалей от заклинивания при каком-либо заедании гидро- демпфера имеется возможность его выключения.

Это достигается снятием давления в линии подачи и срабатыванием клапана кольцевания. Величина трения по штоку демпфера выбирается таким образом, чтобы обеспечивалась работа дифференциально включенного автопилота при неподвижных педалях.

При необратимом бустер- ном управлении на оси вращения рычага общего шага устанавливается специальное фрикционное устройство с механическим или гидравлическим растормаживанием, позволяющее летчику устанавливать и фиксировать рычаг в любом положении.

Для фрикциона необходимо, чтобы при его растормаживании на оси вращения рычага управления оставалось некоторое трение, которое в сумме с трением в проводке превышало бы примерно в два раза величину трения распределительного золотника ГУ. Нарушение этого условия приводит к вождению и «подергиванию» рычага общего шага при его смещении.

Жесткая проводка

Для каждой проводки в зависимости от передаваемых усилий существует оптимальная длина тяг на прямых участках, при которой масса проводки получается наименьшей (обычно это длина порядка 1200—1500 мм).

При отклонении командного рычага от нейтрального положения может возникнуть нежелательная нелинейность и изменение передаточных чисел в проводке. Для предупреждения этого необходимо стремиться, чтобы углы в нейтральном положении между осями рычагов, качалок и подсоединяющихся к ним тяг были равными 90°, а величины плеч рычагов выбирать так, чтобы их отклонения не превышали ± 30—35°.

Тяги, расположенные между вращающейся тарелкой АП и рычагом осевого шарнира (QLU) каждой лопасти, должны быть регулируемыми,

Для компенсации линейных деформаций конструкции вертолета в жесткой проводке применяются компенсационные качалки и механизмы, а в тросовой — механизмы регулирования натяжения тросов. Для уравновешивания наклонных тяг управления устанавливаются противовесы.

Выбор типа соединительных элементов (проводки) зависит в основном от ее протяженности. На вертолетах, у которых расстояние от рычагов управления в кабине до ГУ невелико, механическую проводку целесообразно выполнять жесткой, т.е. с применением тяг и качалок.

Опыт конструирования показывает, что жесткую проводку до необратимого ГУ длиной выше 15 м и с количеством шарниров более 40 делать нецелесообразно. В такой длинной проводке на ручке управления ощущается чрезмерное трение, превышающее 20—30 II, возникают недопустимые люфты и упругие деформации.

Для исключения заедания в шарнирах соединительных тяг с качалками при их монтаже и при деформации каркаса вертолета от нагружения в полете между вилкой и ухом соединения предусматривается зазор, а и ухо наконечника тяги устанавливается самоориентирующийся подшипник.

Тяги механической проводки выполняются из труб алюминиевого сплава с обжатыми концами, в которые ввертываются наконечники. Жесткие тяги перемещаются в направляющих роликах или подвешиваются на качалках. Кронштейны направляющих роликов и качалок изготавливаются из магниевых сплавов литьем или штамповкой.

Качалки управления выполняются штампованными из магниевых и алюминиевых сплавов. В пожароопасных отсеках, а также в силовой части проводки управления тяги выполняются сварными из стали.

Тяги должны иметь минимальную массу и при сжатии не терять устойчивость (общую и местную). При общей потере устойчивости, в пределах применимости формулы Эйлера, критическое напряжение определяется выражением.

Внешние периодические силы могут вызвать в тягах управления вынужденные колебания. Формы (тона) колебаний шарнирной закрепленной тяги проводки управления бывают гармоническими, затухающими и возрастающими. При совпадении частот вынужденных и собственных колебаний возникает резонанс, который может вызвать обрыв тяг. Вынужденные колебания, таким образом, определяют динамическую прочность тяги. Для устранения вибрации необходимо собственную частоту колебаний тяг подбирать возможно дальше от частот возмущающих сил. Собственная частота колебаний тяги с шарнирно опертыми концами при осевой нагрузке определяется по формуле.