Вознаграждайте за достижение стандарта.

Если руководство органи­зации хочет, чтобы сотрудники были мотивированы на полную самоотдачу в интере­сах организации, оно должно справедливо вознаграждать их за достижение установленных стандартов результативности. Согласно теории ожидания существу­ет четкая взаимосвязь между результативностью и вознаграждением. Если работни­ки не ощущают такой связи или чувствуют, что вознаграждение несправедливо, то их производительность в будущем может упасть.

1. Какова роль контроля в управлении?

2. Каковы основные типы контроля с точки зрения времени их осуществления по отношению к выполняемой работе?

3. Что такое контроль с использованием обратной связи?

4. На какие этапы распадается процесс контроля?

5. Чем характеризуется эффективный контроль?

6. Почему менеджер должен учитывать поведенческие аспекты контроля?

Система управления самолета - одна из основных и важных бортовых систем, во многом определяющая эксплуатационные и тактические возможности самолета, включая безопасность его полета. Она представляет собой сложный комплекс электронно-вычислительных, электрических, гидравлических и механических устройств, в совокупности обеспечивающих необходимые характеристики устойчивости и управляемости самолета, стабилизацию установленных летчиком режимов полета, программное автоматическое управление самолетом на всех режимах полета от взлета до посадки.

Основной задачей системы управления является осуществление отклонения рулевых поверхностей по командным сигналам летчика, систем автоматического управления и других систем, формирующих отклонение рулей по определенным законам.

В развитии систем управления можно выделить три основных этапа, существенно повлиявших на их структуру и открывших большие возможности в создании высокоманевренных сверхзвуковых и тяжелых самолетов.

I. Создание систем управления с обратимыми и необратимыми гидравлическими приводами (бустерами) с переходом на безбустерное управление при отказе гидропитания.

II. Создание необратимого бустерного управления (НБУ) без перехода на непосредственное ручное управление. НБУ позволило обеспечить летчику приемлемые характеристики устойчивости и управляемости во всем диапазоне режимов полета независимо от действующих аэродинамических шарнирных моментов на рулях, значения которых во много раз превышают физические возможности летчика. Этот этап обеспечил широкое внедрение автоматических систем управления.

III. Развитие и внедрение резервированных электродистанционных систем управления (СДУ), работающих совместно с механической дистанционной системой (МСУ) с возможностью полной замены МСУ на СДУ и введением на этой основе автоматических систем, обеспечивающих многорежимность полета современного самолета, включая полеты на малой высоте (до 30...50 м), полеты в трансзвуковой области и др.

Внедрение СДУ позволило достаточно просто ввести активные системы управления, к которым относятся системы: искусственной устойчивости самолета; снижения маневренных нагрузок на конструкцию самолета; непосредственного управления подъемной и боковой силами; ослабления воздействия турбулентности атмосферы; демпфирования упругих колебаний конструкции; ограничения предельных режимов полета и т.д.

О влиянии активных систем управления на самолет свидетельствует тот факт, что его конфигурация «активные» системы подчеркивает отличие положенных в основу новых методов от прежних, пассивных методов обеспечения необходимых характеристик. Реализация концепции активного управления позволяет обеспечить полеты на неустойчивом самолете, улучшить его маневренные характеристики, а также комфортные условия для экипажа и пассажиров, повысить ресурс планера, существенно снизить массу самолета и т.д. Внедрение активных систем можно отнести к IV этапу развития систем управления самолета.

Деление на рассмотренные этапы развития систем управления достаточно условно. Ниже рассмотрены вопросы построения систем управления рулями, их структурные схемы и основные элементы. Основное внимание уделено общим особенностям управления. Структуры систем управления по тангажу, крену, курсу имеют много общего, поскольку НБУ строятся на одних и тех же принципах и не выделяются отдельно

1.1.ОРГАНЫ УПРАВЛЕНИЯ САМОЛЕТОМ

На современных самолетах для создания управляющих моментов применяют в основном органы управления трех видов - аэродинамические, струйные и в виде управляемой передней стойки шасси (рис. 1.1).

Органы управления, использующие струйные рули или отклонение вектора тяги для создания управляющей силы (момента), требуют значительных энергоресурсов. Струйные органы управления используются на малых или нулевых скоростях полета, а также на очень больших высотах. При пробеге по земле эффективным органом путевого управления является управляемая передняя стойка шасси, с помощью которой обеспечивается управление самолетом на взлетно-посадочной полосе и осуществляется рулежка на аэродроме. При отказе управления передней стойки шасси в качестве аварийного режима возможно использование дифференциального торможения колес основных стоек шасси.

Продольное управление самолетом может осуществляться следующими органами управления (табл. 1.1): управляемым цельноповоротным и дифференциальным стабилизаторами, передним оперением, элевонами, вектором тяги, комбинацией перечисленных органов управления.

Самолёты схемы «утка», у которых органом продольного управления является переднее горизонтальное оперение (ПГО), имеют эффективность продольного управления, близкую к самолетам нормальной схемы.

Элевоны традиционно использовались для продольного и поперечного управления на самолетах "бесхвостой" схемы. Однако эти органы управления, расположенные по задней кромке крыла (в том числе элероны, флапероны), теряют значительную часть эффективности при полете самолета на сверхзвуковых скоростях.

На современных самолетах основной системой управления является НБУ, которая обеспечивает приемлемый уровень усилий при управлении самолетом путем применения специальных устройств их имитации независимо от характера действующего шарнирного аэродинамического момента М ш.аэр на органе управления. Современные самолеты имеют органы управления в основном с конструктивной компенсацией или без компенсации вообще (например, Су-27, F-104, F-4 и др.).

Таблица 1.1

Тип органа управления	Канал управления
	по тангажу	по крену	по курсу	подъемной силой	торможением
Управляемое ГО (переднее и заднее) Дифференциальное ГО Концевые рули Элевоны Элероны Флапероны Интерцепторы (спойлеры) Предкрылки Поворотные концевые консоли крыла Закрылки Изменение стреловидности крыла Руль направления Управляемое ВО Поворотный форкиль (гребень) Струйные рули Управление вектором тяги Управление передней стойкой Расщепляющиеся рули Носовые рули Адаптивное крыло Тормозные щитки Реверс тяги Тормоза колес шасси

Это создает определенные проблемы по обеспечению безопасности от рулевых форм флаттера. Эти проблемы решаются выбором необходимых характеристик динамической жесткости рулевых приводов, обеспечивая нужный уровень собственной частоты колебаний рулевой поверхности и ее демпфирования.

Углы отклонения элевонов обычно δ эв <±25°. Этот диапазон углов распределяется между каналами тангажа и крена. При наличии автоматики к сигналам ручного управления добавляются также сигналы автомата системы устойчивости и управляемости (СУУ) по тангажу и крену.

На сверхзвуковых самолетах обычной схемы основным органом продольного управления является управляемый стабилизатор, состоящий из двух консолей, каждая из которых крепится на опоре, обеспечивающей независимый поворот консоли относительно ее оси вращения с помощью отдельного привода (рис.1.2). Такая конструкция позволяет осуществить как синхронное отклонение консолей, если стабилизатор используется в качестве органа продольного управления, так и дифференциальное, если стабилизатор одновременно применяется для управления по крену.

На неманевренных самолетах чаще используется единая (неразрезная) конструкция, которая целиком поворачивается относительно узлов навески, закрепленных внутри фюзеляжа. Весовая отдача стабилизатора такой конструкции лучше, но его использование возможно только для продольного управления.

Для уменьшения потребной тяги приводов стабилизатора положение его оси желательно выбирать внутри диапазона перемещения фокусов стабилизатора. В результате на дозвуковых режимах полета стабилизатор будет перекомпенсирован по М ш.кр. Для самолетов с НБУ такая ситуация вполне допустима. Однако с точки зрения безопасности полета на режимах перекомпенсации стабилизатора необходимо предусмотреть, чтобы запасы по тяге приводов были в 1,25-1,5 раза больше, чем на режимах, на которых стабилизатор скомпенсирован на случай возможных отказов в системе управления (например, одной из гидросистем).

Для управления стабилизаторами требуются очень мощные рулевые приводы (так, для ряда самолетов, развиваемые силы двухкамерных приводов одной консоли стабилизатора составляют; 550 кН для F-14; 453,6 кН для F-111; 314 кН для "Торнадо"). Тяга приводов стабилизаторов самолетов превышает их собственный взлетный вес. Естественно, для установки приводов с такой тягой, на самолете требуется мощная силовая конструкция каркаса, которая бы исключала просадку привода под нагрузкой. При прямой оси проще обеспечить жесткость конструкции силовой передачи.

ТЕМА 2: Система управления самолета

Управление самолетом

2.1. Назначение и состав систем управления самолетом

Совокупность бортовых устройств, обеспечивающих управление движением самолета, называют системой управления самолетом. Поскольку процесс управления самолетом осуществляется пилотом, находящимся в кабине экипажа, а элероны и рули находятся на крыле и хвостовом оперении, между этими участками должна быть конструктивная связь. Она должна обеспечить высокую надежность, легкость и эффективность управления положением самолета.

Очевидно, что при отклонении управляющих поверхностей, действующее на них усилие возрастает. Однако это не должно привести к недопустимому увеличению усилий на рычагах 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 и устройства, обеспечивающие создание и изменение управляющих движением самолета сил и моментов, то система управления называется неавтоматической (прямое управление самолетом).

Неавтоматизированные системы могут быть механическими и гидромеханическими (см. рис. 6.1). 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.

Рис.6.1. 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 – двуплечая 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

На самолётах ГА основное управление осуществляется двумя пилотами с помощью двойных командных рычагов, механической проводки управления, кинематических устройств, регулирующих перемещения и усилия, и поверхностей управления.

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 самолетом 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.

В систему основного управления самолетом входят:

а) командные рычаги, на которые непосредственно воздействует пилот, прикладывая к ним усилия и перемещая их;

б) проводка управления, соединяющая командные рычаги с элементами систем основного управления;

в) специальные механизмы, автоматические и исполнительные устройства.

Отклоняя штурвальную колонку на себя или от себя, пилот осуществляет продольное управление самолетом, т.е. изменяет угол тангажа, отклоняя руль высоты или управляемый стабилизатор. Поворачивая штурвал вправо или влево, пилот, отклоняя элероны, осуществляет поперечное управление, накреняя самолет в нужную сторону. Для отклонения руля направления пилот воздействует на педали. Педали используются также для управления передней опорой шасси при движении самолета по земле.

Пилот является важнейшим звеном в неавтоматической и полуавтоматической системах управления. Он воспринимает и перерабатывает информацию о положении самолета, действующих перегрузках, положении рулей, вырабатывает решение и создает управляющее воздействие на командные рычаги.

Основное управление самолетом должно удовлетворять следующим требованиям:

1. При управлении самолетом движения рук и ног пилота для отклонения командных рычагов должны соответствовать естественным рефлексам человека при сохранении равновесия. Перемещение пилотом командного рычага в определенном направлении должно вызывать нужное перемещение самолета в том же направлении.

2. Реакция самолета на отклонение командных рычагов должна иметь незначительное запаздывание, определяемое условиями устойчивости контура управления ";пилот-самолет";.

3. При отклонении органов управления (рулей, элеронов и др.) усилия на командных рычагах должны возрастать плавно, быть направлены в сторону, противоположную движению командных рычагов (препятствовать перемещению их пилотом), а величина усилий должна согласовываться с режимом полета самолета. Последнее необходимо для обеспечения пилоту ";чувства управления"; самолетом, способствующего пилотированию самолета. Предельные усилия на командных рычагах должны соответствовать физическим возможностям пилота.

4. Должна быть обеспечена независимость действия рулей: отклонение, например, руля высоты не должно вызывать отклонения элеронов, и наоборот.

5. Углы отклонения рулевых поверхностей должны обеспечивать возможность полета самолета на всех требуемых полетных и посадочных режимах, причем должен быть предусмотрен некоторый запас отклонения рулей.

2.2. Особенности конструкции систем управления самолетом

Основными конструктивными элементами систем управления являются командные рычаги, проводка управления и различные агрегаты (бустеры, механизмы загрузки и т.п.).

Проводка управления предназначена для передачи усилий с командных рычагов на управляемые поверхности. Проводка управления может быть выполнена гибкой или жесткой.

Рис.6.2. Схема действия триммера: 1 – электромеханизм; 2 - триммер

При длительном полете самолета с отклоненными рулями для снятия усилий с командных рычагов применяются триммеры, которые представляют собой дополнительную рулевую поверхность, устанавливаемую на задней части основного руля. Триммеры отклоняются на необходимые для снятия усилий углы по желанию пилота. Это обеспечивается специальной механической проводкой из кабины экипажа к триммерам или при помощи управляемых из кабины экипажа электромеханизмов (см. рис. 6.2.).

Отклоняя триммер в сторону, противоположную отклонению руля, нагрузку, передающуюся на командные рычаги, можно уменьшить до сколько угодно малой величины. Компенсирующий момент от триммера, противодействующий шарнирному моменту, возникает вследствие большого плеча силы, приложенной к триммеру, хотя сама сила и невелика.

Шарнирный момент руля можно уменьшить, применяя аэродинамическую компенсацию, т.е. создавая с помощью аэродинамической силы носового участка руля момент, противоположный моменту от силы хвостового участка (см. рис. 6.3.). Наиболее широкое распространение получила осевая аэродинамическая компенсация - смещение оси вращения руля от его передней кромки. Центр давления аэродинамической силы руля лежит приблизительно на 1/3 его хорды. Если ось вращения руля приблизить к линии центра давления, то тем самым уменьшится плечо аэродинамической силы. Уменьшение плеча дает уменьшение шарнирного момента руля, а следовательно, уменьшает нагрузку на рычаг управления рулем.

Иногда аэродинамический компенсатор представляет собой часть рулевой поверхности, вынесенной вперед только у края руля, а не по всей длине (см. рис. 6.4.). Такая разновидность осевой аэродинамической компенсации получила название роговой и применяется на легких нескоростных самолетах.

На элеронах применяется также и так называемая внутренняя аэродинамическая компенсация. Компенсатор находится в пространстве за задним лонжероном крыла и соединен с ним герметичной гибкой перегородкой. Разность давлений, действующих на компенсатор, создает необходимый эффект. Внутренний компенсатор не выходит в поток и не увеличивает сопротивление.

Схема сервокомпенсатора (флетнера): 1 – тяга управления рулем;

2 – руль; 3 - сервокомпенсатор

Наряду с осевой компенсацией, применяются сервокомпенсаторы (или флетнеры). Принцип действия его подобен действию триммера. В то же время между ними имеется существенное различие. Если триммер отклоняется только по командам пилота и отклонение руля не вызывает поворота триммера, то сервокомпенсатор при помощи четырехзвенного механизма отклоняется всегда в сторону, обратную отклонению основного руля. Иногда используются триммеры - флетнеры - это флетнеры, длина жесткой тяги которых может изменяться с помощью электрического привода, и поэтому они могут работать и как триммер, и как сервокомпенсатор.

Считается, что мощная аэродинамическая компенсация и, следовательно, ручное управление, т.е. управление самолетом без усилителей, возможны только при скоростях полета, соответствующих числу М не более 0,9. Поэтому в систему управления скоростного самолета включают специальные механизмы и приводы, позволяющие преодолеть эти затруднения.

На тяжелых неманёвренных самолётах, имеющих большой диапазон эксплуатационных центровок и высокую механизацию крыла, для обеспечения балансировки возникает необходимость дискретно-переставляемого или триммируемого стабилизатора. Дискретно-переставляемый стабилизатор - это переставной стабилизатор, отклоняемый пилотом или автоматически на фиксированные углы. Триммируемый стабилизатор используется для продольной балансировки самолёта и снятия усилий с рычага управления. Такой стабилизатор отклоняется пилотом в пределах рабочего диапазона нажатием специальной кнопки управления. Скорость отклонения триммируемого стабилизатора небольшая: 0,3-0,5 град./с. Применение триммируемого стабилизатора для балансировки самолёта позволяет на всех режимах полёта использовать весь диапазон возможных углов отклонения руля высоты для манёвра и парирования возмущений, что повышает безопасность полёта и расширяет эксплуатационные возможности самолёта. Вследствие этого такая схема управления продольным движением получала наибольшее распространение на пассажирских самолётах.

2.3. Рычаги управления самолетом

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

Ручное управление применяют для воздействия на элероны и руль высоты (см. рис. 6.6.). Командным рычагом в системах управления средних и тяжелых самолетов является штурвальная колонка. Для легких самолетов может быть применена ручка.

Движение штурвала влево (против часовой стрелки) приведет к образованию левого крена. Соответственно поворот штурвала вправо (по часовой стрелке) вызовет появление правого крена.

";Дача штурвала от себя"; вызовет снижение, пикирование самолета. И, наоборот, при перемещении штурвала ";на себя"; самолет будет подниматься, кабрировать. Независимо от конкретного конструктивного исполнения на всех самолетах определенное движение штурвала или ручки вызовет эволюцию самолета одинакового характера.

Ножное управление предназначено для управления рулем направления. ";Дача правой ноги"; вперед приведет к правому развороту.

Таким образом, конструкция управления предусматривает, чтобы изменение положения самолета в пространстве соответствовало естественным рефлексам человека.

На средних и тяжелых самолетах устанавливают спаренные командные рычаги для двух пилотов: левого и правого. В длительном полете, в сложных условиях один пилот будет перегружен. К тому же, если один из них по каким-либо причинам (например, по болезни) не сможет осуществлять управление, второй заменит его. Командные рычаги конструктивно связаны друг с другом, их движения абсолютно синхронны и одинаково воздействуют на управляющие поверхности.

Максимальные усилия на рычагах управления, потребные для пилотирования самолёта не должны превышать по абсолютной величине:

35 кгс - в продольном управлении;

20 кгс - в поперечном управлении;

70 кгс - в путевом управлении.

На продолжительных режимах полета обеспечивается балансировка самолёта по усилиям. Максимальные кратковременные (не более 30 с) усилия на рычагах управления, потребные для пилотирования самолёта при возникновении маловероятных отказных состояний, не должны превышать:

50 кгс - в продольном управлении;

30 кгс - в поперечном управлении;

90 кгс - в путевом управлении.

Уменьшить усилие можно с помощью аэродинамической компенсации, например триммеров. Однако в системе управления могут возникнуть значительные усилия, превышающие возможности человеческого организма. В этих случаях в систему управления включают усилители. Например, гидравлические. Особенно это необходимо для сверхзвуковых самолетов, у которых при преодолении звукового барьера возникают значительные усилия.

Усилители, установленные в системе управления, называются бустерами. Бустеры располагают возможно ближе к управляющим поверхностям, чтобы сократить длину и массу конструктивных элементов цепи управления. Бустерное управление обычно разделяют на две схемы: обратимую и необратимую. В обратимой схеме усилия на рычагах управления пропорциональны величине шарнирного момента управляющей поверхности. В этом случае большая часть усилия воспринимается бустером и только небольшая часть усилия необходимого для отклонения рулей, передается на рычаг управления. В необратимой схеме все усилие, необходимое для отклонения управляющей поверхности, создается бустером. Здесь пилот не будет ощущать на командных рычагах управления никакого усилия и не ощутит изменения режима полета по нагрузке на рычаге управления. Считается естественным, что ручка управления оказывает сопротивление перемещению. Для создания такого эффекта в необратимых схемах предусматривают загружатели различных конструкций.

В конструкциях современных самолетов, когда неизмеримо возросли требования к экономичности полета, непосредственное управление полетом с использованием мускульной силы пилота не может обеспечить выбор наивыгоднейшего режима в каждый момент времени. Изменяющиеся условия (направление ветра, восходящие и нисходящие потоки воздуха, климатические изменения) требуют мгновенного принятия решения и соответствующих действий, особенно в условиях скоростного полета. Это может быть выполнено только быстродействующей ЭВМ. Поэтому на современных самолетах устанавливают автоматизированные системы управления. Основными составляющими таких систем являются автопилоты, управляемые бортовыми ЭВМ. Задачу обеспечения достаточной надежности систем управления конструкторы решают, создавая две или три независимые системы управления агрегатом. При отказе одной из систем вступает в действие вторая и т.д. В системах управления самолетами новых поколений механическая передача усилий пилота к управляющим поверхностям не применяется, элероны и рули соединены с исполнительными механизмами (например, рулевыми агрегатами), управление которыми пилот осуществляет дистанционно с помощью электрических сигналов.

2.3.1. 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. В самолетостроении применяют прочные, гибкие тросы с большим сроком службы, не подвергающиеся коррозии. Перед установкой на самолет трос предварительно вытягивают под нагрузкой, составляющей около 50% разрушающей. Это делается для того, чтобы избежать вытяжки троса в процессе работы. Вытяжка троса от растягивающих усилий в процессе работы может привести к ослаблению троса и нарушению управления самолетом.

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.

Для обеспечения достаточной долговечности тросов желательно, чтобы действующие в тросе при управлении самолетом усилия составляли не более 10% от усилия, разрушающего трос.

Тросы проходят вдоль каркаса самолета, выходя при этом из гермокабины или входя в нее. Для обеспечения герметичности в местах прохода троса через перегородки устанавливают гермоузлы различной конструкции.

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 (т.е. жесткая проводка - однопроводна).

В системе управления встречаются случаи, когда управляющие поверхности должны отклоняться на различные углы. Например, руль высоты и элероны должны отклоняться на разные углы вверх и вниз, поскольку при их отклонении возникают разные усилия от действия воздушных потоков. Схема управления, при которой отклонение командных рычагов на один и тот же угол в разные стороны приводит к неодинаковым отклонениям управляющих поверхностей, называется дифференциальной.

На практике с целью компенсации недостатков обеих систем чаще всего используют смешанную проводку управления в виде сочетания жесткой и гибкой проводок.

Важным устройством в системе проводки управления на современных самолетах являются выводы тяг и тросов из герметических кабин и отсеков. Обычно это делается с помощью специальных коробок герметизации, в которых поступательное движение тяг преобразуется с помощью качалок-рычагов во вращательное, а поворачивающиеся валы легко герметизируются с помощью кольцевых уплотнений.

Если самолёт имеет устройство для стопорения рулей и элеронов при стоянке его на земле, в конструкции предусматриваются специальные механизмы, исключающие вылет самолёта с застопоренными рулями и элеронами. В случае применения внешних устройств стопорения (струбцин) перед вылетом самолёта необходимо убедиться в их снятии. На самолётах с необратимым бустерным управлением демпфирование рулевых поверхностей при ветровых возмущениях на стоянке обеспечивается силовыми приводами.

С ростом скоростей полета интенсивно увеличиваются усилия, потребные для отклонения рулевых поверхностей. Пилот, летящий на самолете с непосредственным, не автоматическим управлением, замечает это по значительному возрастанию усилий, требуемых для отклонения командных рычагов. На больших скоростях и высотах значительно изменяются углы отклонения рулей, потребные для балансировки самолета. С ростом скорости полета они уменьшаются, а с ростом высоты полета - увеличиваются.Всистему управления скоростного самолета включают гидроусилители, представляющие собой гидравлическую следящую систему. Гидроусилитель состоит из исполнительного механизма - силового цилиндра двойного действия и распределительного, следящего механизма, чаще всего золотникового типа. Отклоняя командные рычаги, пилот воздействует на связанный с ними проводкой управления золотник, для отклонения которого требуются незначительные усилия. Золотник распределяет поток жидкости, подаваемой под большим давлением, направляя его в ту или иную полость силового цилиндра. Рабочий ход золотника, необходимый для перепуска жидкости обычно очень невелик и измеряется несколькими миллиметрами. Поэтому практически сразу после начала перемещения пилотом командного рычага начинает перемещаться и исполнительный шток гидроусилителя. Исполнительный шток силового цилиндра непосредственно или через промежуточные элементы проводки отклоняет рулевую поверхность, которую обслуживает данный гидроусилитель.

2.3.2. Стопорение рулей и элеронов

Во время стоянки на земле рули и элероны стопорятся с целью исключения их колебаний от ветровых нагрузок.

Чаще всего для стопорения рулей и элеронов используется механическая система непосредственного управления или электромеханическая система дистанционного управления, заканчивающаяся реверсивными электродвигателями с механизмом стопорения.

Принцип действия системы стопорения сводится к защемлению рулей и элеронов относительно планера. Для этого на рулях (элементах проводки управления) имеются гнёзда, в которые входят стопоры механизмов. Руль направления и элероны стопорятся в нейтральном положении или в положении правого крена, а руль высоты - в нижнем положении, что обеспечивает уменьшение кабрирующего момента при сильном ветре и страхует от самопроизвольного стопорения в полёте. Механизм стопорения благодаря конусу наконечника и дополнительной пружине позволяет ставить рычаг управления в положение ";Застопорено"; независимо от положения руля и элеронов. Последующее перемещение рулей и элеронов приводит к самостопорению.

При штормовом предупреждении стопорение рулей и элеронов производится с помощью струбцин. На некоторых самолётах с бустерной системой управления рули и элероны автоматически стопорятся рулевыми приводами.

2.4. Назначение и состав вспомогательного управления самолётом

Вспомогательные системы управления значительно проще основной системы, они включают только часть ее агрегатов. Обычно это командные рычаги, проводка и исполнительные механизмы, приводящиеся в движение гидравлическими, электрическими, пневматическими устройствами или механическими приспособлениями.

Работа всех элементов механизации крыла (закрылков, предкрылков и спойлеров) основана на управлении пограничным слоем на поверхности крыла и изменении кривизны профиля крыла. Механизация крыла позволяет улучшить взлётно-посадочные и манёвренные характеристики самолёта, увеличить его полезную нагрузку и повысить безопасность полёта.

Элементами механизации передней части крыла являются поворотные носки, предкрылки, носовые щитки, щитки Крюгера.

Элементами механизации задней части крыла являются поворотные закрылки, щелевые закрылки (без выдвижения, выдвижные одно-, двух-, трёхщелевые), закрылки Фаулера, поворотные и скользящие (выдвижные) щитки.

Эффективность элементов механизации крыла зависит от относительных размеров, формы и положения относительно основной части крыла.

Элементы механизации передней части крыла обеспечивают ликвидацию срыва потока на крыле при больших углах атаки самолёта. Наиболее эффективными элементами механизации передней кромки являются предкрылки.

Схемы механизации передней части крыла: 1 – поворотные носки; 2 – носовой щиток; 3 – щиток Крюгера; 4 – предкрылок. Схемы механизации задней части крыла: 1 – тормозной щиток; 2 – поворотный щиток; 3 – скользящий щиток; 4 – поворотный закрылок; 5 – щелевой поворотный закрылок; 6 – вы-движной поворотный закрылок;

7 – закрылок Фаулера; 8 – двухщелевой закрылок; 9 – двухщелевой закрылок в комбинации с интерцептором; 10 – трехщелевой закрылок.

Наиболее эффективными и распространенными элементами механизации задней части крыла являются щелевые выдвижные закрылки (они увеличивают кривизну и площадь несущей поверхности).

Спойлеры (интерцепторы) - это аэродинамические органы управления самолётом, выполненные в виде щитков, в рабочем положении выступающими над поверхностью крыла под углом к набегающему потоку. Спойлеры устанавливаются на верхней поверхности крыла и в рабочем положении уменьшают его подъёмную силу; используются на правом или левом крыле в качестве органа поперечного управления (совместно с элеронами), а при одновременном выпуске на правом и левом крыле как гасители подъемной силы в полёте или тормозные щитки при пробеге на земле.

При отказах в системе управления элеронами спойлеры, работающие в элеронном режиме, служат резервным вариантом управления по крену. Преимущество спойлеров перед другими органами управления (например, элеронами) состоит в том, что они устанавливаются в той части крыла, в которой задняя кромка использована для размещения закрылков.

Самолет - сложный объект управления (рис.1.1). Основным элементом конструкции является планер, состоящий из фюзеляжа, крыла и оперения. Фюзеляж 17 - основная несущая конструкция планера. Он служит для соединения в одно целое всех его частей, а также для размещения экипажа, пассажиров, оборудования и грузов. Фюзеляж современного самолета представляет собой вытянутое по потоку тело вращения с тупым закругленным носом и заостренной хвостовой частью. Для обеспечения наименьшего сопротивления фюзеляжу придают плавные формы контура.

Рис.1.1.

Крыло 1 - основная несущая поверхность самолета. Оно предназначено для создания силы, удерживающей самолет в воздухе. Важными характеристиками крыла являются его стреловидность, форма сечения и площадь. Крыло обычно имеет плоскость симметрии, совпадающую с плоскостью симметрии самолета.

Оперение представляет собой несущие поверхности, обеспечивающие устойчивость самолета в воздухе. Различают горизонтальное и вертикальное оперение. Основным элементом горизонтального оперения является стабилизатор 11, который на современных пассажирских самолетах выполняется, как правило, подвижным. Стабилизатор обеспечивает балансировку сил, действующих на самолет в полете. По месту расположения горизонтальное оперение бывает низкорасположенным и высокорасположенным.

На рис.1.1 показано низкорасположенное горизонтальное оперение. Основным элементом вертикального оперения является киль 14, обеспечивающий путевую устойчивость самолета в воздухе.

Крыло современного самолета снабжено сложной механизацией, изменяющей его характеристики. По выполняемым функциям средства механизации подразделяют на средства, изменяющие несущую способность крыла, и средства, увеличивающие лобовое сопротивление. По месту расположения на крыле различают средства механизации передней и хвостовой кромок крыла.

Закрылок - профилированная подвижная часть крыла, расположенная в его хвостовой части. Закрылок выполняется в виде внутренней 10, средней 7 и внешней 6 секций. Отклонение закрылка вниз увеличивает несущую способность крыла. Предкрылок 2 - профилированная подвижная часть крыла, расположенная в его носовой части. Предкрылок также выполнен секционным. Он улучшает характеристики крыла.

Интерцептор 5 - подвижный орган, расположенный на верхней поверхности крыла. Интерцепторы выполняют секционными. Они используются для изменения несущей способности крыла и для управления самолетом. Тормозной щиток 9 - подвижный орган, расположенный на верхней поверхности крыла и предназначенный для увеличения лобового сопротивления самолета. Тормозной щиток выполняется секционным. Вертикальные законцовки 3 служат для улучшения устойчивости самолета. К нижней кромке крыла крепятся пилоны 19 и мотогондолы с двигателями 18.

Основными органами управления самолета являются рули высоты, рули направления и элероны. Рули высоты - подвижная часть стабилизатора, расположенная в его хвостовой части. Они выполнены в виде внешней 12 и внутренней 13 секций. Рули направления - подвижная часть киля, расположенная в его хвостовой части. Они выполнены в виде верхней 15 и нижней 16 секций. Элероны - подвижная часть крыла, расположенная в его хвостовой части. Различают элероны внешние 4 и внутренние 8.

Рулем высоты и элеронами управляют при помощи ручки управления или штурвальной колонки. Ручка (рис. 10.1) пред­ставляет собой вертикальный неравноплечий рычаг с двумя степе­нями свободы, т. е. поворачивающийся вокруг двух взаимно перпендикулярных осей. При движении ручки вперед и назад от­клоняется руль высоты, при перемещении ручки влево и вправо (поворот вокруг оси а - а) отклоняются элероны. Независимость действия руля высоты и элеронов достигается размещением шарни­ра О на оси а - а.

На тяжелых самолетах вследствие большой площади рулей высоты и элеронов увеличиваются нагрузки, потребные для откло­нения рулей. В этом случае самолетом удобнее управлять с помо­щью штурвальной колонки (рис. 10.2). Подобных колонок на само­лете две: одной управляет командир корабля, другой - второй пилот. Каждая колонка состоит из дюралюминиевой трубы, головки штурвала и нижнего узла - опоры штурвальной колонки, в торцах которого заделаны шарикоподшипники.

В нижней части колонки имеется рычаг, к которому присоединены тяги управления рулем высоты. Тяги управления элеронами соединены с качалками, уста­новленными на кронштейнах. На каждом штурвале установлены кнопки управления связной радиостанцией, включения и отключе­ния автопилота, самолетного переговорного устройства и нажимной переключатель управления триммером руля высоты.

Рис. 12.3. Пульт ножного управления

Для управления рулем направления предназначены педали двух типов: перемещающиеся в горизонтальной плоскости и пе­ремещающиеся в вертикальной плоскости. Педали в горизонталь­ной плоскости перемещаются по прямолинейным направляющим или на шарнирном параллелограмме, собранном из стальных тонкостенных труб. Параллелограмм обеспечивает прямолинейное перемещание педалей без их поворота, что необходимо для удоб­ного и неутомительного положения ступни ноги пилота. Педали, перемещающиеся в вертикальной плоскости, имеют верхнюю или нижнюю подвеску. Положение педалей можно регулировать, под­гоняя под рост пилота.

Пульт ножного управления (рис. 10.3) состоит из трех щек Щ между которыми на штангах 11, соединенных с трубой 8, подвеше­ны педали 6. Каждая педаль пальцем 13, проходящим внутри оси педали, связана с секторной качалкой 5. Верхняя часть секторных качалок тягами 4 и 3 соединена с рычагами горизонтальной тру­бы 2. На трубе 2 закреплен рычаг 7, к которому присоединена тяга 1, идущая к рулю поворота. При нажатии, например, на левую педаль (от пилота), повернется секторная качалка 5, которая через тягу 3 вызовет поворот трубы 2 против часовой стрелки. Это дви­жение в свою очередь через тягу 4 вызовет поворот секторной ка­чалки правой педали в противоположную сторону. Пальцы служат для регулировки педалей по росту пилота. Регулирование выпол­няют следующим образом: пилот отжимает вбок рычаг защелки 12 и тем самым выводит палец 13 из зацепления с сектором 5. Пружи­на (на рисунке не показана) поворачивает педаль в сторону пилота.

Проводка управления (рис. 9.4) может быть гибкой, жесткой либо смешанной.

Гибкая проводка управления выполняется из тонких стальных тросов, диаметр которых выбирается в зависимости от действующей нагрузки и не превышает 8 мм . Так как тросы могут работать только на растяжение, то управление рулями в таком слу­чае выполняется по двухпроводной схеме. Отдельные участки тро­сов соединяются тандерами. Трос к тандерам и секторам крепится коушами (рис. 9.5). Для уменьшения провисания тросов на прямо­линейных участках используют текстолитовые направляющие, в местах перегиба троса устанавливают ролики с шариковыми под­шипниками.

Жесткая проводка представляет собой систему жестких тяг и качалок. Качалки служат промежуточными опорами, которые необходимы для деления тяг на сравнительно короткие участки. Чем короче тяга, тем меньше вероятность вибраций. Но чем больше разъемов у тяг, тем больше масса проводки.

Рис. 9.4. Схема тросовой (а) и жесткой (б) проводок управления

1 - педаль; 2 - ролик; 3 - трос; 4 - руль поворота; 5 - руль высоты; 6 - качалка; 7 -элерон; 8 - тяги; 9 - штурвал

Для повышения надёжности управления каждая из тяг выполняется из двух труб и вставленных одна в другую. Основная труба - наружная, внутренняя дублер основной. Каждая труба в отдельности может полностью воспринять расчетную нагрузку, приходящуюся на эту тягу. Дос­тоинства жесткой проводки следующие: отсутствие вытяжки про­водки при эксплуатации, что исключает возможность образования люфтов; малые силы трения; высокая живучесть. Недостатки жест­кой проводки по сравнению с гибкой - большая масса и потреб­ность в значительных объемах для ее размещения. Гибкую проводку не следует применять при передаче больших усилий, а также в тех случаях, когда от управления требуется большая точность исполнения

Для поддержания тросов управления и изменения их направления применяют ролики 1 , которые прессуют из текстолита-крошки и для уменьшения трения

монтируют на шарикоподшипниках.

Кронштейны 2 крепления роликов обычно литые и изготавливаются из

магниевых сплавов.

прямая

Тяги жесткой проводки 2 монтируют на качалках 1 и роликовых направляющих 3.

Качалки служат для изменения направления движения рис. 9.7 (а ),а также изменения

усилия в тягах рис. 9.7 (б ). Все качалки имеют шарикоподшипники, обычно допускающие незначительный перекос колец. Подобные подшипники исключают

возможность заеданий от перекосов при неточностях монтажа или при деформациях

(повреждениях) самолёта.

На участках, где тяги совершают прямолинейное движение, ус­танавливают роликовые направляющие. Больше двух роликовых направляющих на одной тяге ставить нельзя, так как при дефор­мациях самолета это приводит к заеданию проводки. Направляю­щие имеют фланцы-крепления к фюзеляжу. В ушки направляющих, расположенных под углом 120° друг относительно друга, вмонтиро­ваны три шарикоподшипника, на наружные кольца которых напрес­сованы бандажные втулки. Между этими подшипниками и пере­мещается тяга. Управление механизацией крыла осуществляется или приводом с механической трансмиссией, или силовыми цилинд­рами гидросистемы самолета. При механической трансмиссии по­верхности управления перемещаются винтовыми механизмами, вращение которых от привода передается через угловые редукторы вращающимися валами. Каждая секция закрылка, интерцептора и другой отклоняющейся поверхности перемещается двумя винто­выми механизмами и силовыми цилиндрами. Приводом пилот уп­равляет дистанционно с помощью механической (тросовой) или электрической проводки.

Для защиты трансмиссии от перегрузки в нее включают ограничители крутящих моментов и эластичные муфты. По концам трансмиссии устанавливают датчики асимметрии поверхности уп­равления. Асимметричное перемещение, например, в случае обрыва вала трансмиссии, может привести к крену самолета, который с помощью элеронов не всегда можно парировать. Система защиты от асимметрии сравнивает положение левых и правых поверхностей управления и при наличии разности отклонения выше допустимой прерывают цепь управления приводами. Валы трансмиссии пустотелые, имеют промежуточные опоры, гермовыводы в местах выхода из фюзеляжа в крыле, карданные соединения для компенсации неточностей сборки и отклонения осей. В систему управления механизацией входит также система сигнализации и контроля положения.

Лекция 1. Системы управления самолетом.

Система управления самолета - одна из основных и важных бортовых систем, во многом определяющая эксплуатационные и тактические возможности самолета, включая безопасность его полета. Она представляет собой сложный комплекс электронно-вычислительных, электрических, гидравлических и механических устройств, в совокупности обеспечивающих необходимые характеристики устойчивости и управляемости самолета, стабилизацию установленных летчиком режимов полета, программное автоматическое управление самолетом на всех режимах полета от взлета до посадки.

Основной задачей системы управления является осуществление отклонения рулевых поверхностей по командным сигналам летчика, систем автоматического управления и других систем, формирующих отклонение рулей по определенным законам.

В развитии систем управления можно выделить три основных этапа, существенно повлиявших на их структуру и открывших большие возможности в создании высокоманевренных сверхзвуковых и тяжелых самолетов.

I. Создание систем управления с обратимыми и необратимыми гидравлическими приводами (бустерами) с переходом на безбустерное управление при отказе гидропитания.

II. Создание необратимого бустерного управления (НБУ) без перехода на непосредственное ручное управление. НБУ позволило обеспечить летчику приемлемые характеристики устойчивости и управляемости во всем диапазоне режимов полета независимо от действующих аэродинамических шарнирных моментов на рулях, значения которых во много раз превышают физические возможности летчика. Этот этап обеспечил широкое внедрение автоматических систем управления.

III. Развитие и внедрение резервированных электродистанционных систем управления (СДУ), работающих совместно с механической дистанционной системой (МСУ) с возможностью полной замены МСУ на СДУ и введением на этой основе автоматических систем, обеспечивающих многорежимность полета современного самолета, включая полеты на малой высоте (до 30...50 м), полеты в трансзвуковой области и др.

Внедрение СДУ позволило достаточно просто ввести активные системы управления, к которым относятся системы: искусственной устойчивости самолета; снижения маневренных нагрузок на конструкцию самолета; непосредственного управления подъемной и боковой силами; ослабления воздействия турбулентности атмосферы; демпфирования упругих колебаний конструкции; ограничения предельных режимов полета и т.д.

О влиянии активных систем управления на самолет свидетельствует тот факт, что его конфигурация «активные» системы подчеркивает отличие положенных в основу новых методов от прежних, пассивных методов обеспечения необходимых характеристик. Реализация концепции активного управления позволяет обеспечить полеты на неустойчивом самолете, улучшить его маневренные характеристики, а также комфортные условия для экипажа и пассажиров, повысить ресурс планера, существенно снизить массу самолета и т.д. Внедрение активных систем можно отнести к IV этапу развития систем управления самолета.

Деление на рассмотренные этапы развития систем управления достаточно условно. Ниже рассмотрены вопросы построения систем управления рулями, их структурные схемы и основные элементы. Основное внимание уделено общим особенностям управления. Структуры систем управления по тангажу, крену, курсу имеют много общего, поскольку НБУ строятся на одних и тех же принципах и не выделяются отдельно

1.1.ОРГАНЫ УПРАВЛЕНИЯ САМОЛЕТОМ

На современных самолетах для создания управляющих моментов применяют в основном органы управления трех видов - аэродинамические, струйные и в виде управляемой передней стойки шасси (рис. 1.1).

Органы управления, использующие струйные рули или отклонение вектора тяги для создания управляющей силы (момента), требуют значительных энергоресурсов. Струйные органы управления используются на малых или нулевых скоростях полета, а также на очень больших высотах. При пробеге по земле эффективным органом путевого управления является управляемая передняя стойка шасси, с помощью которой обеспечивается управление самолетом на взлетно-посадочной полосе и осуществляется рулежка на аэродроме. При отказе управления передней стойки шасси в качестве аварийного режима возможно использование дифференциального торможения колес основных стоек шасси.

Продольное управление самолетом может осуществляться следующими органами управления (табл. 1.1): управляемым цельноповоротным и дифференциальным стабилизаторами, передним оперением, элевонами, вектором тяги, комбинацией перечисленных органов управления.

Самолёты схемы «утка», у которых органом продольного управления является переднее горизонтальное оперение (ПГО), имеют эффективность продольного управления, близкую к самолетам нормальной схемы.

Элевоны традиционно использовались для продольного и поперечного управления на самолетах "бесхвостой" схемы. Однако эти органы управления, расположенные по задней кромке крыла (в том числе элероны, флапероны), теряют значительную часть эффективности при полете самолета на сверхзвуковых скоростях.

На современных самолетах основной системой управления является НБУ, которая обеспечивает приемлемый уровень усилий при управлении самолетом путем применения специальных устройств их имитации независимо от характера действующего шарнирного аэродинамического момента М ш.аэр на органе управления. Современные самолеты имеют органы управления в основном с конструктивной компенсацией или без компенсации вообще (например, Су-27, F-104, F-4 и др.).

Таблица 1.1

Тип органа управления	Канал управления
	по тангажу	по крену	по курсу	подъемной	торможением
Управляемое ГО (переднее и заднее) Дифференциальное ГО Концевые рули Флапероны Интерцепторы (спойлеры) Предкрылки Поворотные концевые консоли крыла Закрылки Изменение стреловидности крыла Руль направления Управляемое ВО Поворотный форкиль (гребень) Струйные рули Управление вектором тяги Управление передней стойкой Расщепляющиеся рули Носовые рули Адаптивное крыло Тормозные щитки Реверс тяги Тормоза колес шасси

Это создает определенные проблемы по обеспечению безопасности от рулевых форм флаттера. Эти проблемы решаются выбором необходимых характеристик динамической жесткости рулевых приводов, обеспечивая нужный уровень собственной частоты колебаний рулевой поверхности и ее демпфирования.

Углы отклонения элевонов обычно δ эв <±25°. Этот диапазон углов распределяется между каналами тангажа и крена. При наличии автоматики к сигналам ручного управления добавляются также сигналы автомата системы устойчивости и управляемости (СУУ) по тангажу и крену.

На сверхзвуковых самолетах обычной схемы основным органом продольного управления является управляемый стабилизатор, состоящий из двух консолей, каждая из которых крепится на опоре, обеспечивающей независимый поворот консоли относительно ее оси вращения с помощью отдельного привода (рис.1.2). Такая конструкция позволяет осуществить как синхронное отклонение консолей, если стабилизатор используется в качестве органа продольного управления, так и дифференциальное, если стабилизатор одновременно применяется для управления по крену.

На неманевренных самолетах чаще используется единая (неразрезная) конструкция, которая целиком поворачивается относительно узлов навески, закрепленных внутри фюзеляжа. Весовая отдача стабилизатора такой конструкции лучше, но его использование возможно только для продольного управления.

Для уменьшения потребной тяги приводов стабилизатора положение его оси желательно выбирать внутри диапазона перемещения фокусов стабилизатора. В результате на дозвуковых режимах полета стабилизатор будет перекомпенсирован по М ш.кр. Для самолетов с НБУ такая ситуация вполне допустима. Однако с точки зрения безопасности полета на режимах перекомпенсации стабилизатора необходимо предусмотреть, чтобы запасы по тяге приводов были в 1,25-1,5 раза больше, чем на режимах, на которых стабилизатор скомпенсирован на случай возможных отказов в системе управления (например, одной из гидросистем).

Для управления стабилизаторами требуются очень мощные рулевые приводы (так, для ряда самолетов, развиваемые силы двухкамерных приводов одной консоли стабилизатора составляют; 550 кН для F-14; 453,6 кН для F-111; 314 кН для "Торнадо"). Тяга приводов стабилизаторов самолетов превышает их собственный взлетный вес. Естественно, для установки приводов с такой тягой, на самолете требуется мощная силовая конструкция каркаса, которая бы исключала просадку привода под нагрузкой. При прямой оси проще обеспечить жесткость конструкции силовой передачи.