Усилия на рычагах управления

Усилия на рычагах управления в системах прямого управления зависят от аэродинамических сил на рулевых поверхностях. Так, в горизонтальном сбалансированном полете (рис. 12.4) летчик должен приложить к ручке 1 усилие P _л, чтобы удержать в определенном положении руль высоты 2, стремящийся под действием аэродинамической нагрузки, равнодействующая которой R _р приложена в центре давления руля, повернуться относительно оси 3 вращения руля.
Момент М _ш = R _р а аэродинамических сил руля относительно оси вращения называется шарнирным моментом руля.
Соотношение сил P _л и R _p будет зависеть от соотношения плеч рычагов и качалок в трассе управления.
В общем случае из условия равенства работы летчика (на перемещение рычага управления) и работы аэродинамических сил (при повороте рулевой поверхности на угол dδ)

Рис. 12.4. К объяснению усилий на рычагах управления

 

Отсюда

где

коэффициент кинематической передачи от руля к командному рычагу, показывающий соотношение между элементарными угловыми перемещениями руля d δ и потребными для этого элементарными линейными перемещениями ручки dx.

Из приведенной формулы ясно, что усилия на рычагах управления будут зависеть от аэродинамических сил на рулевой поверхности, т. е. будут отслеживать изменение скорости, высоты полета и перегрузки, поскольку определенному отклонению руля (и, как следствие, определенной силе на рулевой поверхности) будет соответствовать определенная перегрузка.
При проектировании системы управления для обеспечения приемлемых для летчика перемещений и усилий на рычагах управления можно изменять шарнирный момент руля за счет выбора положения оси вращения руля относительно центра давления руля.

Часть рулевой поверхности находящуюся перед осью вращения рулевой поверхности, принято называть аэродинамическим компенсатором, поскольку аэродинамические силы на этой части руля создают относительно оси вращения руля момент, который уменьшает (компенсирует) общий шарнирный момент М _ш рулевой поверхности.
Для облегчения работы летчика (уменьшения усилий на рычагах управления в длительном установившемся полете) применяется расположенная на рулевой поверхности 1 (рис. 12.7) специальная аэродинамическая поверхность 2 - триммер (англ. trimmer - приводящий в порядок). Нажатием кнопки триммирования на ручке (штурвале) управления летчик подает управляющий электрический сигнал (УС) на электромеханизм 3, который сообщает поступательное движение тяге 4 и отклоняет триммер 2.

Рис. 12.7. К объяснению принципа работы триммера

Принципиально возможно создание систем управления без непосредственной связи летчика с органами управления. На дозвуковых самолетах для этой цели используют серворули (от лат. servus - раб, слуга).

 

Основными средствами снижения усилий на командных рычагах являются устройства, позволяющие уменьшать коэффициент шарнирного момента m_ш. Для этого используется энергия набегающего потока воздуха, поэтому такие средства принято называть аэродинамической компенсацией рулей.
К аэродинамической компенсации относятся: роговая, осевая, внутренняя компенсации, а также простой или пружинный сервокомпенсатор.
Первые три вида компенсации используют общий принцип: часть поверхности руля располагается спереди от оси вращения руля и создает относительно этой оси момент, уменьшающий шарнирный момент руля.

· роговая; на конце руля часть его площади в виде «рога» располагается спереди от оси шарниров, что обеспечивает создание момента обратного знака по отношению к основному шарнирному

· осевая; часть площади руля по всему размаху располагается спереди от оси шарниров (ось шарниров смещается назад), что уменьшает шарнирный момент,

· внутренняя; обычно используется на элеронах и представляет собой пластины, прикрепленные к носку элерона спереди, которые связаны гибкой перегородкой со стенками камеры внутри крыла. При отклонении элерона в камере создается разница давлений над и под пластинами, которая уменьшает шарнирный момент,

· сервокомпенсация; в хвостовой части руля шарнирно подвешивается небольшая поверхность, которая тягой связывается с неподвижной точкой на крыле или оперении. Эта тяга обеспечивает автоматическое отклонение сервокомпенсатора в сторону, противоположную отклонению руля. Аэродинамические силы на сервокомпенсаторе уменьшают шарнирный момент руля.