Управляемости и балансировки

Режим полета вертолета, задаваемый летчиком установкой рычагов управления в определенное балансировочное положение может нарушаться самыми разнообразными внешними воздействиями. Эти воздействия вызывают некоторое начальное отклонение какой-либо характеристики движения вертолета (скорости, углов атаки и скольжения) от ее значения при равновесии, непосредственно или косвенным путем. Следовательно, и траектория движения отклоняется от заданной.

Установившийся полет вертолета без воздействия возмущений называется невозмущенным движением. Движение вертолета после воздействия возмущения (без вмешательства летчика в управление) называется возмущенным. Возмущенное движение может быть колебательным или апериодическим, устойчивым или неустойчивым (рис.3.1.).

Рис.3.1. Виды возмущенного движения вертолета

Под устойчивостью движения вертолета понимают способность его возвращаться без вмешательства летчика в управление к исходному режиму установившегося полета после прекращения действия возмущающих сил.

Характер возмущенного полета вертолета зависит, прежде всего, от направления сил и моментов, появляющихся при нарушении равновесия. Вертолет является статически устойчивым, если он обладает тенденцией к возвращению в положение равновесия в момент вывода его из этого положения. Статические характеристики устойчивости отвечают на вопрос, в каких условиях равновесия – устойчивого, нейтрального или неустойчивого выполняется полет.

Наличие статической устойчивости является необходимым, но недостаточным условием для возвращения вертолета к исходному режиму, т.е. для обеспечения динамической устойчивости. Дальнейшее развитие возмущенного движения после первоначального отклонения зависит от наличия демпфирования, которое заключается в появлении аэродинамических, так называемых демпфирующих сил и моментов, воспринимающих энергию возмущенного движения и рассеивающих ее в окружающую среду. Хорошими демпфирующими свойствами обладают несущий винт и стабилизатор.

При рассмотрении характеристик устойчивости движение вертолета условно делится на продольное и боковое.

Управляемостью вертолета называется его способность реагировать на управляющие действия летчика. Количественными характеристиками управляемости являются: мощность управления, эффективность управления, чувствительность управления и запаздывание в управлении.

Мощность управления определяется величиной максимального управляющего момента, возникающего при отклонении рычага управления от нейтрального положения до упора. Этот момент должен обеспечить на всех режимах полета возможность парирования возмущений, действующих на вертолет. В полете максимальный располагаемый управляющий момент будет различным на различных режимах полета в зависимости от балансировочного положения соответствующего рычага управления. Поэтому мощность управления должна быть такой, чтобы на различных режимах полета при предельно допустимых центровках ее остаток все же обеспечивал необходимую управляемость при парировании возмущений.

Эффективность управления – величина приращения управляющего момента, действующего на вертолет, при отклонении рычага управления на единицу хода.

Эффективность продольно-поперечного управления тем выше, чем больше сила тяги несущего винта, вертикальная центровка вертолета, разнос горизонтальных шарниров. Эффективность путевого управления тем выше, чем выше тяга рулевого винта и ее плечо. При возникновении срыва потока на лопастях несущего винта эффективность управления падает.

Чувствительность управления – величина установившейся угловой скорости вращения вертолета при отклонении рычага управления на единицу хода.

После отклонения ручки управления на единицу хода создается управляющий момент, и вертолет начинает поворачиваться с некоторым угловым ускорением. Угловая скорость будет увеличиваться до тех пор, пока увеличивающийся вместе с ней демпфирующий момент не достигнет величины управляющего момента. Далее угловая скорость вращения остается постоянной. Чувствительность тем выше, чем больше эффективность управления и меньше демпфирующие свойства вертолета. Низкая чувствительность управления делает вертолет малоповоротливым, а при высокой чувствительности вертолет становится «строгим в пилотировании».

Запаздывание в управлении измеряется временем от начала отклонения ручки управления до начала вращения вертолета.

Физически запаздывание в управлении объясняется принципом создания управляющих моментов по крену и тангажу – изменением направления большой результирующей силы тяги несущего винта на небольшом плече. Время запаздывания управления примерно равно времени одного оборота несущего винта и составляет 0,3-0,4с.

Балансировка вертолета – это процесс управления вертолетом, в ходе которого летчик при помощи органов управления добивается полного равновесия, т.е. все силы и моменты, действующие на вертолет, взаимно уравновешены. Значения углов, характеризующих пространственное положение вертолета, а также положение рычагов управления, соответствующее равновесию вертолета называются балансировочными.

Известно, что полное равновесие сил и моментов, действующих на вертолет, без вмешательства летчика долго сохраняться не будет. Необходимость вмешательства летчика в управление зависит от характеристик устойчивости вертолета.

Балансировочные отклонения рычагов управления и вертолета изменяются при изменении скорости, высоты полета, полетной массы вертолета, варианта подвесок и т.д., поскольку от этих факторов зависят величины аэродинамических сил и моментов, входящих в уравнения равновесия.

Рис. 3.2. Принятые обозначения и правила знаков

Зависимости балансировочных положений рычагов (органов) управления от скорости полета называются балансировочными кривыми.

Они полностью характеризуют условия равновесия вертолета по отклонениям рычагов продольного, поперечного и путевого управления, общего шага и самого вертолета в пространстве. Балансировочные кривые позволяют определить запасы управления, углы тангажа, крена и скольжения вертолета на различных режимах полета, а также некоторые характеристики устойчивости и управляемости. Балансировочные кривые получают расчетным путем, но затем обязательно корректируют их по результатам летных испытаний.

Для понимания этих зависимостей необходимо знать системы координат и правила знаков, принятые для их построения. Эти правила показаны на рисунке 3.2.