Осевая компенсация, сервокомпенсаторы, триммеры.

Рулевые поверхности имеют обычно аэродинамическую компенсацию, предназначенную для уменьшения шарнирного момента на руле.

От значения шарнирного момента зависят усилия на рычаге управления рулем. Шарнирный момент равен произведению аэродинамической силы Р_Р, действующей на руль, на расстояние b между направлением действия силы и осью вращения руля: М_Ш = Р_Рb (рис. 3.3.).

Рис. 3.3. Аэродинамическая компенсация: а — осевая;

б — роговая; в — внутренняя

Шарнирный момент уравновешивается моментом, создаваемым силой SB тяге управления: M_Ш=P_рb=Sh, где h - расстояние от оси вращения руля до оси тяги. Из приведенного равенства следует, что для уменьшения усилия в тяге управления необходимо уменьшать шарнирный момент.

Аэродинамическая компенсация выполняется в виде осевой компенсации и сервокомпенсатора.

Осевая аэродинамическая компенсация достигается смещением оси вращения руля назад от его передней кромки. При этом уменьшается плечо аэродинамической силы руля, а следовательно, и шарнирный момент. Участок руля, расположенный перед осью вращения, называется аэродинамическим компенсатором.

Осевая аэродинамическая компенсация выражается отношением площади аэродинамического компенсатора ко всей площади руля. Ее значение не превышает 0,25 - 0,28 (дальнейшее увеличение ведет к ухудшению аэродинамики руля вследствие выступания носка за профиль несущей поверхности и может привести к пере компенсации руля). Носок пере- компенсированного руля при значительных углах отклонения испытывает давление воздушного потока, и на нем создается момент, направленный в сторону отклонения руля. При этом шарнирный момент может уменьшиться до нуля и даже стать отрицательным, когда знак усилия на рычаге управления меняется на обратный, что недопустимо при управлении самолетом.

Разновидностями осевой аэродинамической компенсации являются роговая и внутренняя компенсации. Роговая компенсация применяется на легких не скоростных самолетах. В этом случае аэродинамический компенсатор находится не по всей длине руля, а вынесен к его концу. При отклонении руля воздушная нагрузка, действуя на роговой выступ, создает момент, направленный против действия шарнирного момента на руле.

При внутренней компенсации носовая часть рулевой поверхности выполняется в виде пластины, соединенной с несущей поверхностью самолета воздухонепроницаемой эластичной перегородкой, например из прорезиненной ткани. Перегородка, не мешая отклонению рулевой поверхности, препятствует перетеканию воздуха из области повышенного в область пониженного давления. Этим достигается повышение эффективности компенсатора.

Внутренний компенсатор не выходит в поток и не увеличивает сопротивления, однако он не позволяет отклонять рулевую поверхность на большие углы, поэтому обычно применяется на элеронах крыльев значительной толщины.

Сервокомпенсатор применяется в дополнение к осевой компенсации, когда ее эффективность недостаточна. Он предс­тавляет собой небольшую поверхность, шарнирно закрепленную в задней части руля (элерона) и автоматически отклоняющуюся при отклонении руля, но в противоположную сторону (рис. 3.4.).

Отклонение сервокомпенсатора обеспечивается тягой, один конец которой шарнирно крепится к крылу (стабилизатору, килю), другой - к сервокомпенсатору. При отклонении руля тяга отклоняет компенсатор и аэродинамическая нагрузка Р_к, действующая на сервокомпенсатор, создает момент М_к = Р_кL, направленный в сторону, противоположную действию шарнир­ного момента руля, и, следовательно, уменьшает его.

Поскольку нагрузка Р_к направлена в сторону, противополож­ную аэродинамической силе Р_р, действующей на руль, эффек­тивность руля снижается и для балансировки самолета руль приходится отклонять на больший угол, что вызывает дополни­тельное лобовое сопротивление самолета.

Пружинный сервокомпенсатор в отличие от обычного откло­няется в зависимости не от углов отклонения руля, а от усилий, которые действуют в тяге управления рулем, и, следовательно, от шарнирного момента. При небольших усилиях в тяге руль отклоняется, а компенсатор остается неподвижным относитель­но руля. Если же усилие в тяге превысит заданное значение, одновременно с отклонением руля будет отклоняться в проти­воположную сторону сервокомпенсатор, причем углы его откло­нения будут пропорциональны шарнирному моменту.

Рис. 3.4. Схема работы сервокомпенсатора:

1,4 –тяги; 2 –сервокомпенсатор; 3 –руль

Рис. 3.5. Схема работы пружинного сервокомпенсатора:
1 – пружина; 2 –сервокомпенсатор;

3, 5 –тяги; 4 — качалка.

Пружин­ный сервокомпенсатор применяется обычно на руле направле­ния двух и много двигательных самолетов, когда при отказе двигателя возникают большие разворачивающие моменты и для балансировки самолета требуются большие усилия на рычагах управления рулем.

Рис. 3.6. Схема работы серво руля:

1 — тяга управления серво рулем; 2 — качалка;

3 — руль; 4 — серво руль

Принцип устройства и работы механизма пружинного сервокомпенсатора состоит в следующем (рис. 3.5.). Тяга управления рулем крепится не к рычагу на руле, как обычно, а к качалке, имеющей возможность поворачиваться относительно своей оси. Качалка тягой соединяется с сервокомпенсатором. Качалка от вращения удерживается пружинами, имеющими предварительную затяжку. Если усилие в тяге 5 не превышает усилия затяжки пружины, оно передается через качалку и пружину на руль и отклоняет его, качалка не проворачивается и компенсатор остается неподвижным относительно руля. Если же усилие в тяге большое, оно, передаваясь на руль, вызовет сжатие пружины и поворот качалки. В этом случае одновременно с отклонением руля в противоположную сторону отклоняется и сервокомпенсатор.

Серво руль предназначен для уменьшения усилий на рычагах управления самолетом. Конструктивно серво руль подобен сервокомпенсатору, но в отличие от него имеет самостоятельную систему управления из кабины пилотов.

На отклоненный серво руль действует аэродинамическая сила Р_С (рис. 3.6.), создающая относительно оси вращения руля момент, равный произведению силы Р_С на ее плечо: М_С = Р_СL_С. Под действием силы Р_С руль отклоняется в сторону, противоположную направлению отклонения серво руля, до тех пор, пока не наступит равенство: Р_СL_С = Р_РL, где Р_P- аэродинамическая сила на руле;

L - плечо этой силы. Поскольку плечо L_с значительно больше L усилие в тяге управления соответственно меньше, чем если бы тяга подводилась непосредственно к рулю.

Триммер служит для снятия (или уменьшения) усилий с рычага управления рулевой поверхностью, отклоненной в балансировочное положение. Воздушная нагрузка создает на отклоненном триммере момент Р_Тb (рис. 3.7.), равный шарнирному моменту на руле: М_Ш = Р_Рa = Р_Тb.

Конструктивно триммер подобен сервокомпенсатору и серво рулю, но отличается от них системой управления. Триммер, как и серво руль, имеет самостоятельную систему управления из кабины пилотов, но эта система самотормозящая. Поэтому при снятии усилий с рычага управления триммер под действием аэродинамических сил: не возвращается в нейтральное положение.

Рис. 3.7. Схема работы тримме­ра:

1 –тяга управления рулем;

2 –механизм управления триммером;

3 –тяга управления триммером;

4 –триммер; 5 — руль

В принципе, при отказе системы управления рулем триммер может быть использован для отклонения руля, но в замедленном темпе и на небольшие углы.

Триммер-сервокомпенсатор объединяет функции триммера и сервокомпенсатора в одной конструкции. Он отклоняется автоматически как сервокомпенсатор и может отклоняться дополнительно от системы управления из кабины пилотов. Управление из кабины осуществляется обычно посредством электромеханизма, установленного на неподвижной части самолета.

Рис. 3.8. Схема управления триммером-сервокомпенсатором:

1 –механизм управления триммером;

2 –тяги; 3, 6 ­­–качалки; 4 — руль;

5 –триммер-сервокомпенсатор

Схема такого управления изображена на (рис. 3.8.). При перемещении штока электромеханизма через качалки и тяги движение передается на триммер-сервокомпенсатор. Ось вращения качалки 3 совпадает с осью вращения руля. При несовпадении осей нарушается независимость в работе механизма в качестве триммера или сервокомпенсатора.

ТЕМА №4