Особенности конструкции систем управления самолетом

Отклоняя штурвальную колонку на себя или от себя, пилот осуществляет продольное управление, т.е. изменяет угол тангажа (атаки), 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.
При длительном полете с отклоненными рулями для снятия усилий с командных рычагов применяются триммеры, которые представляют собой дополнительную рулевую поверхность, устанавливаемую на задней части основного руля (элерона). По командам пилота триммеры отклоняются на необходимые для снятия усилий углы. Это обеспечивается специальной механической проводкой из кабины экипажа к триммерам или при помощи управляемых из кабины экипажа электромеханизмов (рис. 7.2). 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. Широкое распространение получила осевая компенсация – смещение оси вращения руля от его передней кромки (рис. 7.3). Центр давления аэродинамической силы руля лежит приблизительно на 1/4 его хорды. Если ось вращения руля приблизить к центру давления, то уменьшится плечо аэродинамической силы. Уменьшение плеча приводит к уменьшению шарнирного момента руля, а следовательно, уменьшает нагрузку на рычаг управления рулем.

Рис. 7.3. Схема осевой компенсации элерона

Совмещение оси вращения с центром давления приведет к исчезновению усилий, а смещение оси вращения за центр давления приведет к изменению направления усилий на рычаге управления на противоположные. Это называется «перекомпенсацией».

Иногда на части руля или элерона создают перекомпенсацию, что приводит к появлению противоположного аэродинамического момента на этой части рулевой поверхности и значительному уменьшению усилий на рычаге управления (рис. 7.4). Такая разновидность осевой компенсации получила название роговой и применяется на нескоростных самолетах из-за того, что этот «рог», выходя в набегающий поток, нарушает обтекание аэродинамической поверхности.

Рис. 7.4. Схема роговой компенсации элерона

Наряду с осевой компенсацией, применяются сервокомпенсаторы (или флетнеры). Принцип их действия подобен действию триммера (рис. 7.5). 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 за счет жесткой тяги отклоняется всегда в сторону, обратную отклонению основного руля.
Иногда используются триммеры-флетнеры – это флетнеры (сервокомпенсаторы), длина жесткой тяги которых может изменяться с помощью электрического привода, и поэтому они могут работать и как триммер, и как сервокомпенсатор. На тяжелых самолётах используется переставной стабилизатор, отклоняемый пилотом или автоматически. Применение стабилизатора для балансировки самолёта позволяет на всех режимах полёта использовать весь диапазон возможных углов отклонения руля высоты для манёвра и парирования возмущений.

Рычаги управления самолетом

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

Ручное управление применяют для управления рулём высоты и элеронами (рис. 7.6). Командными рычагами являются штурвальная колонка и штурвал.

Рис. 7.6. Схема ручного управления элеронами и рулями высоты:
1 – штурвальная колонка; 2 – штурвал; 3 – ось вращения штурвала; 4 – механическая проводка от штурвальной колонки до рулей высоты; 5 – руль высоты; 6 – рычаг управления рулем высоты; 7 – элероны; 8, 11 – проводка управления элеронами; 9, 12 – качалка управления элеронами; 10 – подшипники

Вращение штурвала влево (против часовой стрелки) приведет к образованию левого крена. Соответственно поворот штурвала вправо (по часовой стрелке) вызовет появление правого крена. Перемещение штурвальной колонки «от себя» вызовет пикирование самолета. И, наоборот, при перемещении штурвальной колонки «на себя» самолет будет кабрировать.
Ножное управление предназначено для управления рулем направления. Перемещение правой ноги вперед приведет к правому развороту.
Таким образом, конструкция управления предусматривает, чтобы изменение положения самолета в пространстве соответствовало естественным рефлексам человека. Максимальные усилия на рычагах управления, потребные для пилотирования, не должны превышать по абсолютной величине:
35 кгс – в продольном управлении;

20 кгс – в поперечном управлении;

70 кгс – в путевом управлении.

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. Преимуществом гибкой проводки является ее малая масса и удобство компоновки проводки. Тросовую проводку можно разместить с помощью роликов и направляющих в удобных и безопасных местах, например под полом кабины, по борту фюзеляжа, в носовой части крыла. Недостатками гибкой проводки является большое трение и износ в местах перегиба троса, а также необходимость размещения двух тросов для передачи противоположно направленных движений (т.е. гибкую проводку приходится делать двухпроводной). 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.
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.
На практике иногда используют смешанную проводку управления в виде сочетания жесткой и гибкой проводок.