Система управления рулем высоты самолета авиации общего назначения
Полезная модель относится к системам управления летательных аппаратов и может быть использована для улучшения характеристик продольной устойчивости и управляемости и повышения безопасности полета самолетов авиации общего назначения.
Предлагаемая система управления рулем высоты самолета авиации общего назначения включает в себя два одновременно работающих канала управления - механический и дистанционный. При этом в механическом канале управления установлен вспомогательный электромеханический сервопривод, управляемый по сигналам датчика усилий на рычаге управления и перемещающий механическую проводку, а дистанционный канал выполняет функции ограничения предельных режимов и улучшения устойчивости и управляемости с помощью электромеханического сервопривода на основе сигналов датчика усилий и датчиков параметров движения самолета. Кроме того, на рычаге управления установлен датчик его перемещений, используемый при отказе датчика усилий.
Использование предлагаемой автоматизированной системы управления рулем высоты самолета авиации общего назначения позволяет обеспечить комфортные характеристики продольной устойчивости и управляемости на всех режимах полета и защитить самолет от попадания на режимы сваливания и от превышения максимально допустимых эксплуатационных значений нормальной перегрузки и скорости полета, что в целом повысит безопасность полета самолетов авиации общего назначения.
Полезная модель относится к системам управления летательных аппаратов и может быть использована для улучшения характеристик продольной устойчивости и управляемости и повышения безопасности полета самолетов авиации общего назначения.
Известна система управления аэродинамической рулевой поверхностью, содержащая механическую проводку и управляемый автоматикой электромеханический сервопривод, связанные с суммирующей качалкой, выход которой соединен со входом гидромеханического бустера (см.: Гуськов Ю.П., Загайнов Г.И. Управление полетом самолетов. 2-е изд. - М.: Машиностроение, 1991. - Стр.29-30).
Недостатком указанной системы является то, что для функционирования гидромеханического бустера самолет должен быть оборудован гидросистемой. На самолетах авиации общего назначения, не оборудованных гидросистемами, гидромеханический рулевой привод не может быть использован.
За прототип принята система управления рулем высоты самолета Л-410УВП, включающая рычаг управления, руль высоты, установленный на горизонтальном оперении, механическую проводку, соединяющую рычаг управления с рулем высоты, аэродинамический триммер, установленный на руле высоты, привод аэродинамического триммера, штурвальчик для ручного управления аэродинамическим триммером и тросовую проводку, соединяющую штурвальчик с приводом аэродинамического триммера (см.: Ковалев А.И. Самолет Л-410УВП. Конструкция и летная эксплуатация. - М.: Транспорт, 1988. - Стр.13-20).
Недостатком системы, принятой за прототип, является то, что в ней отсутствуют средства автоматики, позволяющие повысить безопасность полета.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является обеспечение комфортных характеристик устойчивости и управляемости и существенное повышение безопасности полета самолета авиации общего назначения за счет гарантированного непревышения заданных значений угла атаки, нормальной перегрузки и угла крена, а также за счет ограждения летчика от непреднамеренного превышения максимально допустимой скорости.
Поставленный технический результат достигается тем, что в системе управления рулем высоты самолета авиации общего назначения, включающей рычаг управления, руль высоты, установленный на горизонтальном оперении, механическую проводку, соединяющую рычаг управления с рулем высоты, аэродинамический триммер, установленный на руле высоты, привод аэродинамического триммера, штурвальчик для ручного управления аэродинамическим триммером и тросовую проводку, соединяющую штурвальчик с приводом аэродинамического триммера, дополнительно установлены датчик усилий на рычаге управления, являющийся датчиком командных сигналов летчика, вычислитель системы управления, два электромеханических сервопривода, входы которых связаны с вычислителем системы управления, причем один из них - электромеханический сервопривод механического канала управления присоединен к механической проводке через муфту «пересиливания», а второй - электромеханический сервопривод дистанционного канала управления присоединен непосредственно к суммирующей качалке, также введены блок датчиков параметров движения самолета, а входы вычислителя системы управления связаны с выходами датчика усилий и блока датчиков параметров движения самолета, суммирующая качалка, одним входом которой является механическая проводка, другим входом - электромеханический сервопривод дистанционного канала управления, причем выход качалки соединен с рулем высоты, механизм триммерного эффекта, закрепленный на конструкции фюзеляжа, загрузочная пружина, один конец которой через муфту отсоединения загрузочной пружины от рычага управления соединен с рычагом управления, а другой прикреплен к механизму триммерного эффекта, трехпозиционный переключатель постоянного электрического тока, связанный с механизмом триммерного эффекта, муфта отсоединения механической проводки от рычага управления и датчик перемещений рычага управления, связанный с входом вычислителя системы управления.
На фиг.1 показана схема предлагаемой системы управления рулем высоты. На схеме обозначено:
1 - рычаг управления;
2 - датчик усилий;
3 - трехпозиционный переключатель постоянного электрического тока;
4 - муфта отсоединения загрузочной пружины от рычага управления;
5 - загрузочная пружина;
6 - механизм триммерного эффекта;
7 - датчик перемещений рычага управления;
8 - муфта отсоединения механической проводки от рычага управления;
9 - блок датчиков параметров движения самолета;
10 - вычислитель системы управления;
11 - электромеханический сервопривод дистанционного канала управления;
12 - механическая проводка;
13 - муфта «пересиливания»;
14 - электромеханический сервопривод механического канала управления;
15 - суммирующая качалка;
16 - штурвальчик для ручного управления аэродинамическим триммером;
17 - тросовая проводка, соединяющая штурвальчик с аэродинамическим триммером;
18 - руль высоты;
19 - аэродинамический триммер руля высоты;
20 - привод аэродинамического триммера руля высоты.
Предлагаемая система управления рулем высоты содержит два канала - механический и дистанционный. В состав механического канала входит механическая проводка 12, связанная с рычагом управления 1 через муфту отсоединения 8 (одним концом) и с суммирующей качалкой 15 (другим концом), а также с электромеханическим сервоприводом 14 через муфту «пересиливания» 13. В состав дистанционного канала входит электромеханический сервопривод 11, соединенный с суммирующей качалкой 15. Входы обоих сервоприводов подключены к выходам вычислителя системы управления 10, входы которого связаны с блоком датчиков параметров движения самолета 9, датчиками усилий 2 и перемещений рычага управления 7, а также с трехпозиционным переключателем постоянного электрического тока 3. Рычаг управления 1 соединен с механизмом триммерного эффекта 6 через муфту отсоединения загрузочной пружины от рычага управления 4 и загрузочную пружину 5. Выход суммирующей качалки 15 связан с рулем высоты 18, на котором установлен аэродинамический триммер 19 с приводом 20. Управление приводом 20 осуществляется от штурвальчика 16, соединенного с ним тросовой проводкой 17. Трехпозиционный переключатель постоянного электрического тока 3 установлен на рычаге управления 1 и соединен с механизмом триммерного эффекта 6 и вычислителем системы управления 10. Датчик перемещений рычага управления 7 используется при отказе датчика усилий 2.
В зависимости от состояния элементов системы управления реализуются следующие режимы ее работы:
1. Штатное (безотказное) состояние. Работают одновременно оба канала управления - как механический, так и дистанционный. Приложение усилия к рычагу управления 1 приводит к появлению в датчике усилий 2 сигнала усилия Рв, который поступает в вычислитель системы управления 10. Одновременно с сигналом Рв в вычислитель 10 поступают сигналы параметров движения самолета - скорости V, угла атаки 
, угловой скорости тангажа 
z, нормальной перегрузки ny и др. В результате формируются выходные сигналы 
в д и в м на перемещения электромеханических сервоприводов 11 и 14. При этом сигнал в м, поступающий на привод 14, формируется как функция усилия Рв и приборной скорости V и обеспечивает заданные статические характеристики управляемости 
. Привод 14, связанный через муфту «пересиливания» 13 с механической проводкой 12, перемещает механическую проводку 12 и одновременно с ней - рычаг управления 1. Усилие на рычаге управления, создаваемое пружиной 5, триммируется с помощью трехпозиционного переключателя 3. Сигнал в д формируется с учетом параметров движения самолета - V, z, , ny и др. и обеспечивает высокое качество переходных процессов и ограничение угла атаки и нормальной перегрузки. Перемещения приводов 11 и 14 от сигналов в д и в м поступают на суммирующую качалку 15, что приводит к отклонению руля высоты 18.
2. Отказ датчика усилий 2. Рычаг управления 1 отсоединяют от механической проводки 12 посредством муфты отсоединения 8. Командные сигналы летчика формируются датчиком перемещения рычага управления 7. Осуществляют реконфигурацию алгоритмов управления сервоприводами 11 и 14. Спектр функций, выполняемых механическим и дистанционными каналами управления, такой же, как и при работе датчика усилий 2.
3. Отказ механического канала управления (заклинение проводки 12, отказ сервопривода 14). Рычаг управления 1 отсоединяют от механической проводки 12 посредством муфты отсоединения 8. Осуществляют реконфигурацию алгоритмов дистанционного канала управления. Реализуется полный спектр функций управления.
4. Отказ сервопривода 11 дистанционного канала управления. Отсоединяют рычаг управления 1 от механической проводки 12. Осуществляют реконфигурацию алгоритмов управления сервоприводом 14. Реализуется полный спектр функций продольного управления.
5. Отказ электромеханических сервоприводов 11 и 14. Привод 14 отключают «пересиливанием» с помощью муфты 13. Пружинную загрузку отключают с помощью муфты отсоединения 4. Управление осуществляют с помощью механической проводки 12 с загрузкой рычага управления 1 аэродинамическим шарнирным моментом руля высоты 18. Реализуется режим аварийного управления.
Технический результат заключается в том, что использование предлагаемой системы управления рулем высоты самолета авиации общего назначения позволяет обеспечить, за счет автоматизации управления, качественно новые, комфортные характеристики продольной устойчивости и управляемости на всех режимах полета и надежно алгоритмически защитить самолет от попадания на режимы сваливания и от превышения максимально допустимых эксплуатационных значений нормальной перегрузки и скорости полета, что в целом повысит безопасность полета самолетов авиации общего назначения.
Система управления рулем высоты самолета авиации общего назначения, включающая рычаг управления, руль высоты, установленный на горизонтальном оперении, механическую проводку, соединяющую рычаг управления с рулем высоты, аэродинамический триммер, установленный на руле высоты, привод аэродинамического триммера, штурвальчик для ручного управления аэродинамическим триммером и тросовую проводку, соединяющую штурвальчик с приводом аэродинамического триммера, отличающаяся тем, что в ней дополнительно установлены датчик усилий на рычаге управления, являющийся датчиком командных сигналов летчика, вычислитель системы управления, два электромеханических сервопривода, входы которых связаны с вычислителем системы управления, причем один из них - электромеханический сервопривод механического канала управления присоединен к механической проводке через муфту «пересиливания», а второй - электромеханический сервопривод дистанционного канала управления присоединен непосредственно к суммирующей качалке, также введены блок датчиков параметров движения самолета, а входы вычислителя системы управления связаны с выходами датчика усилий и блока датчиков параметров движения самолета, суммирующая качалка, одним входом которой является механическая проводка, другим входом - электромеханический сервопривод дистанционного канала управления, причем выход качалки соединен с рулем высоты, механизм триммерного эффекта, закрепленный на конструкции фюзеляжа, загрузочная пружина, один конец которой через муфту отсоединения загрузочной пружины от рычага управления соединен с рычагом управления, а другой прикреплен к механизму триммерного эффекта, трехпозиционный переключатель постоянного электрического тока, связанный с механизмом триммерного эффекта, муфта отсоединения механической проводки от рычага управления и датчик перемещении рычага управления, связанный с входом вычислителя системы управления.
