Особенности конструктивного выполнения систем управления сверхзвуковых самолётов (тема № 4.1)

1.

РАЗДЕЛ 1
ВОЗДУШНЫЕ СУДА
Тема № 4 «Системы управления летательными аппаратами»
Занятие № 1
«Особенности конструктивного выполнения систем управления
сверхзвуковых самолётов»

2. Содержание

1.
2.
3.
Общие сведения об управлении самолетом и основные
определения.
Особенности конструктивного выполнения систем управления
сверхзвуковых самолетов.
Краткая характеристика системы управления самолета МиГ-29.

3.

1. Общие сведения об управлении самолетом и основные определения.
Процесс изменения во времени действующих на самолет сил и
моментов для получения необходимой траектории полета называется
управлением, а совокупность технических устройств, обеспечивающих
этот процесс - системой управления.

4.

1. Общие сведения об управлении самолетом и основные определения.
При автоматическом управлении. летчик в управлении не участвует.
Все функции процесса управления выполняют автоматы, летчик
контролирует работу автоматов и находится в готовности перейти на
другие системы управления.
При полуавтоматическом (директорном) управлении командные
управляющие сигналы также вырабатываются вычислителем системы
управления, но выдаются не на исполнительные устройства, а на
специальный прибор, показывающий рассогласование между истинными и
заданными параметрами полета, функция летчика в данном случае
сводится к устранению этого рассогласования путем отклонения
соответствующих командных рычагов.
При ручном управлении все функция процесса управления выполняет
летчик. САУ работает в режиме демпфирования и стабилизации заданных
характеристик устойчивости и управляемости самолета.

5.

В прямой системе ручного управления, для отклонения рулевых
поверхностей
затрачивается
только
энергия
летчика.
Система
конструктивно очень проста и представляет собой командные рычаги,
связанные с органами управления системой тяг и качалок. Система
обладает высокой надежностью и боевой живучестью.
В непрямой системе ручного управления для отклонения органов
управления требуется подвод энергии извне. Такая система имеет ряд
устройств и агрегатов, облегчающих летчику пилотирование самолетом.
Применение дополнительных устройств объясняется рядом особенностей
управления самолетом на сверхзвуковой скорости полета, что естественно
усложняет систему управления сверх звуковых самолетов.

6.

1. Общие сведения об управлении самолетом и основные определения.
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ САМОЛЁТОМ МИГ-29
Обеспечивает управление
положением самолёта в
пространстве и при
движении по земле
Повышает эффективность
боевого применения и
безопасность полёта

7.

1. Общие сведения об управлении самолетом и основные определения.
Воздушная
(истинная)
скорость
–
скорость
движения
самолета
относительно воздуха с фактической плотностью н .
V
2mg
C У a н S
Земная скорость V к - скорость ЦМ самолета относительно нормальной
земной системы координат. При отсутствии ветра (W=0) вектор земной
скорости V к совпадает с вектором воздушной скорости V , т.е. V к = V .
Путевая скорость V п - это проекция земной скорости на горизонтальную
плоскость ОХgZg.

8.

1. Общие сведения об управлении самолетом и основные определения.
Индикаторная
скорость
–
фиктивная
скорость,
определенная
по
скоростному напору при стандартной плотности у земли.
o Vi2
Vi
q
2
2q
o .
Приборная скорость – это индикаторная скорость (т.е. скоростной
напор), замеренная прибором с погрешностями.
Vп р Vi Vинстр Va Vсж ,
Vистр - инструментальная поправка;
Va
- аэродинамическая поправка;
Vсж - поправка на сжимаемость.

9.

1. Общие сведения об управлении самолетом и основные определения.
Центр давления - точка приложения полной аэродинамической
силы (подъемной силы)
Y
Мz
цд цм
F
хд х т
хт
хд

10. Аэродинамический фокус - точка приложения прироста подъемной силы при изменении угла атаки (определение Чебышева)

1. Общие сведения об управлении самолетом и основные определения.
Аэродинамический фокус - точка приложения прироста
подъемной силы при изменении угла атаки (определение
Чебышева)
М z
Y
цм
F
хт
хF

11. Шарнирный момент (Мш) - момент управляющей силы относительно оси вращения руля. Мш=Yв.hв

1. Общие сведения об управлении самолетом и основные определения.
Шарнирный момент (Мш) - момент управляющей
силы относительно оси вращения руля. Мш=Yв.hв
Мш
Р в
в
hв
Yв

12. Углы положения самолета в пространстве

1. Общие сведения об управлении самолетом и основные определения.
Углы положения самолета в пространстве
пос
исх
од
рав
п
а
н
.
л.
проекц.пос
верт.
плоск.
плоск.
сим.
• угол тангажа (ϑ ) - угол между
продольной осью самолета
(ПОС) ОХ и горизонтальной
плоскостью ОXgZg
• - угол рыскания (ѱ ) - угол
между исходным направлением
и проекцией ПОС ОХ на
горизонтальную плоскость;
• - угол крена ( ) - угол между
плоскостью симметрии ОХY и
вертикальной плоскостью,
проходящую через ПОС ОХ.

13. Устойчивость самолета

Устойчивость – способность самолета самостоятельно, без вмешательства летчика
возвращаться к исходному равновесию при случайном отклонении от него.
• Статическая устойчивость — свойство самолета при отклонении от равновесного
режима создавать силы и моменты для возвращения к нему.
• Динамическая устойчивость — свойство самолета гасить колебания при
возвращении к исходному режиму.

14. Продольная статическая устойчивость по скорости

1. Общие сведения об управлении самолетом и основные определения.
Продольная статическая устойчивость по скорости
Продольная статическая устойчивость по скорости — - способность
самолета самостоятельно без вмешательства летчика возвращаться к
равновесной скорости при случайном ее изменении
Yа Yv
mg sin
Yа
V Yv
P
Xа
mg
P
mgcos
Xа
V
mg

15. Схема возврата самолета к равновестному углу атаки (перегрузке

1. Общие сведения об управлении самолетом и основные определения.
Схема возврата самолета к равновестному углу атаки (перегрузке
Y
М z
х F хт
V
W
W
V
Устойчивость по
(nу) —
способность
самолета
самостоятельно
без вмешательства
летчика
возвращаться к
равновесному углу
атаки (n у) при
случайном
отклонении от
него.

16. 2. Особенности конструктивного выполнения систем управления сверхзвуковых самолетов.

При переходе от дозвуковых и сверхзвуковым скоростям
полета происходит изменение характера обтекания несущих и
рулевых поверхностей самолета, что приводит к изменению
аэродинамических характеристик самолета, а следовательно
характеристик устойчивости и управляемости самолета.
Главным образом это связано с изменением положения
аэродинамического фокуса

17. как влияет изменение числа М на положение аэродинамического фокуса.

Эпюра давления на профиле крыла при дозвуковой скорости обтекания.
< Мкр
2 1
Р
1
F

18. Эпюра давления на профиле крыла при сверхзвуковой скорости обтекания.

При увеличении числа М полета на околозвуковых и больших сверхзвуковых скоростях появляется сжимаемость воздуха, образование скачков
уплотнения, изменение их формы перемещение по поверхности самолета и
следовательно изменение аэродинамических нагрузок.
> Мкр
2 1
1
Р
F

19.

2. Особенности конструктивного выполнения систем управления
сверхзвуковых самолетов.
При увеличении числа М полета на околозвуковых и больших
сверхзвуковых скоростях появляется сжимаемость воздуха,
образование скачков уплотнения, изменение их формы
перемещение по поверхности самолета и следовательно
изменение аэродинамических нагрузок.

20.

2. Особенности конструктивного выполнения систем управления сверхзвуковых
самолетов.
На самолете со стреловидным
крылом в отличии от
прямоугольных крыльев
усиливается концевой срыв
потока, что вызывает более
резкое, чем при М<Мкр
изменение моментов,
действующих на самолет на
больших углах атаки (волновой
кризис развивается вначале на
концах крыла, постепенно
охватывая весь размах).
При этом аэродинамический
фокус смещается назад меньше
и более плавно, чем у прямого,
и обеспечить устойчивость по V
на этих самолетах на ОЗС
проще (Рис.).
хF
0
0.5
0
0.33
0.25
Мкр
0
Мкр
0
М

21. 2. Особенности конструктивного выполнения систем управления сверхзвуковых самолетов.

1. необходимость включения в проводку управления сверхзвуковых
самолетов сервоприводов гидроусилителей или бустеров;
2. необходимость включения в проводку управления сверхзвуковых
самолетов загрузочных механизмов (АРЗ);
3. необходимость включения в проводку управления сверхзвуковых
самолетов механизмов триммерного эффекта (МТЭ);

22. Влияние числа М на эффективность продольного управления.

Эпюра перераспределения давления при М<1.
Yв
в

23.

Эпюра перераспределения давления
давления при
при М
М >1.
>1.
Зона сверхзвуковых скоростей (ЗСС).
Скачек уплотнения
Yв
в

24.

Таким образом на сверхзвуковых
скоростях резко снижается
эффективность органов управления
(элеронов, рулей направления (РН), руля
высоты (РВ))

25. Сравнительная характеристика эффективности управляемого стабилизатора и РВ на сверхзвуковых скоростях

2. Особенности конструктивного выполнения систем управления
сверхзвуковых самолетов.
Сравнительная характеристика эффективности управляемого
стабилизатора и РВ на сверхзвуковых скоростях
m z
m z в
упр.стабилизатор
РВ
М кр
ГО
М

26.

2. Особенности конструктивного выполнения систем управления
сверхзвуковых самолетов.
Поэтому в системе продольного управления на сверхзвуковых
самолетах вместо РВ устанавливают цельно поворотный стабилизатор,
а в системах поперечного и путевого управления увеличивают площади
элеронов и руля направления. Имеются самолеты с полностью
управляемым вертикальным оперением (X-I5). Это является
4. четвертой особенностью конструктивного выполнения
систем управления сверхзвуковых самолетов.

27.

2. Особенности конструктивного выполнения систем управления
сверхзвуковых самолетов.
При разгоне самолета на М < 1 - эффективность рулей возрастает, они
становятся очень "чувствительными" к малым перемещением рычагов
управления. Управлять самолетом летчику становится затруднительно, а
иногда практически и невозможно. И в некоторых случаях, например, на
больших дозвуковых скоростях, эффективность рулей становится
чрезмерно большой. Это может явиться причиной непреднамеренной
продольной раскачки самолета летчиком (на этих скоростях самолет
имеет очень малый запас продольной статической устойчивости
((Хт - XF ) обычно равен 2-6%).
В целях изменения передаточного отношения от рычагов управления к
рулевым поверхностям в проводку управления сверхзвуковых
самолетов включают специальные нелинейные механизмы или
автоматы регулирования передаточного отношения (АРП). Это является
5. пятой особенностью конструктивного выполнения систем
управления сверхзвуковых самолетов.

28. Эпюры распределения давлений на поверхности элеронов при дозвуковом и сверхзвуковом режимах обтекания.

29. Зависимость коэффициента эффективности элеронов от числа М.

2. Особенности конструктивного выполнения систем управления
сверхзвуковых самолетов.
Зависимость коэффициента эффективности элеронов от числа М.
m x э
M
M кр

30. 2. Особенности конструктивного выполнения систем управления сверхзвуковых самолетов.

Вывод: при полете на больших приборных скоростях у земли поперечное
управление самолетом становится чрезмерно тяжелым. Поэтому для
улучшения боковой управляемости применяется дифференциальноотклоняемый стабилизатор. Это является
6. шестой особенностью конструктивного выполнения систем
управления сверхзвуковых самолетов.

31. 2. Особенности конструктивного выполнения систем управления сверхзвуковых самолетов.

В настоящее время для этих целей на самолетах применяются автоматы
демпфирования (демпферы) и автоматы устойчивости. Исполнительными
устройствами, обеспечивающими заданные характеристики устойчивости,
управляемости и демпфирования колебаний являются рулевые агрегаты
(РАУ). Это является
7. седьмой особенностью конструктивного выполнения систем
управления сверхзвуковых самолетов.
z
М z дт
ГД
z
Yдт
f ( z )
РАУ
перемещение
тяги
к z z

32. Схема действующих моментов на ВС при работе демпфера

М z дт
Мz
Yдт
Y
Y z
цт
F
z
Мz
z

33.

3. Краткая характеристика системы управления самолета Миг-29
Система управления включает:
•систему неавтоматического (ручного) управления (СНУ),
•систему автоматического управления (САУ);
•систему управления движением самолета по земле;
•систему контроля и обеспечения безопасности полета (СОБ),
•навигационный комплекс (НК);
•систему индикации (СИ).

34.

3. Краткая характеристика системы управления самолета Миг-29

35. Центральный узел управления

36.

Принцип работы системы управления самолётом
РУС
РП-280
(2 шт.)
Центральный
узел
управления
педали
РП-270
(2 шт.)
ЭЛЕРОНЫ
РП-260
(2шт.)
СТАБИЛИЗАТОР
РУЛИ НАПРАВЛЕНИЯ

37.

3. Краткая характеристика системы управления самолета Миг-29