Исполнительный механизм системы автоматического управления самолётом

Исполнительный механизм системы автоматического з правления
Область техники.
Полезная модель относится к области авиации, более конкретно, к системе управления самолетом и может быть использована в конструкции системы автоматического угфавления для перемещения поверхностей управления самолета или крьшатой ракеты при помошд электрических управляющих сигналов.
Уровень техники.
Известно, что исполнительный механизм системы автоматического управления (САУ) обычно включает в себя:
-рулевую машину автопилота;
-гидроусилитель (бустер);
-руль.
Выходные штоки рулевых машин автопилотов и САУ подключаются через гидроусилитель (бустер) к проводке управления самолетом, которая в свою очередь соединяется с соответствующим рулем. При этом отклонение выходного штока бустера приводит к отклонению руля. Такая конструкция исполнителп ного устройства автопилота (САУ) широко применяется на самолетах и подробно описано в литературе. (См., например: 1). «М.Н. Шульженко. «Конструкция самолетов. Москва «Машиностроение. 1971. Стр. 254 - 263. 2). Г.И. Житомирский. «Конструкция самолетов. Москва «Машиностроение. 1991. Стр. 347 - 348. 3). Глаголев А.А, Гольдинов М.Я., Григоренко С.М. «Конструкция самолетов. Москва «Машиностроение. 1975. Стр. 269 277).
Наиболее близкой к полезной модели является конструкция системы управления самолетом с серворулем (триммером руля), в которой «летчик управляет не непосредственно рулями или элеронами, а
Hill шит «   7- i
Класс F 15 B.
самолетом.
серворулями или сервокомпенсаторами, являющимися частью руля или элерона.
Если сделать руль свободно вращающимся на оси вращения и управлять сервокомпенсатором, то руль всегда будет стремиться сам повернуться в сторону, обратную отклонению сервокомпенсатора, до тех пор, пока не наступит равенство моментов.... «... Применение . сервоуправления снижает нагрузки на рычаги управления у летчика в 2-3 раза, несмотря на то, что коэффициент щарнирного момента серворуля относительно своей оси вращения из-за отсутствия осевой и аэродинамической компенсации больще щарнирного момента руля высоты.
Это позволяет применять ручное управление самолетом на больщих дозвуковых скоростях полета (С.М. Егер. «Проектирование пассажирских реактивных самолетов. Москва «Машиностроение. 1964. Стр. 178, 179).
Указанное выще отсутствие осевой и аэродинамической компенсации серворуля (триммера) объясняется тем, что возможная перекомпенсация триммера приведет к его забросу с забросом соединенного с ним рычага управления, - т.е. к потере управляемости и катастрофе. Обеспечиваемое при такой конструкции снижение нагрузок на рычагах управления (в 2-3 раза) не позволяет применить в исполнительных механизмах систем автоматического управления самолетом маломощных рулевых мащин автопилотов без бустеров. В такой системе управления исполнительный механизм автопилота (САУ) устанавливают в непосредственной близости к рулю, т.е. в киле, крыле или стабилизаторе . Исполнительный механизм автопилота (САУ) при этом включает в себя рулевую мащину автопилота и гидроусилитель (бустер), для работы которого необходима гидросистема. Применение рулевых агрегатов, в которых в одном механизме собраны электромотор, насос, регулирующие устройства (т.е. мини гидросистема) и бустер с рулевой мащиной автопилота не меняют сути дела - исполнительный
механизм автопилота (САУ) включен в проводку системы управления самолетом и установлен в неподвижной части конструкции самолета. Все это делает систему управления достаточно сложной и тяжелой. Надежность такой системы снижена за счет наличия гидросистемы и бустера (гидроусилителя). Кроме того, большие габариты бустера с рулевой машиной иногда приводят к невозможности установки САУ на самолет при его модернизации, поскольку исполнительные механизмы САУ надо устанавливать около руля, т.е. в крыле, руле высоты или киле, где свободные объемы обычно отсутствуют. Трудности усугубляются необходимостью прокладки трубопроводов гидросистемы от насосов, которые обычно устанавливают на двигателях, к бустерам.
Сущность полезной модели.
Задачей изобретения является создание такого исполнительного механизма автопилота (САУ), который обеспечивал бы управление самолетом или крьшатой ракетой без использования гидросистемы и бустера, чем обеспечивал бы снижение веса, увеличение надежности, размеш;ение указанного механизма на самолете без испо;п зования внутренних объемов крьша, стабилизатора или киля.
Поставленная задача достигается тем, что в исполнительном механизме системы автоматического управления самолетом включаюп ;ем руль (высоты, направления или элерон), триммер руля, рулевую машину автопилота, рулевая машина автопилота шарнирно закренлена на руле и своим выходным штоком соединена шарнирно с триммером руля посредством установленного на триммере руля кронштейна. Провода от вычислителя автопилота (САУ) к рулевой машине прокладьшают внутри конструкции самолета. При проведении проводов к врап1;аюш;емуся рулю можно избежать токосъемных устройств и вьшедения проводов на внешнюю поверхность руля путем прокладки свернутого в трубку провода (как свернуты провода к трубке телефона) внутри полой оси враш;ения (оси навески) руля.
Такая конструкция исполнительного механизма САУ обеспечивает управление самолетом или крьшатой ракетой без использования гидросистемы и бустера, что обеспечивает снижение веса, увеличение надежности, размещение указанного механизма на самолете без использования внутренних объемов крыла, стабилизатора или киля.
Перечень фигур на чертежах.
Полезная модель поясняется чертежами, иа которых:
Фиг. 1 показывает схему исполнительного механизма системы автоматического управления с размещением рулевой машины автопилота на руле.
Фиг. 2 показьшает схему исполнительного механизма системы автоматического управления с размещением рулевой машины автопилота внутри руля.
Фиг. 3 показьшает схему исполнительного механизма системы автоматического управления с минимальными доработками конструкции руля при его модернизации.
На фиг. 1, 2 и 3 обозначено:
1-Несущая поверхность самолета (крьшо, стабилизатор, киль).
2-Руль (элерон, руль высоты, руль направления).
3-Триммер РУ.ЛЯ (серворуль).
4-Рулевая машина автопилота (РМ).
5-Выходной щток РМ.
6-Шарнирное соединение выходного щтока РМ и триммера.
7-Шарнирное соединение РМ и руля.
8-Обтекатель РМ.
9-Крошптейн триммера.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления
Исполнительный механизм системы автоматического управления самолетом состоит из руля (поз. 2 на фиг. 1 и 2), оборудованиого 1фонштейном (поз. 7 на фиг. 1 и 2) для шарнирной навески рулевой мапшны автопилота (поз. 4), триммером руля (поз. 3) с кронштейном (поз. 6) для шарнирного соединения с выходным штоком (поз. 5) рулевой машины автопилота (САУ). Рулевая машина автопилота снабжена обтекателем (поз. 8) для уменьшения турбулентности потока в районе РУ.11Я и триммера. Руль навешивается на несущую поверхность (стабилизатор, киль или крьшо, - поз. 1 на фиг. 1 и 2) как обычно. Свернутые в трубку провода (от вычислительного устройства автопилота к рулевой машине) проложены внутри полой оси вращения (оси навески) руля.
Рулевая машина автопилота может быть навешена на руль с внешней стороны, как показано на фиг. 1, или установлена внутри руля, как показано на фиг. 2.
Устройство работает следующим образом.
Управляющий электрический сигнал поступает от ручки управления или автопилота (САУ) на рулевую машину, что приводит к изменению длины выходного штока и повороту триммера руля. Отклонение триммера руля (серворуля) приводит, при наличии достаточного скоростного напора, к изменению подьемной силы на триммере и, следовательно, к повороту руля под действием этой силы до
тех пор, пока момент от действия триммера относительно оси вращения руля не станет равным моменту от действия сил руля, т.е. к новому равновесию (положению руля). Таким образом, положение выходного штока рулевой машины однозначно определяет положение руля самолета. Серворули, триммеры и рулевые машины автопилотов вьшускаются промьппленноотью и давно применяются на самолетах. Например, серийная рулевая машина автопилота РАУ-107Р, изобретения.
преодолевающая усилие на выходном штоке до 15 кгс обеспечит управление триммером размером 70 х 700 мм до приборной скорости 1100 км/час на докритическом числе М полета. Расчет показьшает, что при площади триммера, составляющей 4 % площади руля, отклонение триммера на 24° обеспечит отклонение руля на 17°, а при площади триммера, составляющей 8 % площади руля, отклонение триммера на 17° обеспечит отклонение руля на 25°. Ось вращения триммера в предлагаемом исполнительном механизме системы управления самолетом выбирают в фокусе руля, т.е. с возможностью перекомпенсации, которая в такой схеме не опасна, поскольку аэродинамические нагрузки от триммера замыкаются через рулевую машину автопилота на руль и на рьиаги управления не передаются. Рулевые же машины автопилотов вьвдерживают колоссальные нагрузки на выходном штоке. Например, РАУ-107Р имеет разрзтпающее усилие 1600 кгс. по радиально - упорным подшипникам. Это чисто электрическая машина мощностью 25 вт. весит 3,2 кг. В ней электрический сигнал управления посредством электромотора, зубчатой и червячной передач, преобразуется в продольное перемещение выходного штока.
Возможно использование указанного исполнительного механизма в режиме демпфера угловых скоростей и в качестве обычного триммера. Возможно также использование элеронов в режиме закрылков, - для этого требуется только изменение управляющего сигнала (закона управления).
Предлагаемый исполнительный механизм автопилота (САУ) может быть реализован на вновь создаваемых и существующих самолетах и крылатых ракетах. При модернизации самолета предлагаемый исполнительный механизм автопилота (САУ) устанавливают дополнительно к существующей на самолете системе ручного управления. В этом случае рулевую машину автопилота (поз. 4 на фиг. 1) устанавливают на руле (поз. 2) посредством шарнирного соединения (поз.
7). Если на самолете уже есть триммер, то на него (поз. 3) устанавливают кронштейн (поз. 9), к которому шарнирно крепят выходной шток рулевой машины автопилота (поз. 5). Существуюш;ий механизм управления триммером в этом случае демонтируют.
Если триммера на самолете нет (что почти невероятно), или его площадь недостаточна, то на руль дополнительно навешивают серворуль (триммер - поз.З). При этом существенных изменений в конструкции существующего ру.гая (кроме навески на него триммера и крошптейна для рулевой машины автопилота) не требуется (Фиг. 3). При создании нового самолета (что возможно и при модернизации существующего) руль с размещенной в нем рулевой мащиной проектируют и строят заново (фиг. 2).
Предлагаемый исполнительный механизм автопилота (САУ) может быть установлен на самолет и без обычной механической проводки системы управления. В этом случае на ручке управления (боковой ручке управления, педалях) устанавливают датчики усилий или перемещений и через вычислите.11ьное устройство управляющий сигнал от ручки управления (педалей) подают на указанный испо;шительный механизм САУ.
Во всех случаях можно устанавливать по несколько секций указанных исполнительных механизмов на каждом руле для повьппения надежности работы системы в целом. При этом каждый руль может состоять из нескольких независимых секций.