Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено из системы управления полетом )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Основные органы управления полетом типичного самолета в движении

Обычная система управления полетом самолета с неподвижным крылом состоит из поверхностей управления полетом , соответствующих органов управления кабиной, соединительных рычагов и необходимых рабочих механизмов для управления направлением самолета в полете. Органы управления двигателем самолета также считаются средствами управления полетом, поскольку они изменяют скорость.

Основы управления самолетом объясняются в динамике полета . Эта статья посвящена рабочим механизмам органов управления полетом. Базовая система используется на самолетах впервые появилась в легко узнаваемом виде уже в апреле 1908 года на Луи Блерио «s Блерио VIII дизайн пионер эпоха моноплан. [1]

Органы управления в кабине [ править ]

Основные элементы управления [ править ]

Бортовое средства управления и приборная панель из Cessna 182 D Skylane

Как правило, основные органы управления полетом в кабине расположены следующим образом: [2]

  • управления ярмо (также известное как столбец управления), центр палка или боковая палка (два последних также просторечии известные как элемент управления или джойстик ), управляет самолет рулоном и шагом путем перемещения элеронов (или активации крыла коробления на некоторых очень ранние конструкции самолетов) при повороте или отклонении влево и вправо, а также перемещает лифты при движении назад или вперед
  • педали руля направления, или более ранние, до 1919 г. «штанги руля направления», для управления рысканием , которые перемещают руль направления ; например, левая нога вперед переместит руль влево.
  • органы управления дроссельной заслонкой для управления частотой вращения двигателя или тягой для летательных аппаратов с двигателями.

Коромысла управления также сильно различаются в зависимости от самолета. Есть хомуты, в которых креном можно управлять, вращая хомут по часовой стрелке / против часовой стрелки (например, при управлении автомобилем), а шаг регулируется путем перемещения рулевой колонки к пилоту или от него, но в других шагах регулируется путем сдвигания хомута внутрь и наружу. приборной панели (как и у большинства Cessnas, таких как 152 и 172), а в некоторых крен контролируется перемещением всей вилки влево и вправо (как у Cessna 162). Центральные стики также различаются в зависимости от самолета. Некоторые из них напрямую связаны с управляющими поверхностями с помощью кабелей, [3] другие (самолеты с управляемой проводкой) имеют компьютер между ними, который затем управляет электрическими приводами.

Blériot VIII в Исси-ле-Мулино , первый проект летного самолета, имеющий начальную форму современных средств управления полетом для пилота.

Даже когда самолет использует различные поверхности управления полетом, такие как V-образный руль направления , флапероны или элевоны , чтобы избежать путаницы у пилота, система управления полетом все равно будет спроектирована таким образом, чтобы ручка или хомут управляли по тангажу и крену обычным образом, как и Педали руля для рыскания. [2] Базовая модель современного управления полетом была впервые предложена французским авиационным деятелем Робертом Эсно-Пелтери , а его коллега-авиатор Луи Блерио популяризировал формат управления Эно-Пелтери, первоначально использовавшийся на моноплане Луи Блерио VIII в апреле 1908 года, и стандартизовал этот формат на самолетах. Июль 1909 г. Пересечение пролива Блерио XI.. Управление полетом уже давно преподается в такой манере на протяжении многих десятилетий, что популяризируется в учебных пособиях ab initio, таких как работа 1944 года « Stick and Rudder» .

В некоторых самолетах управление поверхностями управления не осуществляется с помощью рычажного механизма. Например, в сверхлегких самолетах и ​​моторизованных дельтапланах механизма нет вообще. Вместо этого пилот просто хватается за подъемную поверхность рукой (используя жесткую раму, которая свисает с ее нижней стороны) и перемещает ее. [ необходима цитата ]

Дополнительные элементы управления [ править ]

В дополнение к основным средствам управления полетом по крену, тангажу и рысканью, часто доступны дополнительные средства управления, чтобы дать пилоту более точный контроль над полетом или облегчить рабочую нагрузку. Наиболее широко доступны управления представляют собой колесо или другое устройство для управления лифтом отделки , так что пилот не должен поддерживать постоянное назад или вперед давление , чтобы провести конкретный шаг отношение [4] (другие виды отделки, для руля направления и элеронов , распространены на более крупных самолетах, но могут также появляться на более мелких). Многие самолеты имеют закрылки., управляемые переключателем или механическим рычагом, или в некоторых случаях полностью автоматические с помощью компьютерного управления, которые изменяют форму крыла для улучшения управления на более низких скоростях, используемых для взлета и посадки. Другие вспомогательные системы управления полетом могут включать предкрылки , интерцепторы , воздушные тормоза и крылья с изменяемой стреловидностью .

Системы управления полетом [ править ]

Механический [ править ]

Кабели руля высоты и руля de Havilland Tiger Moth

Системы управления полетом с механическим или ручным управлением являются основным методом управления самолетом. Они использовались в ранних самолетах и ​​в настоящее время используются в небольших самолетах, где аэродинамические силы не являются чрезмерными. Очень ранние самолеты, такие как Wright Flyer I , Blériot XI и Fokker Eindecker, использовали систему деформации крыла, при которой на крыле не использовались обычные шарнирные рулевые поверхности, а иногда даже не для управления тангажем, как на Wright Flyer I и оригинальных версиях. модели Etrich Taube 1909 года , у которой был только шарнирно-поворотный руль направления в дополнение к управляемым смещением средствам управления по тангажу и крену. [5]Система ручного управления полетом использует набор механических частей, таких как толкатели, натяжные тросы, шкивы, противовесы, а иногда и цепи, чтобы передавать силы, приложенные к органам управления кабиной, непосредственно на поверхности управления. Стяжные муфты часто используются для регулировки натяжения троса управления. Цессны Скайхки представляют собой типичный пример летательного аппарата, использующий этот тип системы. Блокировки порывов часто используются на припаркованных самолетах с механическими системами для защиты поверхностей управления и рычагов от повреждения ветром. Некоторые самолеты имеют блокировку порывов ветра как часть системы управления. [6]

Увеличение площади поверхности управления, требуемой для больших самолетов, или более высокие нагрузки, вызванные высокой скоростью полета в небольших самолетах, приводят к значительному увеличению сил, необходимых для их перемещения, поэтому были разработаны сложные механические зубчатые передачи для получения максимального механического преимущества с целью уменьшения сил требовалось от пилотов. [7] Такое расположение можно найти на более крупных или более мощных винтовых самолетах, таких как Fokker 50 .

В некоторых механических системах управления полетом используются сервоприводы , обеспечивающие аэродинамическую поддержку. Выступы сервопривода - это небольшие поверхности, прикрепленные к рулевым поверхностям. Механизмы управления полетом перемещают эти выступы, аэродинамические силы, в свою очередь, перемещаются или способствуют перемещению рулевых поверхностей, уменьшая необходимое количество механических сил. Такое расположение использовалось в первых транспортных самолетах с поршневыми двигателями и в первых реактивных транспортных средствах. [8] Boeing 737 включает в себя систему, посредством которой в маловероятном случае полного отказа гидравлической системы он автоматически и плавно переключается на управление через сервоуправление.

Гидромеханический [ править ]

Сложность и вес механических систем управления полетом значительно возрастают с увеличением размеров и характеристик самолета. Поверхности управления с гидравлическим приводом помогают преодолеть эти ограничения. При использовании гидравлических систем управления полетом размер и характеристики самолета ограничиваются экономикой, а не мышечной силой пилота. Сначала использовались лишь частично усиленные системы, в которых пилот все еще мог чувствовать некоторые аэродинамические нагрузки на рулевых поверхностях (обратная связь). [7]

Гидромеханическая система управления полетом состоит из двух частей:

  • Механическая цепь , которая связывает управление кабиной с гидравлическими схемами. Как и механическая система управления полетом, она состоит из стержней, тросов, шкивов, а иногда и цепей.
  • Гидравлический контур , который имеет гидравлические насосы, резервуары, фильтры, трубы, клапаны и исполнительные механизмы. Приводы приводятся в действие гидравлическим давлением, создаваемым насосами в гидравлическом контуре. Приводы преобразуют гидравлическое давление в движения управляющей поверхности. В электрогидравлических сервораспределителях контролировать перемещение исполнительных механизмов.

Движение пилота управления заставляет механический контур открывать соответствующий сервоклапан в гидравлическом контуре. Гидравлический контур приводит в действие исполнительные механизмы, которые затем перемещают управляющие поверхности. Когда привод движется, сервоклапан закрывается механической тягой обратной связи, которая останавливает движение управляющей поверхности в желаемом положении.

Такое расположение применялось в реактивных транспортных средствах старой конструкции и в некоторых высокопроизводительных самолетах. Примеры включают Антонов Ан-225 и Lockheed SR-71 .

Устройства с искусственным ощущением [ править ]

В чисто механических системах управления полетом аэродинамические силы на управляющих поверхностях передаются через механизмы и ощущаются непосредственно пилотом, обеспечивая тактильную обратную связь по воздушной скорости. Однако при использовании гидромеханических систем управления полетом нагрузка на поверхности не ощущается, и существует риск перенапряжения летательного аппарата из-за чрезмерного движения поверхности управления. Чтобы преодолеть эту проблему, можно использовать искусственные чувствительные системы. Например, для управления из RAF «s Avro Vulcan реактивного бомбардировщика а ККВС » s Avro Canada CF-105 Arrow сверхзвукового перехватчика (оба 1950-х года эпохи конструкций), необходимая обратная связь силы была достигнута с помощью пружинного устройства. [9]точка опоры этого устройства перемещалась пропорционально квадрату скорости воздуха (для лифтов), чтобы обеспечить повышенное сопротивление на более высоких скоростях. Для управления американскими военными самолетами Vought F-8 Crusader и LTV A-7 Corsair II на оси тангажа ручки управления использовался грузоподъемник, обеспечивающий обратную связь по силе, пропорциональную нормальному ускорению самолета. [ необходима цитата ]

Шейкер для палочек [ править ]

Встряхиватель палки - это устройство, которое прикреплено к штанге управления в некоторых гидравлических самолетах. Он качает штангу управления, когда самолет приближается к условиям сваливания. Некоторые самолеты, такие как McDonnell Douglas DC-10 , оснащены резервным источником электропитания, который можно активировать, чтобы включить вибросигнал рукояти в случае отказа гидравлики. [ необходима цитата ]

Электропитание по проводам [ править ]

В большинстве современных систем питание управляющих исполнительных механизмов обеспечивается гидравлическими системами высокого давления. В проводных системах клапаны, управляющие этими системами, активируются электрическими сигналами. В системах с электропитанием по проводам мощность передается на исполнительные механизмы по электрическим кабелям. Они легче гидравлических труб, проще в установке и обслуживании и более надежны. Элементы системы управления полетом F-35 - электрические. [10] [11] [12] Приводы в такой системе электрогидростатического срабатывания (EHA) представляют собой автономные гидравлические устройства, небольшие гидравлические системы с замкнутым контуром. Общая цель - создание более или полностью электрических самолетов, и одним из первых примеров такого подхода был Avro Vulcan.. Серьезное внимание было уделено использованию захода на посадку на Airbus A380. [13]

Системы дистанционного управления [ править ]

Система управления полетом (FBW) заменяет ручное управление полетом самолета электронным интерфейсом. Движения органов управления полетом преобразуются в электронные сигналы, передаваемые по проводам (отсюда и термин « полет по проводам» ), а компьютеры управления полетом определяют, как перемещать исполнительные механизмы на каждой поверхности управления, чтобы обеспечить ожидаемую реакцию. Команды с компьютеров также вводятся без ведома пилота для стабилизации самолета и выполнения других задач. Электроника для систем управления полетом самолетов является частью области, известной как авионика .

Оптика полета по оптоволокну , также известная как « полет по свету» , представляет собой дальнейшее развитие с использованием оптоволоконных кабелей .

Исследование [ править ]

Существует ряд технологических исследований и разработок, направленных на интеграцию функций систем управления полетом, таких как элероны , рули высоты , элевоны , закрылки и флапероны, в крылья для выполнения аэродинамических целей с преимуществами меньшего количества: массы, стоимости, сопротивления, инерции (для более быстрого , более сильный отклик управления), сложность (механически проще, меньше движущихся частей или поверхностей, меньше обслуживания) и поперечное сечение радара для скрытности . Они могут использоваться во многих беспилотных летательных аппаратах (БПЛА) и истребителях 6-го поколения.. Два многообещающих подхода - это гибкие крылья и флюидика.

Гибкие крылья [ править ]

В гибких крыльях большая часть или вся поверхность крыла может изменять форму в полете, чтобы отклонять воздушный поток, как у орнитоптера . Адаптивные совместимые крылья - это военная и коммерческая задача. [14] [15] [16] X-53 Активный Аэроупругое Wing был ВВС США, NASA и Boeing усилия.

Активное управление потоком [ править ]

При активном управлении потоком силы в транспортных средствах возникают через управление циркуляцией, при котором более крупные более сложные механические части заменяются более простыми жидкостными системами меньшего размера (щели, которые испускают потоки воздуха), где большие силы в жидкостях отклоняются меньшими струями или потоками жидкости с перерывами, изменить направление движения транспортных средств. [17] [18] При таком использовании активное управление потоком обещает простоту и меньшую массу, затраты (до половины меньше), а также инерцию и время отклика. Это было продемонстрировано на БПЛА Demon , который впервые полетел в Великобритании в сентябре 2010 года [19].

См. Также [ править ]

  • Защита полетного конверта
  • Полет с отключенным управлением
  • Управление полетом вертолета
  • HOTAS
  • Системы управления воздушным змеем
  • Список авиакатастроф с потерей управления
  • Мэтью Пирс Уотт Бултон , изобретатель элерона (1868 г.)
  • Управление вектором тяги
  • Исследовательский самолет с переменным откликом
  • Контроль за смещением веса
  • Деформация крыльев : ранний метод контроля крена

Ссылки [ править ]

Заметки [ править ]

  1. ^ Крауч, Том (1982). Блерио XI, История классического самолета . Пресса Смитсоновского института. стр. 21 и 22. ISBN 978-0-87474-345-6.
  2. ^ a b Langewiesche, Вольфганг. Палка и руль направления: объяснение искусства полета , McGraw-Hill Professional, 1990, ISBN 0-07-036240-8 , ISBN 978-0-07-036240-6 .  
  3. ^ «Поверхности управления, управляемые напрямую с помощью кабелей» . Архивировано 02 февраля 2017 года . Проверено 25 января 2017 .
  4. Том, 1988. п. 87.
  5. Перейти ↑ Taylor, 1990. p. 116.
  6. Том, 1988. п. 153.
  7. ↑ a b Taylor, 1990. p. 118.
  8. Том, 1988. п. 86.
  9. ^ The Arrowheads, страницы 57-58, 83-85 (только для CF-105 Arrow).
  10. ^ "Электропроводка - Авионика" . Май 2001. Архивировано 27 июня 2017 года . Проверено 9 августа 2018 .
  11. ^ Маре, Жан-Шарль; Фу, Цзянь (2017). «Обзор срабатывания по проводам и по проводам для большего количества электрических самолетов» . Китайский журнал воздухоплавания . 30 (3): 857–870. DOI : 10.1016 / j.cja.2017.03.013 .
  12. ^ "C-141 и C-130 системы управления полетом по проводам - ​​публикация конференции IEEE". Май 1991: 535–539, т.2. DOI : 10,1109 / NAECON.1991.165802 . S2CID 109026952 .  Cite journal requires |journal= (help)
  13. ^ "A380: 'Более электрический' Самолет - Авионика" . Октябрь 2001. Архивировано 12 августа 2018 года . Проверено 12 августа 2018 .
  14. ^ Скотт, Уильям Б. (27 ноября 2006 г.), "Morphing Wings" , Aviation Week & Space Technology , заархивировано из оригинала 26 апреля 2011 г. , извлечено 26 апреля 2011 г.
  15. ^ "FlexSys Inc.: Аэрокосмическая промышленность" . Архивировано из оригинального 16 -го июня 2011 года . Проверено 26 апреля 2011 года .
  16. ^ Кота, Шридхар; Осборн, Рассел; Эрвин, Грегори; Марич, Драган; Флик, Питер; Пол, Дональд. «Адаптивное совместимое крыло для миссии - конструкция, изготовление и летные испытания» (PDF) . Анн-Арбор, Мичиган; Дейтон, Огайо, США: FlexSys Inc., Исследовательская лаборатория ВВС. Архивировано из оригинального (PDF) 22 марта 2012 года . Проверено 26 апреля 2011 года .
  17. Перейти ↑ P John (2010). «Программа комплексных промышленных исследований безлопастных летательных аппаратов (FLAVIIR) в авиационной технике» . Труды Института инженеров-механиков, Часть G: Журнал аэрокосмической техники . Лондон: Публикации по машиностроению. 224 (4): 355–363. DOI : 10.1243 / 09544100JAERO580 . hdl : 1826/5579 . ISSN 0954-4100 . S2CID 56205932 . Архивировано из оригинала на 2018-05-17.  
  18. ^ "Витрина БПЛА демонстрирует безлопастный полет" . BAE Systems. 2010. Архивировано из оригинала на 2011-07-07 . Проверено 22 декабря 2010 .
  19. ^ "Демон БПЛА входит в историю, летая без закрылков" . Metro.co.uk . Лондон: Associated Newspapers Limited. 28 сентября 2010. Архивировано 23 августа 2011 года . Проверено 29 сентября 2010 года .

Библиография [ править ]

  • Спитцер, Кэри Р. Справочник по авионике , CRC Press , ISBN 0-8493-8348-X 
  • Стенгель, РФ к интеллектуальному управлению полетом , IEEE Trans. Системы, человек и кибернетика , Vol. 23, № 6, ноябрь – декабрь 1993 г., стр. 1699–1717.
  • Тейлор, Джон В. Р. Знания о полете , Лондон: Universal Books Ltd., 1990. ISBN 0-9509620-1-5 . 
  • Стрелы (Ричард Орган, Рон Пейдж, Дон Уотсон, Лес Уилкинсон). Avro Arrow: история Avro Arrow от ее эволюции до исчезновения , Эрин, Онтарио, Канада: Boston Mills Press 1980 (переработанное издание 2004 г.). ISBN 1-55046-047-1 . 
  • Том, Тревор. Пособие воздушного пилота 4-Самолет-Техника . 1988 г. Шрусбери, Шропшир, Англия. Эйрлайф Паблишинг Лтд. ISBN 1-85310-017-X 
  • Отчет USAF и НАТО RTO-TR-015 AC / 323 / (HFM-015) / TP-1 (2001).

Внешние ссылки [ править ]

  • Кабина Airbus A380 .
  • Кабина Airbus A380 - панорама на 360 градусов
  • Приземление: разработка управляемой двигательной установки самолета в НАСА-Драйден Томом Такером