Разработка системы автоматического управления вертолётом

В связи с расширением области применения вертолетов увеличивается роль автоматизации их полета. На большинстве режимов полета вертолеты являются неустойчивыми. Наихудшие характеристики устойчивости и управляемости вертолеты имеют на режиме висения, который является для них специфическим и используется при выполнении многих задач. К их числу относится работа вертолетов в качестве летающих кранов, поиск подводных лодок, испытания радиотехнических средств и приборов, спасательные и другие работы. Причиной неустойчивости вертолетов на режиме висения является отсутствие восстанавливающего момента по отклонению относительно центра масс и малое демпфирование этого движения. Также мало демпфирование вертикального движения вертолетов, а выше зоны "воздушной подушки" отсутствует и вертикальная восстанавливающая сила. Статическая устойчивость вертолетов по углу атаки на режимах горизонтального полета недостаточна или отсутствует; демпфирование вращательного движения у них в десятки раз меньше, чем у самолетов такой же массы. Боковое движение вертолетов на режиме горизонтального полета хотя и устойчиво, но характеризуется малым поперечным и путевым демпфированием и зависит от неустойчивого продольного движения. Устойчивость и управляемость вертолетов можно улучшить путем использования горизонтального и вертикального оперений. К сожалению, этот способ неэффективен на режиме висения и малых скоростей. Неустойчивость вертолета вынуждает летчика непрерывно вмешиваться в управление, чтобы обеспечить устойчивость замкнутой системы "вертолет – летчик". Эта часть работы утомляет летчика и затрудняет пилотирование.

Основным путем улучшения устойчивости и управляемости вертолета является использование автоматических средств, среди которых наибольшее распространение получили автопилоты.

Современные автопилоты, устанавливаемые на вертолетах, выполняют функции системы автоматической стабилизации, а также облегчают управление вертолетом. Летчик может полностью передать управление автопилоту, а свое внимание сосредоточить на выполнении других задач.

Вертолет по сравнению с самолетом имеет ряд особенностей. Несущая система вертолета подвижна относительно фюзеляжа и одновременно выполняет функции рулей. Поэтому управление движением центра масс вертолета и вращением относительно центра масс, например в продольной плоскости, осуществляется не двумя, как у самолета, а только одним органом – автоматом перекоса. При его отклонении, кроме изменения горизонтальной силы, одновременно возникает момент относительно центра масс. Управление вертолетом по высоте полета осуществляется непосредственным изменением подъемной силы при изменении угла общего шага несущего винта. Несущий винт является сложной аэродинамической системой, которая имеет собственную динамику и вносит запаздывание в управление. Рулевые приводы системы управления вертолетом нагружаются силами, содержащими периодические составляющие, генерируемые несущим винтом, чего нет у самолета. Эффективность органов управления самолетом пропорциональна скоростному напору, в то время как у вертолета она мало зависит от скоростного напора. Например, управляющие моменты тангажа и крена одновинтового вертолета создаются отклонением несущего винта, тяга которого в установившемся режиме примерно равна силе тяжести вертолета при всех значениях скоростного напора. Вследствие указанных особенностей для вертолета нельзя использовать самолетные автопилоты. Задача автоматизации полета вертолетов должна решаться с учетом их специфики.

При создании первых автопилотов для вертолетов основное внимание обращали на обеспечение устойчивости вертолета. Стремление превратить вертолет в стабилизированную платформу приводило к большим значениям передаточных чисел автопилота. Весь диапазон отклонения органов управления при этом мог быть использован автопилотом. Управление вертолетом осуществлялось отклонением специального дополнительного органа – серворучки, электрические сигналы которой подавались в сумматор автопилота. В случае отказа автопилота мог возникнуть возмущающий момент, соответствующий полному отклонению органа управления, что создавало угрозу безопасности полета.

По мере совершенствования вертолетов и накопления опыта их эксплуатации вопросы безопасности приобрели особую остроту. Стало ясно, что эти вопросы могут быть решены лишь путем создания всережимного автопилота иной схемы, обеспечивающего возможность пилотировать вертолет обычными рычагами управления и не создающего опасных ситуаций при отказах. Настойчивые поиски привели к созданию автопилотов, сервоприводы которых включаются в систему управления вертолета таким образом, что органы управления могут отклоняться независимо летчиком и автопилотом (дифференциальная схема включения сервоприводов). Безопасность полета обеспечивается ограничение отклонения органа управления автопилотом на величину 10-25% от полного хода органа управления. Большой вклад в создание автопилотов для вертолетов внесли И.А. Михалев, О.В. Успенский, В.Д. Саюров, И.С. Дмитриев, И.А. Эрлих, Э.А. Петросян и др.

Автопилот, удерживая заданное положение вертолета в пространстве, выбрасывает сигналы, противодействующие управлению летчиком. Для ослабления этих сигналов в каналах тангажа и крена используются компенсационные датчики, вырабатывающие электрические сигналы, зависящие от отклонения рычага управления. В процессе управления курсом и высотой полета происходит отключение сигналов по рысканию и высоте. Автопилот, созданный на основе указанных принципов, стабилизирует вертолет на заданном режиме полета, а в режиме управления он улучшает динамические характеристики вертолета, вследствие чего значительно облегчается работа летчика и уменьшается погрешность управления.

• Типы вертолётов
• Типы органов управления
• Режимы полёта
• Упрощенное рассмотрение динамики движения вертолёта
• Уравнения продольного движения
• Коэффициенты уравнений продольного движения
• Синтез законов управления
• Моделирование

Материалы о транспорте:

Приобретаемое типовое технологическое оборудование в колесно-роликовый цех
Приобретаемое типовое технологическое оборудование в колесно-роликовый цех представлено в таблицах 5.1 – 5.3. Таблица 5.1 Типовое оборудование ДМО Поз. Наименование оборудования Завод изготовитель Пр ...

Основные пожарные автомобили
Основные пожарные автомобили - пожарные автомобили, предназначенные для доставки личного состава к месту вызова, тушения пожаров и проведения спасательных работ с помощью вывозимых на них огнетушащих ...

Расчет автотракторных двигателей внутреннего сгорания
Современные поршневые двигатели внутреннего сгорания достигли высокой степени совершенства, продолжая тенденцию непрерывного роста удельных (литровой и поршневой) мощностей, снижения удельной материа ...