Боковая устойчивость и управляемость

Боинг 737 имеет излишнюю степень поперечной статической устойчивости (m_x^β), особенно с отклоненной механизацией крыла.

Поперечной устойчивостью самолета называется его способность крениться в сторону, обратную скольжению. Основную роль в создании кренящего момента играет стреловидное крыло: при возникновении скольжения у выдвинутого вперед полукрыла угол стреловидности как бы уменьшится на величину угла скольжения, а у отстающего увеличится на такую же величину.

Такое изменение углов стреловидности полукрыльев приведет к изменению их несущих свойств так, что у выдвинутого вперед полукрыла увеличится коэффициент подъемной силы, а у отстающего – уменьшится. Возникнет кренящий момент в сторону, обратную скольжению. Возникающий момент частично компенсируется, возникающим при вращении, демпфирующим моментом крена (m_x^ωx), но все равно вызывает энергичное кренение.

Таким образом, самолет чрезмерно реагирует креном на боковые порывы ветра, что усложняет пилотирование в условиях порывистого бокового ветра.

Допустимая степень боковой асимметрии самолёта (на “NG”) определена в документе Fault Isolation Manual.

В крейсерском полёте (М ~ 0.78, Эшелон ≥ 370), для балансировки самолёта без крена и скольжения, отклонение руля направления не должно превышать 0,5 unit, а отклонение штурвального колеса не более 0,75 unit. Балансировка выполняется по следующей методике: Обеспечить балансировку топлива с погрешностью не более 68 кг и симметричность тяги двигателей с погрешностью не более 1% N1. Автомат тяги выключить. При включенном автопилоте в режиме выдерживания заданного курса (HDG SEL) отклонением рукоятки руля направления обеспечить полёт без крена, больше руль направления не трогать. Затем отключить автопилот и снять усилия со штурвального колеса отклонением триммера элеронов, сохраняя полёт без крена на постоянном курсе. Полученные отклонения руля направления и штурвального колеса зафиксировать.

Аналогичная проверка выполняется на скорости 250 узлов, высоте 10 – 17 тысяч футов. При этом допустимые отклонения руля направления и штурвальной колонки равны 0,75 unit.

На этой же высоте выполняется проверка балансировки с выпущенными закрылками на 1, 15 и 40 градусов на соответствующих скоростях.

При этом требуемые отклонения руля направления не должны превышать 1 unit, а отклонения штурвального колеса на закрылках 1 и 15 - не более 1 unit и на закрылках 40 – не более 1,3 unit.

При изменении положения закрылков в диапазоне 1 - 15 градусов изменение положения штурвального колеса не должно превышать 1 unit, а в диапазоне 15 – 40 градусов не более 1,4 unit.

Рассмотренный выше метод балансировки обеспечивает полную балансировку по путевому и поперечному каналу, но требует отключения автопилота. Поэтому эта техника триммирования бокового канала называется у Боинга «альтернативной».

Рекомендованная техника триммирования аналогична альтернативной, но отклонением руля направления выравнивается штурвальное колесо, а не крен самолёта. При этом, если у самолёта есть поперечная асимметрия, то он будет лететь с креном и скольжением. Как правило, они незначительны и не влияют на расход топлива.

Рекомендованная техника триммирования значительно проще по исполнению. Поскольку штурвальное колесо триммируется в нейтраль, то при отключении автопилота не будет возникать разбалансировки по крену.

При альтернативном триммировании необходимо после каждого триммирования рулём направления выключать автопилот и снимать усилия со штурвального колеса. В дальнейшем, при работе автопилота и изменении режима полёта/положения механизации могут опять накопиться усилия в канале крена. При отключении автопилота возможен «рывок» по крену.

Демпфер рыскания (Yaw Damper)

Для улучшения характеристик бокового движения самолета и недопущения незатухающих колебаний типа «голландский шаг» в системе управления рулем направления установлен демпфер рыскания.

«Голландский шаг» (Dutch roll) появляется в результате относительно слабой путевой устойчивости и чрезмерной поперечной устойчивости самолета. Когда самолет вращается относительно продольной оси, самопроизвольно возникает скольжение в сторону опускающегося крыла, за счет возникающей боковой составляющей силы тяжести. Это сразу же приводит к возникновению момента поперечной устойчивости M_x^β, который стремится уменьшить возникший крен. На самолетах с высокой поперечной устойчивостью он может быть значительным.

В то же время возникает и момент путевой устойчивости M_y^β, стремящийся развернуть нос самолета в сторону возникшего скольжения. Поскольку на многих самолетах путевая устойчивость значительно слабее поперечной, то восстановление скольжения отстает от восстановления крена. Самолет по инерции проскакивает положение без крена и начинает крениться в противоположную сторону. Таким образом, самолет без вмешательства в управление будет совершать незатухающие колебания по крену и скольжению.

Демпфер рыскания искусственно увеличивает путевую устойчивость и таким образом предотвращает колебания.

Чувствительным элементом демпфера рыскания является двухстепенной гироскоп, реагирующий на угловую скорость ω_y, относительно нормальной оси Y. Этот сигнал фильтруется и усиливается в зависимости от скорости полета по сигналу от компьютера, рассчитывающего высотно-скоростные параметры (Air Data Computer). Далее сигнал поступает на управляющий золотник демпфера (см. схему главного рулевого привода РН в разделе «Путевое управление»). Золотник управляет перемещением исполнительного привода демпфера, что смещает центр вращения первичного и вторичного суммирующих рычагов и, таким образом, суммируется с перемещением педалей от летчиков и приводит к перемещению штока главного рулевого привода руля направления.

При этом перемещения исполнительного привода демпфера на педали не передаются, и летчик не может тактильно ощущать работу демпфера. Для контроля за его работой выведен индикатор, показывающий отклонения исполнительного привода демпфера.

Удобный контроль на рулении: планка первоначально должна отклониться в сторону противоположную развороту. Затем планка может возвращаться в нейтраль или даже отклоняться в сторону разворота. Это объясняется сложным законом отклонения руля направления, когда руль реагирует на быстроизменяющуюся составляющую угловой скорости разворота и не реагирует на постоянную её составляющую.

При нормальной работе демпфера в полёте отклонения планки индикатора практически незаметны.

На самолетах новой комплектации с установленным интегрированным узлом связи (IFSAU) между САУ и самолетом (см. Система автоматического управления), при выпущенных закрылках сигнал демпфера усиливается на 29% для противодействия усиливающейся поперечной устойчивости. Кроме того, на 50% гасятся сигналы с частотой 8 герц для уменьшения вибраций и улучшения комфорта пассажиров.

Дата добавления: 2015-05-08