Автоматы регулирования управления

Изменение жесткости загрузки ручки управления (усилий на ручке управления) должно обеспечить наилучшую управляемость самолета, при которой приложение определенного усилия к ручке управления вызывает вполне определенные и не зависящие от режима полета нормальную перегрузку (в продольном канале) и угловую скорость вращения по крену (в поперечном канале). Для продольного канала это требование может быть записано в виде:

где, Δn_у - приращение нормальной перегрузки; ΔP_В - приращение усилия на ручке. Коэффициент  можно рассматривать как произведение коэффициентов:

где, Δδ_В - отклонение руля высоты; Δx - отклонение ручки управления.

Конструктивно АРУ могут быть выполнены с одним или двумя исполнительными электромеханизмами, а также в виде двух несвязанных между собой систем (АРУ и АРЗ). В последнем случае одна система обеспечивает регулирование передаточного числа от ручки управления к стабилизатору, а другая - изменение жесткости загрузки ручки управления.

Принцип действия автоматов регулирования управления рассмотрим на примере АРУ-3В. Изменение жесткости загрузки ручки управления и передаточного отношения от ручки управления к стабилизатору в АРУ-3В обеспечивается с помощью одного исполнительного механизма ЭД, включенного в схему рулевой проводки, таким образом (рис. 1), что при перемещении штока исполнительного механизма одновременно изменяются величины плеч от ручки управления к гидроусилителю ГУ стабилизатора (l_б) и к загрузочному механизму ЗМ (l_з).

Рис. 1. функциональная схема АРУ-3В

При увеличении l_б уменьшается l_з, и наоборот. Изменение плеч l_б и l_з в зависимости от скоростного напора и высоты полета осуществляется в соответствии с программой регулирования АРУ-3В.

Рис. 2. Программа регулирования плеч l_б и l_з, в АРУ-ЗВ

Программа регулирования плеч l_б и l_з, реализованная в АРУ-ЗВ, представлена на рис. 2. Управление исполнительным механизмом АРУ осуществляется по командам блока управления в зависимости от величины скоростного напора и высоты полета.

На упрощенной электрической схеме (рис. 3) показана взаимосвязь основных элементов АРУ-3В. Измерение барометрической высоты полета и динамического давления, которое используется в качестве информации о скоростном напоре, осуществляется с помощью датчиков МРД-126 и МРД-106 соответственно. С анероидной коробкой МРД-126 и мембранной коробкой МРД-106 связаны щетки потенциометров П_н и П_q , которые вместе с потенциометром обратной связи П_ос образуют сдвоенный потенциометрический мост.

Рис. 3. Упрощенная электрическая схема взаимосвязей АРУ-3В

В диагональ моста включены обмотки РП1 и РП2 трехпозиционного поляризованного реле, при срабатывании которого включается одно из силовых реле (Р1 или Р2) и своими контактами замыкает цепь питания электродвигателя исполнительного механизма. Электродвигатель через редуктор и роликовую винтовую пару перемещает шток исполнительного механизма и связанную с ним щетку потенциометра обратной связи.

Пусть самолет осуществляет полет на постоянной высоте Н = 7 км и постепенно увеличивает скорость так, что скоростной напор изменяется от q_min до q_max. Затем самолет набирает высоту от Н = 7 до Н = 10 км при максимальном скоростном напоре. Для этого примера в соответствии с программой регулирования длина штока исполнительного механизма l_б должна изменяться таким образом, как показано стрелками на рис. 10.4.

В начале разгона самолета шток и щетка потенциометра П_ос находятся в положении большого плеча БП, щетка П_q в верхнем положении (по схеме рис. 10.3), а щетка П_н - в положении, соответствующем Н = 7 км.

Хотя потенциал щетки Пq больше потенциала щетки П_н, ток по обмотке РП1 не протекает благодаря включенному диоду Д.

При увеличении q щетка П_q перемещается вниз и на обмотке РП2 появляется напряжение сигнала, которое вызывает срабатывание поляризованного реле, обеспечивающего включение электродвигателя.

Электродвигатель исполнительного механизма перемещает выходной шток и щетку потенциометра П_ос до тех пор, пока реле РП не выключит электродвигатель. Таким образом, положение щетки П_ос, а следовательно штока исполнительного механизма АРУ, определяется величиной скоростного напора, т.е. будет осуществляться участок программы 2-3 (рис. 4).

Рис. 4. Участок 2-3 программы регулирования плеч l_б и l_з, в АРУ-ЗВ

Из-за релейной характеристики поляризованного реле движение штока происходит не плавно, а ступенчато. Действительно, если на участке 2-3 программы изменение потенциала U_q щетки П_q происходит во времени так, как показано на рис. 10.5, то потенциал U_ос щетки потенциометра обратной связи не меняется (горизонтальные участки на трафике U_oc) до тех пор, пока разность напряжений  не достигнет напряжения срабатывания U_ср поляризованного реле. В этот момент двигатель включается и с максимальной скоростью перемещает шток (почти вертикальный участок на графике рис. 5).

При разности напряжения , равной напряжению отпускания реле U_отп реле размыкает свои контакты и двигатель выключается.

В точке 3 программы потенциалы щеток потенциометров П_q и П_нсравниваются. Начиная с этого момента, при увеличении скоростного напора через диодД будет протекать ток в обмотке РП1. Так как обмотки реле PH1 и РП2 включены встречно, их магнитные потоки взаимно компенсируются, но допуская включения поляризованного реле. Таким образом, на участке 3-4 перемещение штока не происходит.

Рис. 5. Изменение потенциала U_q щетки П_qна участке 2-3 программы регулирования АРУ

При наборе самолетом высоты щетка потенциометра П_н (рис. 3) перемещается вверх. Аналогично движению на участке 2-3 (рис. 4) щетка потенциометра П_осначинает отслеживать положение щетки П_н так, чтобы магнитные потоки РП1 а РП2 компенсировали друг друга. Осуществляется переход из точки 4 в точку 5 программы регулирования. Концевые выключатели КВ1 и КВ2 ограничивают величину перемещения штока, а КВЗ включает зеленую лампочку сигнализации максимального передаточного плеча от ручка управления к стабилизатору и малой загрузка ручки.

Схема АРУ-3В предусматривает как автоматическое, так и ручное управление. Желаемое положение штока при ручном управлении контролируется по указателю. Указатель имеет грубую оцифровку в единицах скорости и высоты полета, что дает возможность контролировать правильность работы АРУ путем сравнений показаний указателя с показаниями высотомера и указателя приборной скорости.

Автомат регулирования управления является очень важным устройством, отказ которого может вызвать аварийную ситуацию. Отказ АРУ в положения штока на большом плече наиболее опасен на малых высотах и больших скоростях полета. В этой случае летчик может отклонить ручку на величину, большую, чем требуется для изменения режима полета, что может привести к раскачке самолета. При отказе АРУ в положении штока на малом плече диапазон отклонения стабилизатора может оказаться недостаточный для вывода самолета на посадочный угол атаки, что приводит к увеличению посадочной скорости. Так как отказ АРУ может привести к аварийной ситуации, в процессе эксплуатации им следует уделять особое внимание. При выполнении предварительной подготовки АРУ проверяют с помощью переносной установки ППУ-АРУ. При этом проверяются зоны нечувствительности АРУ по скоростному напору и высоте, программа регулирования и качество работы следящей системы.

Установка позволяет имитировать скоростной напор и разрежение в системе ПВД самолета.

В полете работа АРУ контролируется по указателю. При значительных отклонениях показаний указателя АРУ от показаний указателя приборной скорости следует перейти на ручное управление. Характерными неисправностями АРУ являются "заедание" штока исполнительного механизма, обрывы цепей потенциометров, нарушение программы регулирования вследствие изменения жесткости анероидной и мембранной коробок датчиков высоты и скоростного напора.

Вывод: автоматы регулирования управления предназначены для улучшения характеристик продольной статической управляемости самолетов и обеспечивают изменение жесткости загрузка ручки управления и передаточного отношения от ручки управления к стабилизатору в зависимости от скоростного напора и высоты полета.