Способы уменьшения маневренных усилий управления

Основными средствами снижения усилий на командных рычагах являются устройства, позволяющие уменьшать коэффициент шарнирного момента m_ш. Для этого используется энергия набегающего потока воздуха, поэтому такие средства принято называть аэродинамической компенсацией рулей.

К аэродинамической компенсации относятся: роговая, осевая, внутренняя компенсации, а также простой или пружинный сервокомпенсатор.

Первые три вида компенсации используют общий принцип: часть поверхности руля располагается спереди от оси вращения руля и создает относительно этой оси момент, уменьшающий шарнирный момент руля.

Роговая компенсация в настоящее время практически не применяется из-за большого сопротивления, создаваемого рогом при отклонении руля.

Внутренняя компенсация применяется на элеронах и представляет собой компенсатор большой площади, помещенный в камеру 1 с узкими щелями. Камера разделена гибкой перегородкой 3 на верхнюю и нижнюю полости. При отклонении элерона на компенсатор действует разница статических давлений в этих полостях, что уменьшает величину шарнирного момента элерона. Площадь компенсатора может составлять до 40% площади элерона, что уменьшает диапазон углов его отклонения. Основное преимущество внутренней компенсации - малый прирост лобового сопротивления крыла при отклонении элеронов.

Сервокомпенсатор по размерам и конструкции аналогичен триммеру, но летчиком не управляется. Он отклоняется автоматически при отклонении руля за счет кинематической связи тягой с неподвижной точкой на конструкции, к которой подвешен руль. Отклонение сервокомпенсатора в противоположную рулю сторону уменьшает его шарнирный момент.

Такой сервокомпенсатор работает по углу отклонения руля, что иногда может привести к перекомпенсации и слишком малым усилиям управления. Более совершенным является пружинный сервокомпенсатор.

Сервокомпенсатор 1 тягой 2 соединен с двуплечим рычагом 3, к которому присоединена тяга управления 4 от командного рычага летчика. Рычаг 3 имеет возможность вращаться относительно оси 0, которая одновременно является и осью рулевой поверхности. Второе плечо рычага 3 зажато пружинами 5, имеющих предварительную затяжку. Пока усилие в тяге 4 не превышает усилия предварительной затяжки пружин, двуплечий рычаг 3 вращаться не будет и компенсатор 1 не работает - он отклоняется одновременно с рулем.Когда же усилие на руле превысит усилие затяжки пружин, рычаг 3 повернется и отклонит сервокомпенсатор относительно руля, уменьшая при этом шарнирный момент руля. Разгрузка, создаваемая пружинным сервокомпенсатором, пропорциональна не углу отклонения руля, а усилию в системе управления, что обеспечивает снижение максимальных усилий на любых режимах полета.

Другим принципом снижения усилий управления является уменьшение размеров руля без снижения эффективности управления. Этот принцип используется в системах управления с серворулями, в системах управления с интерцепторами, в системах продольного управления с подвижным стабилизатором.

В системах управления с серворулями летчик командными рычагами отклоняет вспомогательную поверхность - серворуль, который подвешен шарнирно в хвостовой части основного руля.

Его размеры в несколько раз меньше основного руля. Он отклоняется в сторону, противоположную по отношению к отклонению основного руля, который свободно закреплен на своей оси вращения. При отклонении серворуля возникающее на нем усилие Р_ср отклоняет руль в противоположную сторону до тех пор, пока не уравновесятся моменты Р_ср · b = Р_р · с.

За счет разницы плеч "b" и "с" усилие на руле получается значительно больше усилия на серворуле, что и обеспечивает нужное движение самолета. Летчик на командном рычаге ощущает усилие от серворуля малых размеров. Основным недостатком такого управления является некоторое запаздывание в отклонении и работе основного руля.

Система управления с интерцепторами использует комбинацию интерцепторов с элеронами уменьшенных размеров, что обеспечивает снижение усилий управления. Интерцепторы отклоняются дополнительным приводом и их отклонение не влияет на усилия на штурвале. Отклонение интерцепторов повышает эффективность поперечного управления и компенсирует ее потери из-за уменьшения размеров элеронов.

Система управления с подвижным стабилизатором позволяет уменьшать размеры руля высоты и снижать усилия на его отклонение, а требуемая эффективность продольного управления на взлете и посадке обеспечивается перестановкой стабилизатора на меньший угол атаки. Угол отклонения стабилизатора изменяется дополнительным приводом и летчик усилий на его отклонение не затрачивает.

Все перечисленные способы снижения усилий управления обеспечивают получение приемлемых усилий лишь на умеренных дозвуковых скоростях полета и у самолетов небольших размеров. На тяжелых и сверхзвуковых самолетах добиться нужных усилий управления можно лишь путем подвода в систему управления дополнительной энергии с помощью специальных усилителей - бустеров, которые частично или полностью воспринимают усилия от шарнирных моментов рулей.