Демпфери коливань і автомати стійкості

Демпфером називається автоматичний пристрій, призначений для підвищення стійкості й поліпшення керованості ЛА шляхом штучного збільшення його моментів, що демпфірують, щодо відповідних осей. Це досягається відхиленням кермових поверхонь у напрямку, необхідному для створення моментів, спрямованих назустріч самовільному обертанню ЛА без втручання льотчика.

Застосування демпферів зумовлене тим, що в силу обмежених можливостей людини по швидкодії й по кількості інформації, її сприймання і обробки, льотчик може здійснювати керування лише при певних характеристиках ЛА. Демпфери, поліпшуючи характеристики стійкості й керованості ЛА, що дозволяє істотно розширити можливості ручного керування.

Через важливість завдань, розв'язуваних демпферами, до них пред'являються тверді вимоги відносно частотних характеристик, надійності роботи й збереження природності керування ЛА. Власна частота контуру демпфування повинна бути в 7-10 разів вище можливої частоти коливань ЛА по даному каналі. Висока надійність досягається використанням уніфікованих елементів, здатних до тривалої безвідмовної роботи, і дублюванням основних блоків демпферів. Для збереження природності керування ЛА контур автоматичного демпфування створюється таким, що льотчик не відчуває його роботу.

Більшість сучасних демпферів мають закон управління виду

δ_р=К^ω_ріω_і

де δ_р — відхилення руля під дією виконавчого органа демпфера;

К^ω_рі — передаточне число, що має розмірність градус відхилення руля на градус за секунду кутової швидкості літака;

ω_і — кутова швидкість ЛА навколо відповідної осі.

Кутові швидкості обертання ЛА виміряються датчиками кутових швидкостей (ДУС), виконаними на базі гіроскопів із двома ступенями волі.

Сигнал з ДУС надходить у релейно-підсилювальний блок (РУБ), що являє собою магнітно-релейний підсилювач. Першим каскадом є диференціальний магнітний підсилювач, охоплений для підвищення чутливості до вхідного сигналу позитивним зворотним зв'язком по вихідному струмі. Другий і третій каскади підсилювача виконані на поляризованому реле РПС-5 і силових реле Р1 і Р2 відповідно.

Релейно-підсилювальний блок управляє роботою виконавчого електромеханізму демпфера, називаного рульовим агрегатом управління (РАУ), що переміщує золотник бустера й забезпечує відхилення руля в необхідному напрямку. У більшості демпферів й у деяких автопілотах застосовується кермовий агрегат типу РАУ-107М різних варіантів. Він являє собою електромеханічну розсувну тягу, установлювану в розрив проводки ручного керування ЛА між завантажувальним механізмом і бустером (гідропідсилювачем) відповідного керма.

Основними елементами РАУ (рис. 8.5) є електродвигун постійного струму незалежного збудження, понижуючий редуктор 2, ходовий гвинт 3, висувний шток 4 із внутрішнім різьбленням, кінцеві вимикачі 5, ламельний пристрій 6, потенціометр зворотного зв'язку 7, гальмова електромагнітна муфта 8, корпус 9.

РАУ-107М має швидкість руху штока 80 мм/с, розрахований на номінальне навантаження 4 кгс, але в режимі перевантаження долає опір до 16 кгс. Розвантажуюче осьове зусилля для кермового агрегату дорівнює 1600 кгс.

Рис. 8.5. Рульовий агрегат управління (РАУ):

1 — електродвигун; 2 — редуктор; 3 — ходовий гвинт; 4 — висувний шток; 5 — кінцеві вимикачі; 6 — центруючий ламельний пристрій; 7 — потенціометр зворотного зв'язку; 8 — електромагнітна муфта; 9 — корпус

Хід штока РАУ обмежується кінцевими вимикачами й механічними упорами в редукторі й міняється залежно від варіанта. Максимальний хід по кінцевих вимикачах ±15±1 мм, по механічних упорах ±18 мм. Таке дублювання засобів обмеження ходу вихідного штока обумовлено небезпекою відмови демпфера, при якому шток може переміститися на величину більше припустимої.

При швидкості штока 80 мм/с кермова поверхня відхилиться на максимальний кут за час менший за одну секунду. За такий час льотчик не встигне зреагувати й втрутитися в управління ЛА. Для запобігання зазначеної небезпеки хід штока роблять таким, щоб при постановці його на упор, відхилення руля не перевищувало 20-25% максимально можливої величини. Це досягається установкою в необхідне положення кінцевих вимикачів й упорів.

Через обмеженість ходу штока РАУ необхідно перед включенням демпфера в роботу встановити шток у середнє положення, інакше не буде відбуватися демпфування коливань ЛА в одному з напрямків від необхідного положення. Для центрування штока РАУ оснащено ламельним пристроєм 6.

У статичному положенні гвинтова передача РАУ є саморегулююча й не допускає переміщення вихідного штока під дією навантаження. Однак при наявності вібрацій, неминучих на ЛА, сили тертя зменшуються й умова самогальмування може порушитися. Щоб уникнути мимовільного руху штока під дією навантаження, у редукторі РАУ передбачений спеціальний стопор, що під дією пружини входить у зчеплення з однієї із шестірень редуктора при вимиканні демпфера. У момент включення живлення демпфера електромагніт виводить стопор із зчеплення з шестірнею, звільняючи редуктор від гальмування.

У зв'язку з великим діапазоном висот і швидкостей польоту сучасних ЛА характеристики їхньої стійкості й керованості не залишаються постійними, а змінюються в широкому діапазоні залежно від режимів польоту. Для забезпечення ефективної роботи в будь-яких умовах польоту авіаційні демпфери мають спеціальні коригувальні пристрої, що змінюють передаточні числа по керуючих сигналах. Ця корекція здійснюється зазвичай у функції швидкісного напору q = ρ*V²/2 тобто в залежності від висоти й швидкості польоту.

Автоматичне демпфування коливань ЛА може здійснюватися по одній або декількох його осей. Залежно від цього демпфери бувають одноканальні, двухканальні й триканальні. Так, демпфери (автомати парирування) АП-106 і ДР-23 демпфують коливання ЛА по куту рискання, Д-2ДО-1Ю - по куті нишпорення й тангажа, Д-ЗК-ПО -по куту нишпорення, тангажа й крену, Д-2К-П5 - по куті нишпорення й крену, ДТ-105А и ДТ-128 - по куті тангажа.

Через ідентичність побудови структурних схем авіаційних демпферів й уніфікації їхніх основних елементів досить розглянути докладно роботу одного з них, указавши далі відмінні риси інших.

Рис 1.10. Схема двофазного індукційного двигуна.