CC BY
49
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Аэромеханика и прочность
УДК 629.735.015:681.3
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ СКОРОСТИ НА КОЭФФИЦИЕНТ УПРАВЛЯЕМОСТИ В БОКОВОМ КАНАЛЕ
А.С. ЛЕСОВСКИИ
Статья представлена доктором технических наук, профессором Кублановым М.С.
Представлено влияние скорости на коэффициент управляемости в боковом канале.
Ключевые слова: поперечная управляемость, путевая управляемость, исследования с помощью коэффициента управляемости.
У конструкторов, и особенно, у пилотов возникает естественный вопрос, как изменяется эффективность управления (способность самолета ходить за ручкой) при изменении скорости полета.
Как было показано в работах [1 - 5], способность самолета ходить за ручкой можно определить с помощью коэффициента управляемости, поэтому оценку влияния приборной скорости на управляемость самолета будем проводить с его помощью.
Согласно [1 - 5] коэффициент управляемости имеет вид:
где 8 - параметр, характеризующий действие органа управления, 80 - балансировочное отклонение органа управления (для строго симметричного ВС 80 = 0), у - оцениваемый эффект управления, у0 - балансировочное значение эффекта управления, 1 - текущее время, т - временной лаг, Т - период времени, в течение которого проводится оценка.
При одинаковой дискретности записей управляющего воздействия и эффекта от него А1 коэффициент управляемости вычисляется следующим образом:
где т = к-А1;, а индекс 1 соответствует номеру последовательно отбираемых точек записи.
В качестве органов управления креном современных самолетов обычно используются элероны сравнительно небольшого относительного размаха и площади в комбинации с концевыми секциями интерцепторов, работающими по специальным алгоритмам. Вычислительные эксперименты по оценке результатов управления штурвалом по элеронам были проведены на математической модели, разработанной на кафедре АКПЛА МГТУ ГА на примере самолета Ту-204.
Оценка получена для четырех видов коэффициента управляемости:
- штурвал элеронов - угловая скорость крена К(т, Хэ0, Юх0);
- штурвал элеронов - угол крена К(т, Хэ0, у0);
- штурвал элеронов - угловая скорость рыскания К(т, Хэ0, Юу0);
- штурвал элеронов - угол рыскания К(т, Хэ0, у0).
ТI (5(1) - 50 )-(у0: + т) - у о )• ^
1 Т___________________________________
І(5і -5о)-(у1+к -уо)
п -1 1=1_________________________________
Поперечное управление
Все коэффициенты управляемости в данной статье вычислены между штурвалом по элеронам и соответствующими параметрами, поэтому в таблице для краткости будем оставлять только параметр цели, например, угловая скорость крена.
Исследование влияния скорости на поперечное управление было произведено на режиме т = 92,5 т, х т = 31,5 %, Н = 6000 м, 8з = 0°, для двух значений скорости: 350 км/ч и 450 км/ч.
На рис. 1 - 4 показаны графики коэффициентов управляемости К(т, Хэ0, юХ0), К(т, Хэ0, у0), К(т, Хэ0, Юу0), К(т, Хэ0, у0) для различных скоростей полета. В табл. 1 приведены значения лага времени, т. е. запаздывания реакции самолета на произвольные управляющие воздействия элеронами, соответствующие максимальному по абсолютной величине значению коэффициента управляемости.
Рис. 1. Коэффициент управляемости штурвал по элеронам - угловая скорость крена
Рис. 2. Коэффициент управляемости штурвал по элеронам - угол крена
Таблица 1
Лаг времени, с
Цель управления Скорость, км/ч
350 450
Угловая скорость крена 0,50 0,40
Угол крена 2,70 2,55
У гловая скорость рыскания 3,05 2,60
Угол рыскание 0,75 0,55
Лаг времени, с
Рис. 3. Коэффициент управляемости штурвал по элеронам - угловая скорость рыскания
Рис. 4. Коэффициент управляемости штурвал по элеронам - угол рыскания
Анализ представленных результатов по лагу времени показывает, что с увеличением скорости полета запаздывание реакции самолета на отклонение штурвала по элеронам уменьшается. Объясняется это тем, что эффективность рулей напрямую зависит от скорости полета (скорост-
РУ2)
ного напора ), поэтому и время запаздывания реакции самолета на перемещение штурвала по элеронам уменьшается.
Путевое управление
Эффективность вертикального оперения зависит от многих факторов: его геометрии, под-фюзеляжной части, расположения горизонтального оперения, крыла и др.
Существенное влияние на работу вертикального оперения оказывает изменение угла атаки. При увеличении угла атаки с фюзеляжа сходит вихревая пелена, которая приводит к образованию двух вихрей с противоположным направлением вращения. С возрастанием угла атаки срыв потока с фюзеляжа усиливается, и интенсивность вихрей возрастает. При наличии угла скольжения вихри располагаются несимметрично, что приводит к перераспределению нагрузки по высоте вертикально оперения.
В качестве органов путевого управления и стабилизации самолета Ту-204 используется однокилевое вертикальное оперение с рулем направления (РН).
Для исследования путевого управления целесообразно вычислять следующие коэффициенты управляемости:
- руль направления - угловая скорость рыскания К(т, 8рн0, Юу0);
- руль направления - угол рыскания К(т, 8рн0, у0);
- руль направления - угловая скорость крена К(т, 8рн0, ю^);
- руль направления - угол крена К(т, 8рн0, у0).
Исследование влияния скорости на путевое управление было произведено на режиме т = 92,5 т, х т = 31,5 %, Н = 6000 м, 5з = 0°, для следующих приборных скоростей: 350 км/ч; 400 км/ч; 450 км/ч; 550 км/ч.
На рис. 5 - 8 показаны графики коэффициентов управляемости К(т, 8рн0, юу0), К(т, 8рн0, у0), К(х, 8рн0, юХо), К(т, 8рн0, у0) для различных скоростей полета, а в табл. 2 - лаг времени, получаемый из произвольного отклонения руля направления.
Таблица 2
Лаг времени, с
Цель управления Скорость, км/ч
350 400 450 550
Угловая скорость рыскания 0,60 0,45 0,20 0,0
У гол рыскания 1,65 1,45 1,20 0,80
Угловая скорость крена 2,35 1,95 1,65 1,25
Угол крена 1,05 0,80 0,55 0,20
Рис. 5. Коэффициент управляемости РН - угловая скорость рыскания
Из рис. 5 следует, что запаздывание угловой скорости рыскания на отклонение РН уменьшается, причем уменьшение происходит до нуля при скорости 550 км/ч.
Из рис. 5 - 8 видно, что с увеличением скорости лаг времени уменьшается по всем параметрам. Объясняется это, как и в случае управления элеронами, тем, что эффективность рулей напрямую зависит от скорости полета, поэтому и время запаздывания реакции ВС на перемещение РН уменьшается.
Коэффициент управляемости
Рис. 6. Коэффициент управляемости РН - угол рыскания
Лаг времени, с
Рис. 7. Коэффициент управляемости РН - угловая скорость крена
Рис. 8. Коэффициент управляемости РН - угол крена
Выводы
В данной работе исследовано влияние приборной скорости полета на коэффициент управляемости в боковом канале управления. Скорость оказывает существенное влияние на способности самолета ходить за ручкой. Так, в канале управления рысканием реакция самолета на отклонение руля направления уменьшается с 0,6 для скорости 350 км/ч до нуля для скорости 550 км/ч. Эти величины пилотом воспринимаются и указанный эффект резкого улучшения способности самолета "ходить за педалями" должен учитываться в полете.
В работе [6] ухудшение способности "ходить" за ручкой с уменьшением скорости связывается с теми резкими изменениями усилия на ручке и ее положения, которые имеют место при выполнении посадки на любом самолете.
Коэффициент управляемости К(т, Х0, у0) проявил себя оценкой объективной, количественной, функциональной, универсальной и инвариантной, чего не хватало всем предыдущим, чаще всего субъективным оценкам характеризующим управляемость самолета.
ЛИТЕРАТУРА
1. Лесовский А.С. Применение корреляционного анализа для оценки управляемости самолета // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Аэромеханика и прочность, № 125, 2008.
2. Лесовский А.С. Оценка управляемости самолета в поперечном канале методами корреляционного анализа // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники. Безопасность полетов, № 127, 2008.
3. Лесовский А.С. Применение коэффициента управляемости для оценки перекрестных связей // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Аэромеханика и прочность, № 138, 2009.
4. Лесовский А.С. Применение коэффициента управляемости для определения границ колебательной и спиральной неустойчивости // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Аэромеханика и прочность, поддержание летной годности ВС, № 141, 2009.
5. Лесовский А.С., Кубланов М.С. Методика определения управляемости самолета // Научный Вестник УВАУГА. 2008. - № 1.
6. Остославский И.В., Калачев Г.С. Продольная устойчивость и управляемость самолета. - М.: Оборонгиз, 1951.
ESTIMATION OF INFLUENCING SPEED ON COEFFICIENT CONTROLLABILITY IN SIDE
CHANNEL
Lesovsky A.S.
Represent influencing speed on coefficient controllability in side channel.
Сведения об авторе
Лесовский Андрей Сергеевич, 1983 г.р., окончил МГТУ ГА (2006), аспирант кафедры аэродинамики, конструкции и прочности ЛА МГТУ ГА, автор 17 научных работ, область научных интересов -аэродинамика и динамика полета, математическое моделирование.
