Устойчивость по скорости и ее связь с управляемостью

При анализе устойчивости и управляемости вертолетов (как и самолетов) наиболее часто применяется связанная система координат. В связанной системе координатные оси жестко связаны с фюзеляжем при его возмущенном движении, тогда как инерциальная система координат неподвижна в пространстве. Поскольку установившаяся скорость вертолета определена относительно связанных осей, при их повороте будет менять направление и вектор скорости, что приводит к появлению центробеж- [c.406]

Продольная и поперечная скорости вертолета на режиме висе-ния изменяются путем создания моментов по тангажу и крену относительно центра масс вертолета, что представляет собой более трудную задачу. Летчик, воздействуя на рычаги управления, непосредственно изменяет углы тангажа или крена, в результате чего возникают продольная или поперечная сила, а затем и желаемое изменение скорости вертолета. Между силами и моментами, порождаемыми управляющими воздействиями, обычно имеется существенная взаимосвязь, так что любое управляющее воздействие для создания нужного момента требует некоторых компенсирующих воздействий по другим осям. Вертолет без системы автоматического повышения устойчивости не обладает ни статической, ни динамической устойчивостью, особенно на режиме висения. Поэтому сам летчик должен осуществлять управляющие обратные связи для стабилизации вертолета, что требует от него постоянного внимания. Использование автоматических систем для улучшения характеристик устойчивости и управляемости вертолета всегда желательно, а для ряда его применений — существенно важно, но такие системы увеличивают стоимость и усложняют конструкцию вертолета. [c.700]

При введении в обратную связь по угловой скорости сигнала угла один из нулей разомкнутой системы перемещается в левую полуплоскость, туда же следуют и комплексные корни, а модуль действительного корня увеличивается. Постоянная времени форсирования т должна быть достаточно велика для того, чтобы нуль находился близко к началу координат. Если модуль нуля большой, то корневой годограф оказывается ближе к случаю обратной связи по углу, при котором происходит уменьшение модуля действительного корня. Для вертолетов с шарнирным несущим винтом обычно требуется величина т = 2 - 4 с. Таким образом, обратная связь по углу и угловой скорости тангажа дает желаемое с точки зрения управляемости сочетание высокого демпфирования и устойчивости колебательного движения. Однако эта обратная связь не обеспечивает оптимальной для летчика управляемости. Требуемая для системы управления [c.724]

На рис. 15.6 показаны корневые годографы для обратных связей по углу и по угловой скорости тангажа с запаздыванием. Механические системы стабилизации вводят такое запаздывание, обычно составляющ,ее около 1 с, что соответствует введению дополнительного полюса разомкнутой системы в левой полуплоскости. Вообще введение запаздывания ухудшает характеристики управляемости. При довольно большом запаздывании сигнала угла колебательное движение уже нельзя стабилизировать, а запаздывание сигнала угловой скорости ограничивает возможное демпфирование для действительного корня. Если же полюс, соответствующий запаздыванию, значительно больше действительного корня вертолета по модулю, то он мало влияет на корневой годограф. В частности, запаздывание сигнала угла и угловой скорости приемлемо до тех пор, пока постоянная времени форсирования больше постоянной времени запаздывания (полюс, соответствующий запаздыванию, должен находиться слева от нуля, соответствующего форсированию, и предпочтительно слева от действительного корня вертолета). Обратная связь по угловой скорости с запаздыванием (/s+1) 0is = =представляет интерес, поскольку существуют механические системы, реализующие такое управление (разд. 15.6). Она в основном подобна обратной связи по угловой скорости. Хотя обратная связь по угловой скорости, в том числе и с запаздыванием, не дает устойчивой замкнутой системы, она определенно улучшает динамику вертолета. При больших коэффициентах усиления колебательное движение может быть устойчивым даже при обратной связи по угловой скорости с запаздыванием, но этот случай не имеет практического значения. [c.727]

Анализируя условие о кривизне или градиент отклонения ручки по перегрузке, можно заключить, что маневренность вертолета сильно зависит от размеров стабилизатора. Устойчивость по углу атаки, обусловленная стабилизатором, является эффективным средством получения требуемой реакции по перегрузке. Ясно, что вертолет без стабилизатора не будет иметь удовлетворительных характеристик управляемости в короткопериодическом движении. Увеличение демпфирования по тангажу путем использования обратной связи по угловой скорости тангажа или применения бесшарнирного несущего винта улучшает короткопериодическую реакцию за счет уменьшения чувствительности управления, особенно на малых скоростях полета (пока не увеличится производная устойчивости по углу атаки). [c.761]

В работе [R.30] была исследована динамика продольного движения вертолета без стабилизатора и установлено, что основные проблемы управляемости при полете вперед связаны с неустойчивостью по углу атаки и усилиями на ручке при выполнении маневров. Неустойчивость по углу атаки приводила к неприемлемой реакции по нормальному ускорению при отклонении ручки на себя . Выяснился неустойчивый характер изменения нормального ускорения и зафиксированы нежелательные усилия на ручке при выполнении продольных и поперечных маневров на режиме висения. При полете вперед обнаружилось сильное ухудшение устойчивости длиннопериодических колебаний из-за неустойчивости по углу атаки, которое возрастало с увеличением скорости. Для обеспечения устойчивости по углу атаки при полете вперед было предложено применить стабилизатор. [c.765]

В работе [А. 15] было сделано заключение, что основная проблема управляемости вертолета продольной схемы связана с неустойчивостью по углу атаки из-за несущих винтов. Для повышения устойчивости было предложено использовать на переднем винте компенсатор взмаха. Исследованный в работе вертолет имел неустойчивость и по скорости. В работе [Т.26] были выполнены теоретические и летные исследования неустойчивости по скорости вертолета продольной схемы при полете вперед. Неустойчивость была вызвана уменьшением индуцируемого передним винтом скоса потока на заднем винте при увеличении скорости полета. Расчеты, в которых для вычисления индуктивной скорости на заднем винте, обусловленной влиянием переднего, было принято в = Уц. позволили получить приближенную оценку неустойчивости по скорости. Было найдено, что продольный встречный наклон автоматов перекоса увеличивает устойчивость по скорости. Вертолет стал слабо устойчивым при угле наклона 4,5°. В работе [В.95] сделано заключение [c.772]

Таким образом, система управления с обратной связью по моменту на втулке уменьшает прямую реакцию несущего винта на отклонение управления, движения вала и порывы ветра. Парирование влияния порывов ветра и в общем уменьшение устой-чивости по скорости желательны. При полете вперед также уменьшается неустойчивость несущего винта по углу атаки, что существенно улучшает продольную управляемость вертолета. Реакция на непосредственное изменение циклического шага уменьшена, но винтом можно управлять, прикладывая моменты к гироскопу. Обратная связь по моменту на втулке уменьшает демпфирование угловых перемещений несущего винта, но она также уменьшает реакцию на угловую скорость поворота вала, которая связывает продольное и поперечное движения. При наличии демпфирования во вращающейся системе координат гироскоп создает обратную связь по угловым скоростям тангажа и крена, заменяющую демпфирование несущего винта. Характеристики винта с обратной связью по моменту на втулке подобны характеристикам бесшарнирного винта. Обратная связь уменьшает реакцию винта на внешние возмущения и сами силы на несущем винте, обусловленные движением вертолета (а также устойчивость по скорости и неустойчивость по углу атаки), но обеспечивает демпфирование угловых перемещений, заменяющее демпфирование от несущего винта. Если обратная связь по моментам реализуется на бесшарнирном винте, то основным дополнительным соображением является выбор угла опережения управления в контуре обратной связи. Угол должен быть таким, чтобы продольное и поперечное движения вертолета и реакция на отклонение управления не были связанными. При большом коэффициенте усиления, желательном для улучшения характеристик системы, может оказаться недостаточным учет только низкочастотных (т. е. статических) реакций винта и гироскопа. Более того, при высоком коэффициенте усиления [c.781]

Трудно сейчас указать отрасль техники, развитие которой не находилось бы в теснейшей связи с разрешением задач движения жидкости или газа. Не говоря уже об авиации и кораблестроении, основные проблемы которых — полет, устойчивость и управляемость самолета, ходкость, остойчивость и управляемость судна — неразрывно связаны с аэро-газодинамикой и гидродинамикой, а также смежных с авиацией отраслей техники, отметим особо важное значение гидроаэродинамики и газодинамики в турбостроении и, вообще, энергомашиностроении. Рабочее колесо гидротурбины, паровой и газовой турбин, компрессора или насоса представляет собою сложную конструкцию, состоящую из ряда профилированных лопаток, иногда имеющих тот же профиль, что и крыло самолета (компрессор, насос), иногда значительно отличающуюся от него по своей форме. При вращении рабочего колеса его лопатки обтекаются с большими относительными скоростями водой, газом или паром. От правильного гидроаэродинамического расчета формы профилей и общей конструкции рабочих колес зависит получение достаточной мощности машины, высокого ее [c.16]

Работы по установке на самолет ТБ-3 двигателей М-34 с взлетной мощностью 870 л. с. и номинальной мощностью 750 л. с. на высоте 3500 м начались в ЦАГИ еще в 1932 г. (см. рис. 5). Конструкция самолета с новыми двигателями и его вооружение, за исключением небольших изменений в топливной и масляной системах, первоначально оставалась без изменений. В марте 1933 г. самолет ТБ-3 с двигателями М-34 и воздушными винтами диаметром 3,18 м выполнил первый полет. Летные испытания показали, что новые двигатели несколько улучшили характеристики взлета и скороподъемности самолета, примерно на 10 км/ч увеличили максимальную скорость его горизонтального полета (см. табл. 2). Летчики отмечали улучшение характеристик устойчивости и управляемости самолета с новыми двигателями. Изучение причин столь незначительного улучшения летных данных самолетов ТБ-3 с более мощными двигателями показало, что это связано со снижением КПД воздушного винта из-за [c.311]

При проектировании в большинстве случаев компоновка троллейбуса определена, а параметры шин определяются тяговым расчетом. Потому основной задачей конструктора является разработка подвески, которая обеспечивала бы максимальную производительность троллейбуса в наиболее характерных условиях эксплуатации. Поскольку производительность троллейбуса непосредственно связана со скоростью движения, задача заключается в разработке подвески, обеспечивающей возможность движения троллейбуса по дорогам с неровной поверхностью в интервале эксплуатационных скоростей, без быстрой утомляемости водителя и пассажиров. Конструкция подвески влияет и на другие эксплуатационные свойства троллейбуса, в первую очередь, на его устойчивость и управляемость. [c.207]

УСТОЙЧИВОСТЬ ПО СКОРОСТИ и ЕЕ СВЯЗЬ С УПРАВЛЯЕМОСТЬЮ [c.158]

Ограничение скорости по числу М полета связано с обеспечением устойчивости и управляемости самолета, а также устойчивости работы силовой установки. В некоторых случаях ограниче-апе числа М может устанавливаться и по флаттеру. [c.252]

При изменении стреловидности крыла меняются условия нагружения поворотного узла и других силовых элементов конструкции самолета. Кроме того, сильно изменяются характеристики устойчивости и управляемости. В связи с этим ограничения скорости по предельному скоростному напору и по числам М назначаются в зависимости от стреловидности крыла. [c.264]

В большинстве случаев процесс изменения параметров движения во времени имеет колебательный характер. Общее возмущенное движение слагается из двух колебаний короткопериодического движения с периодом Т = 10 12 с и длиннопериодического (фугоидного) Тд = 15 -н 20 с. Первое связано главным образом с изменением угла атаки а, а второе с изменением скорости полета V. Допустима неустойчивость длиннопериодического движения, если время удвоения амплитуд соиавляет не менее 60 с. Параметры короткопериодического движения определяют важные характеристики динамикн полета ЛА — его устойчивость и управляемость. Приближенно частоту (Ок и коэффициент затухания короткопериоднческого колебания находят по следующим формулам [31] [c.479]

В настоящее время колебания приобретают особое значение в связи с бурным ростом мощностей машин, скоростей движения их агрегатов и механизмов, уменьшением относительной массы, увеличением их долговечности и надежносги, обеспечением устойчивости и управляемости систем Значительную роль в технике играют механические колебания, многие виды которых часто называют вибрациями. [c.11]

Резюмируя, можно отметить, что динамика продольного движения вертолета характеризуется тремя корнями действительным отрицательным (устойчивое апериодическое движение), который обусловлен в основном демпфированием по тангажу, создаваемым несущим винтом, и двумя комплексными корнями в правой полуплоскости (медленно нарастающие колебания), обусловленными связью отклонения по углу тангажа с поступательным движением посредством производной устойчивости по скорости Ми. Для шарнирногв несущего винта типичное значение действительного корня соответствует времени двойного уменьшения амплитуды ti/2 = 1 -г- 2 с. Комплексным корням соответствует длиннопериодическое движение с частотой 0,05ч-0,1 Гц (период Г =10- 20 с) и временем удвоения амплитуды /г = 3 -f- 4 с. Модули всех трех корней малы по сравнению с частотой оборотов несущего винта, что подтверждает справедливость использования низкочастотной модели. По величине действительный корень близок к корню вертикального движения. Неустойчивость не является большим недостатком, поскольку период и время удвоения амплитуды достаточно велики, что дает летчику возможность управлять этим движением. Однако характеристики управляемости вертолета таковы, что для эффективной стабилизации продольного движения летчик должен реализовать достаточно сложный алгоритм управления. [c.722]

Демпфирование увеличивалось путем применения гидростабилизирующего стержня, с помощью которого осуществлялась запаздывающая обратная связь по угловой скорости. Величина Мд При ЭТОМ увеличивалась в 3 раза относительно исходного значения. Запаздывающая обратная связь по угловой скорости существенно улучшала продольную управляемость при взятии ручки на себя . Без стабилизирующего стержня нормальное ускорение нарастало слишком долго, угловое ускорение было постоянным в течение первых 1,5 с, а кривизна кривой нормального ускорения была положительной в течение 2,5 с. С увеличением продольного демпфирования в 2—3 раза были получены приемлемые характеристики управляемости. Угловое ускорение быстро уменьшалось, и угловая скорость становилась постоянной. Кривая нормального ускорения сразу начинала подниматься вверх, а ее кривизна становилась отрицательной менее чем за 2 с. Увеличение демпфирования уменьшило частоту и увеличило Бремя удвоения амплитуды длиннопериодических колебаний они даже становились слабо устойчивыми при увеличении демпфирования в 2,7 раза относительно исходного. Поперечная управляемость при полете вперед оставалась удовлетворительной при введении запаздывающей обратной связи по 1угловой скорости крена. Увеличение поперечного демпфирования уменьшило установившуюся реакцию угловой скорости крена, которая обычно слишком велика. Начальное значение углового ускорения крена не изменилось, обратная связь улучшила длиннопериодическую реакцию и дала более постоянную реакцию угловой скорости крена на поперечное отклонение ручки. [c.766]

Военный стандарт США MIL-H-8501A определяет характеристики управляемости в полете и на земле для военных вертолетов. Этот стандарт является хотя и несколько устаревшим, но все же наиболее полным собранием норм летных характеристик. В отношении статической устойчивости стандарт определяет минимальное и максимальное значения начального градиента усилий на ручке в продольном и поперечном направлениях и требует, чтобы он был всегда положителен. В продольном управлении градиенты усилия и отклонения ручки по скорости полета должны соответствовать устойчивости умеренная степень неустойчивости допускается только для ПВП в диапазоне малых скоростей полета, хотя вообще она нежелательна. При полете вперед требуются устойчивые градиенты отклонения поперечного управления и педалей по углу скольжения, путевая устойчивость и устойчивость по поперечной скорости. Для ППП путевое и поперечное управления должны иметь устойчивые градиенты по усилиям и по отклонениям. Оговорены также усилия на рычагах управления на переходных режимах, паразитные перекрестные связи по этим усилиям, запасы управления и другие факторы. Характеристики динамической устойчивости при полете вперед оговорены в стандарте MIL-H-8501A в терминах периода и демпфирования длиннопериодического движения. На рис. 15.15 суммированы требования для эксплуатации по ПВП и ППП. [c.785]

Особенности устойчивости и управляемости самолета на воздушных участках взлетной и посадочной дистанций связаны в основном с тем, что малы скорости и велики углы атаки. В связи с малыми скоростями характерно заметное запаздывание реагиро" вания самолета по углу тангажа на отклонен ие руля высоты. Угол тэнгажа самолета является суммой двух углов угла наклона траектории 0 и угла атаки а (рис. 7.01). Оба эти угла при малой скорости изменяются медленно угол атаки — потому, что мал рулевой момент и сильно проявляется инертность самолета при вращении вокруг оси г (особенно у самолетов с длинным фюзеляжем), а угол наклона траектории — из-за того, что при скорости, близкой к минимальной, невозможно получить значительные приросты подъемной силы и искривление траектории происходит вяло. Учитывая запаздывание самолета, ручку нужно отклонять с упреждением, для чего требуется соответствующая тренировка. [c.347]

Многие области техники используют достижения механики жидкости к газа. Авиация и кораблестроение, основными проблемами которых являются скорость, устойчивость и управляемость самолета, ходкость, устойчивость и управляемость судна, неразрывно связаны с аэродинамикой и гидродинамикой. Такая смежная с авиацией отрасль техники, как реактивная техника, не только использовала достижения предыдущей эпохи, но и поставила, главным образом, перед газовой динамикой, ряд новых задач, послуживших дальнейшему значительному развитию этой сравнительно молодой отрасли механики жидкости и газа. Так, например, конкретная задача о возвращении космического корабля или баллистической ракеты на землю через плотные слои атмосферы вызвала к жизни многочисленные исследования по борьбе с разогревом поверхности твердого тела за счет тепла, возникающего при диссипации механичес ой энергии потока вблизи поверхности тела (в пограничном слое), с плавлением или сублимацией (непосредственным испарением твердой поверхности без прохождения процесса предварительного оплавления) поверхности корпуса ракеты. Совокупность этих и многих других близких задач привела к образованию нового раздела механики жидкости и газа — аэротермодинамики. Отметим еще важное значение гидроаэродинамики и газодинамики в турбостроении и двигателестрое-НИИ, особенно в создании реактивных и ракетных двигателей. Проточные части гидротурбины, паровой и газовой турбин, реактивного двигателя, компрессора или насоса представляют собой сложные конструкции, состоящие из ряда неподвижных (направляющие аппараты) и подвижных (рабочие колеса) лопастных систем. При вращении рабочих колес составляющие их лопатки обтекаются с большими относительными скоростями водой, газом или паром. От правильного гидродинамического расчета формы профилей и конструкции лопаток рабочих колес зависит достижение требуемой мощности машины, ее высокого коэффициента полезного действия. Надо также уметь рассчитывать и лопастные направляющие аппараты водяной, воздушной или газовой 1урбины, улучшать и другие элементы проточной асти, от гидроаэродинамического совершенства которых зависит качество турбины в целом. [c.16]

Постройка самолета ДБ-А была закончена в ноябре 1934 г., и после наземной отработки, связанной в основном с обеспечением герметичности воздушной системы, 2 мая 1935 г. состоялся его первый полет под управлением летчиков Я. М. Моисеева и Н. Г. Кастанаева. Большая часть полетов по программе заводских испытаний выполнялась летчиками Н. Г. Кастанаевым и А. К. Туманским. Заводские летные испытания самолета с моторами М-34РН были закончены зимой 1936 г., и в марте того же года он был передан на государственные испытания. По оценке летчиков самолет нормально рулил, хорошо слушался тормозов, но при движении по земле из кабины летчиков не обеспечивался хороший обзор, и летчик должен был рулить стоя, открыв аварийный люк. Набор высоты не имел каких-либо особенностей и протекал нормально. Самолет обладал хорошей устойчивостью пути, твердо лежал на курсе на любой скорости и не имел тенденции к рысканию. При дросселировании одного двигателя самолет мог летать горизонтально с нормальной полетной массой, равной 22 т, по при дросселировании двух двигателей с одной стороны у самолета возникало заворачивание, и он переходил в пологое планирование. ДБ-А обладал нормальной продольной устойчивостью с закрепленными рулями (по современной терминологии — с фиксированным управлением) и хорошей поперечной устойчивостью. Управляемость самолета оценивалась как удовлетворительная. Закрытая кабина летчиков улучшила условия их работы, но при этом снижался обзор вперед, в плоскости крыльев и назад. Отсутствие видимости концов крыльев делало почти невозможным вождение самолета в строю, и в связи с этим на серийных самолетах ДБ-А рабочие места летчиков было решено поднять на 400 мм. [c.326]

Знание скорости полета необходимо как для пилотирования самолета, так и для целей самолетовождения. Нолет самолета со скоростью ниже минимальной приводит к потере устойчивости и управляемости. Увеличение скорости сверх допустимой связано с опасностью разрушения самолета. Для целей самолетовождения знание скорости полета необходимо для вьшолнения различных навигационных расчетов. Различают приборную, воздушную и путевую скорости полета, измеряются они в километрах в час (км/ч). [c.43]

В развитии систем управления полетом можно выделить ряд логически связанных этапов (рис. 7.1). Первые самолеты пилотировались вручную. С увеличением скорости и размеров самолетов возросли требуемые усилия на аэродинамических рулях и появились системы, в которых большую часть этих усилий обеспечивали гидромеханические приводы (рис. 7.1, а). При увеличении диапазона скоростей и высот полета стал наблюдаться большой разброс усилий сопротивления на рулях вплоть до возникновения помогающей нагрузки. В - связи с этим появились системы, где летчик с помощью механической проводки перемещает только золотник гидроусилителя (см. рис. 7.1, б). При этом летчик не чувствовал сопротивления и для координации ею усилий стали применять пружинные нагружатели ручки управления. Для повышения устойчивости самолетов и обеспечения автоматизации управления на некоторых этапах полета в системы управления начали вводить автопилоты, которые с помощью электрогидравлических приводов небольшой мощности (рулевых машинок) вырабатывали дополнительный сигнал перемещения золотника мощного гидромеханического привода (см. рис. 7.1, в). Усложнение задач, решаемых системой управления, потребовало создания и включения в общий корпур управления систем улучшения управляемости самолета (см. рис. 7.1, г). Реализация этих систем потребовала, в свою очередь, применения различных автоматов зафузки ручки управления, датчиков положения этой ручки, а также комплекса датчиков измерения параметров движения самолета и все более усложняющегося электронного блока управления. В механическую проводку помимо различных компенсаторов люфтов стали вводить вспомогательные агрегаты типа раздвижной тяги для корректировки входного сигнала в зависимости от параметров полета. Необходимо отметить, что механическая проводка имеет сравнительно низкие статические и динамические характеристики, которые ухудшают параметры контура управления самолетом. Инерционность, люфты в [c.155]

Как самостоят. наука А. возникла в нач. 20 в. в связи с потребностями авиации. Одна из осн. задач А,— проектные разработки летат. аппаратов путём расчёта действующих на них аэродинамич. сил. В процессе проектирования самолёта (вертолёта и т. п.) для определения его лётных св-в производят т. н. аэродинамич. расчёт, в результате к-рого находят максимальную, крейсерскую и посадочную скорости полёта, скорость набора высоты (скороподъёмность) и наибольшую высоту полёта ( потолок ), дальность полёта при заданной полезной нагрузке и т. д. В А. самолёта разрабатывают методы аэродинамич. расчёта и определения аэродинамических сил и моментов, действующих на самолёт в целом и на его части — крыло, фюзеляж, оперение и т. д. К А, самолёта относят обычно и расчёт устойчивости и управляемости самолёта, а также теорию воздушных винтов. Вопросы, связанные с нестационарным режимом движения летат, аппаратов, рассматриваются в динамике полёта, [c.42]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...