бустерное управление

Рис. 1. Структурная схема обратимого бустерного управления.

бу́стерное управле́ние — условное название систем управления летательным аппаратом, в которых для отклонения органов управления (ОУ) используются бустеры (см. Рулевой привод). Появление и развитие Б. у. обусловлено тем, что с ростом скоростей полёта и увеличением массы (размеров) летательных аппаратов увеличиваются аэродинамические шарнирные моменты M_ш аэр, для их преодоления требуются значительные усилия и мощности, тогда как средствами аэродинамической компенсации и сервокомпенсации уменьшить их до приемлемого для лётчика уровня удаётся не всегда. В авиации известны системы Б. у. трех типов: обратимое Б. у. (ОБУ), необратимое Б. у. (НБУ) с переходом на непосредственно ручное управление (НРУ) и НБУ без перехода на НРУ.

В системе обратимого Б. у. (рис. 1) аэродинамический шарнирный момент воспринимается одновременно и лётчиком, и рулевым приводом (РП), При этом любые воздействия лётчика на рычаг управления (РУ) вызывают противодействие (отсюда название системы) со стороны ОУ. В состав ОБУ кроме РП обычно включают устройства, обеспечивающие переход на НРУ при отказе ОБУ, а для снятия усилий на РУ при длительном полёте в установившемся режиме используют аэродинамические триммеры. Одной из основных характеристик системы ОБУ является коэффициент обратимости К_обр, равный отношению момента, воспринимаемого лётчиком, к полному М_ш аэр. Значения этого коэффициента лежат в пределах 0 < К_обр < 1. При К_обр = 1 лётчик воспринимает весь М_ш аэр, и таким образом имеет место НРУ, при К_обр = 0 весь шарнирный момент воспринимается РП — для схемы на рис. 1. К_обр = ad/[(c + d) (а + b)].

По сравнению с другими системами ОБУ обладает рядом преимуществ; отсутствует необходимость в применении устройств рычагов управления загрузки, поскольку часть М_ш аэр воспринимается лётчиком, и это даёт ему необходимое чувство управления летательным аппаратом; относительная простота перехода на НРУ в случае отказа ОБУ, благодаря чему достигается высокая безопасность полёта при недостаточно надёжном ОБУ, хотя при этом после перехода на НРУ управление летательным аппаратом будет осуществляться с повышенными усилиями. Однако системы ОБУ не нашли широкого применения в авиации по следующим причинам. Коэффициент К_обр который определяет снижение уровня усилий от М_ш аэр, не может быть принят малым, так как при отказе ОБУ лётчик должен будет преодолевать полный М_ш аэр, что ограничивается его физическими возможностями. Кроме того, адаптация лётчика от малых усилий к большим может оказаться невозможной. По этим соображениям К_обр обычно принимается умеренным, примерно равным 0,3. В случае появления по каким-либо причинам перекомпенсации, приводящей к смене знака усилий, система ОБУ вообще неработоспособна. При отказе ОБУ должна осуществляться «окольцовка» полостей привода, чтобы отказавший привод не препятствовал управлению, и фиксация золотника привода, чтобы исключить люфт в проводке управления. Но при этом даже в отключенном состоянии привод будет создавать дополнительное к усилию от М_ш аэр усилие от сил трения и демпфирования в проводке. В ОБУ практически исключается возможность применения автоматических устройств для улучшения характеристик устойчивости и управляемости летательного аппарата. Эти устройства включаются в проводку управления по так называемой дифференциальной схеме (последовательно), поэтому при их работе в ОБУ будет иметь место «отдача» на РУ; это недопустимо как с точки зрения функционирования самих автоматических устройств, так и управления летательным аппаратом лётчиком.

В системе необратимого Б. у. без перехода на НРУ М_ш аэр полностью воспринимается РП (рис. 2). Так как в данном случае между лётчиком и М_ш аэр отсутствует непосредственное взаимодействие, то для появления у лётчика чувства управления летательным аппаратом в системе НБУ необходимо применение искусственной загрузки РУ. Усилие на РУ от загрузочного устройства на установившихся режимах полёта снимается с помощью так называемого механизма триммерного эффекта, и лётчик в основном затрачивает усилия только на преодоление сил, создаваемых загрузочным устройством, трением в проводке управления и золотниках приводов. Переход к системе НБУ явился наиболее значительным шагом в развитии систем управления летательным аппаратом, так как применение НБУ позволило: обеспечить малые усилия управления летательным аппаратом лётчиком во всём диапазоне режимов полёта независимо от значений М_ш аэр; получить возможность применения различных автоматических устройств, используемых для обеспечения заданных характеристик устойчивости и управляемости летательного аппарата; применить на ОУ конструктивную компенсацию, которая приводит к повышению аэродинамического качества, или использовать ОУ вообще без компенсации; обеспечить противофлаттерные характеристики ОУ без дополнительных грузов с помощью РП, что даёт снижение массы конструкции. Одна из главных проблем создания системы НБУ без перехода на НРУ — обеспечение её высокой надёжности, по крайней мере, на уровне надёжности механических систем управления.

Система необратимого Б. у. с переходом на НРУ. Этот тип системы управления (рис. 3) фактически представляет собой комбинацию двух типов систем управления, которые поочерёдно используются в зависимости от состояния системы управления. При этом основной системой в рамках этой структуры является система НБУ, а резервной — НРУ, на которое осуществляется автоматический переход в случае отказа НБУ. Такая система содержит все элементы, присущие как НБУ, так и НРУ (РП с устройствами перехода на НРУ, загрузочное устройство, аэродинамический триммер, механизм триммерного эффекта и др.).

Поэтому на летательном аппарате должны отрабатываться две разнотипные системы управления, и при этом необходимо обеспечить надёжный и безударный переход с НБУ на НРУ (см. Совмещённое управление). В связи с этим механизмы системы НБУ (РП, загрузочное устройство) должны быть оборудованы надежными средствами их отключения при переходе на НРУ. Если же в систему НБУ входят устройства автоматизации управления (например, демпферы), то и они при переходе на НРУ должны отключаться. При этом все отключения должны осуществляться синхронно. Эксплуатационные возможности летательного аппарата, оборудованного НБУ с переходом на НРУ, ограничиваются по условиям безопасности областью режимов полета, в которой летательный аппарат может безопасно эксплуатироваться прежде всего на НРУ. В системах ОБУ и НБУ с переходом на НРУ основной вклад, в обеспечение надёжного управления вносит система НРУ как наиболее отработанная. Надёжность НБУ без перехода на НРУ достигается в основном за счёт многократного резервирования РП и их систем питания. Резервирование позволяет сохранить работоспособность системы после двух и более отказов её основных элементов; в существующих системах получен высокий уровень надёжности НБУ (вероятность отказа менее 1·10^‑9 на 1 ч полёта). Это позволило успешно применять НБУ не только на военных самолётах, снабженных средствами спасения экипажа, но и на пассажирских самолётах (Ту-154, Ил-86 и др.).

Б. Я. Бочаров.

Рис. 2. Структурная схема необратимого бустерного управления без перехода на ручное управление.

Рис. 3. Структурная схема необратимого бустерного управления с переходом на непосредственно ручное управление.