Загальні відомості про систему керування вертольота
Автопілот призначений для полегшення роботи льотчика під час пілотування вертольота.
Політ вертольота, як рух у просторі будь-якого вільного тіла, можна розглядати що складається з обертання навколо центру тяжіння щодо 3-х осей і руху центру тяжіння щодо землі (вздовж кожної з 3-х осей). Обертання вертольота навколо центру тяжіння прийнято називати кутовими рухами, рухи центру тяжіння – траєкторними рухами. При пілотуванні вертольота льотчик управляє як кутовими рухами, і траєкторним.
Управління кутовими рухами вертольота
Кінцевою метою пілотування є управління переміщенням центру ваги гелікоптера щодо землі, тобто. керування траєкторними рухами. Проте необхідною умовою виконання траєкторних рухів є забезпечення стабілізації кутових рухів вертольота. Так як по кутових рухах вертоліт є нестійким, то забезпечення стабілізації кутових рухів вертольота вимагає великих зусиль з боку льотчика, відволікаючи його від виконання його основних функцій.
При зміні вертольота заданого кутового положення льотчик отримує про це візуальну інформацію або по земним орієнтирам, або за курсором (напрямком), крену і тангажу.
Реагуючи на цю зміну, льотчик впливає за допомогою важелів управління на органи управління гелікоптером (рис.1) і повертає його до початкового положення.
Рис.1 Схема ручного управління вертольотом.
Автопілот призначений для розвантаження льотчика від керування кутовими рухами вертольота, забезпечуючи стабілізацію заданих кутових положень. У цьому за льотчиком залишається функція контролю.
Автопілот є пристроєм, що сприймає інформацію про змінукутових положень вертольота і органи управління, що відхиляють відповідним чином. Для отримання інформації про зміну кутових положень вертольота служать чутливі елементи (рис.2), як використовуються дистанційні датчики сигналів кутів курсу, крену і тангажу і датчики кутових швидкостей обертання вертольота навколо 3-х просторових осей.
Рис.2 Схема включення каналів кутової стабілізації автопілота в систему керування вертольота
Сигнали з чутливих елементів надходять до автопілота, де перетворюються, посилюються і потім впливають на органи управління. Таким чином, АП виконує функції льотчика із забезпечення стабілізації кутових положень вертольота. При цьому працює замкнута система автоматичного регулювання вертоліт-автопілот (контур 1). Особливістю даного автопілота є збереження замкнутої системи регулювання «Гвинтокрил-льотчик» (контур 2) навіть при працюючому автопілоті. Це означає, що на органи управління можуть одночасно впливати і льотчик і автопілот. Можливість такої спільної роботи льотчика та автопілота здійснюється за допомогою так званого диференціального управління, при якому результуюче переміщення органів управління вертольота дорівнює сумі алгебри переміщень від керуючих вплив льотчика і автопілота.
Диференціальне управління здійснюється на гелікоптері за допомогою електрогідравлічних комбінованих агрегатів управління (типу КАУ-30Б, РА-60А), що встановлюються в систему управління гелікоптера. Вихідний шток таких кермових агрегатів може переміщатися як від важелів керування льотчиком (при цьому кермовий агрегат працює як гідропідсилювач, необхідний в системі керування вертольотом для зменшення зусиль, що прикладаються льотчиком до важелів.управління), і від електричних сигналів АП, який керує переміщенням якоря спеціального електромагнітного поляризованого реле, встановленого в рульовому агрегаті.Якір поляризованого реле переміщаєспеціальний золотник (або сопло-заслінку), переміщення якого у свою чергу викликає переміщення вихідного штока рульового агрегату.
Конструкція рульових агрегатів така, що переміщення органів керування від сигналів автопілота не передається на важелі керування льотчика, обмежені 20% повного переміщення органів керування. Таке обмеження необхідне безпеки польоту у разі відмови АП, т.к. більшість можливих відмов автопілота супроводжується появою одностороннього сигналу на виході та швидких відхилень органів управління.
Разом з тим, такий обмежений діапазон роботи органів управління від сигналів АП в більшості випадків цілком достатній для парірування реальних збурень, що діють на гелікоптер і стабілізації кутових положень гелікоптера.
Однак, у деяких випадках (наприклад, у каналі напрямку при розгонах або гальмуванні) такого запасу керування для АП недостатньо і стабілізація у цих випадках може порушуватися. Щоб цього не відбувалося, у системі колійного керування вертольота встановлені спеціальні кермові агрегати (типу РА-60А, з так званою «перегонкою»).
"Перегонкою" називається такий режим роботи рульового агрегату, при якому відбувається автоматичне переміщення з постійною швидкістю вихідного штока рульового агрегату разом з важелем управління льотчика. Включається режим перегонки автоматично при повному використанні АП свого запасу управління (20% від повного запасу управління).
"Перегонка" як би розширює запас керування для автопілота, змушуючи переміщатисяважелі управління льотчика у той самий бік, у якому забракло запасу управління від АП. Швидкість перегонки з умови безпеки вибирається досить малою (приблизно 10% від max).
Сумарне переміщення органів управління (від АП та від «перегонки») викличе рух вертольота до початкового положення, що призведе, у свою чергу, до автоматичного вимкнення «перегонки». У цьому, хоча стабілізація і відновлюється, запас управління від АП вичерпується.
У разі потреби льотчик може зупинити «перегонку» та змусити органи управління рухатися у потрібному напрямку, доклавши певного зусилля до важелів управління.
Кутові положення вертольота щодо кожної з трьох просторових осей - поздовжньої, поперечної та вертикальної називається відповідно креном, тангажом, курсом (напрямком).
Для керування креном льотчик впливає на ручку управління в поперечному напрямку, для керування тангажом - в поздовжньому напрямку.
При управлінні курсом льотчик впливає педалі.
Для забезпечення автоматичного керування курсом, креном, тангажем автопілот має три незалежні канали, що впливають на відповідні органи управління (аналогічно льотчику):
канал спрямування – на крок хвостового гвинта;
канал крену - на автомат перекосу в поперечному напрямку;
канал тангажу - на автомат перекосу в поздовжньому напрямку.
Управління висотою польоту
За виконання горизонтальних польотів льотчику доводиться часто впливати на ручку «крок-газ» підтримки постійної висоти польоту. Для розвантаження льотчика від цієї роботи в АП передбачено канал висоти, що впливає на загальний крок гвинта вертольота, що несе, рис.3.
Як ЧЕвикористовується коректор висоти, що дає АП сигнал зміни барометричної висоти польоту. На відміну від каналів кутової стабілізації, де одночасно можуть працювати контури вертоліт-льотчик (контур 2) і вертоліт-АП (контур 1), в каналі висоти при втручанні льотчика в управління АП відключається (вимикач В1 розімкнуто). В іншому робота контуру стабілізації висоти аналогічна роботі контуру кутової стабілізації.
Рис.3Схема включення каналу висоти автопілота в систему керування вертольота
Управління швидкістю польоту
Крім стабілізації кутових рухів та висоти польоту Н вертольота у більшості режимів потрібна підтримка незмінної швидкості польоту. На вертольоті керування швидкістю польоту відбувається за допомогою тих же важелів керування, що і при керуванні кутом тангажу, тому що швидкість польоту на незмінному загальному кроці залежить головним чином від кута тангажу вертольота. Хоча стабілізація кута тангажу опосередковано забезпечує стабілізацію швидкості польоту, але точність стабілізації у своїй недостатня.
У зв'язку з цим на гелікоптері встановлено коректор повітряної швидкості КВ-11, з якого сигнал зміни швидкості польоту надходить у канал тангажу автопілота, що забезпечує підвищення точності стабілізації швидкості польоту. Схема включення коректора швидкості контур стабілізації кута тангажу зображена на рис. 4. Контур стабілізації кута тангажу стає у своїй допоміжним, т.к. вихідний величиною, що стабілізується, є в цьому випадку швидкість польоту вертольота.
Рис.4 Схема включення коректора швидкості до системи керування вертольота