2.7.3 Чувствительность управления

2. 7. 4 Запаздывание в управлении

Запаздывание в управлении определяется временем от начала отклонения рычага управления до начала изменения положения вертолета в пространстве.

Сравнительно высокая эффективность управления вертолета Ми-8 проявляется, как на всех вертолетах без автопилота, с некоторым запаздыванием.

Особенно характерно запаздывание для продольного и поперечного управления. Здесь оно определяется главным образом временем изменения положения воздушного столба, отброшенного несущим винтом воздуха, реакцией которого является тяга НВ. Это время примерно равно двум оборотам несущего винта (0, 3 – 0, 5 с). Наличие запаздывания в управлении требует двойного, упреждающего движения ручкой управления, что при некоординированном отклонении органов управления может привести к раскачке вертолета.

2. 8 Применение автоматических устройств в системах управления вертолетами

Изложенные выше характеристики устойчивости показывают, что вертолеты на большинстве режимов полета являются неустойчивыми летательными аппаратами. Основные причины этого – неудовлетворительные статические характеристики устойчивости и слабое демпфирование.

Наиболее полное и радикальное решение задачи обеспечения устойчивости вертолета достигается при использовании специальных автоматических устройств, улучшающих летчику (а временами заменяющих его) пилотирование вертолета. К таким устройствам относятся автопилоты (АПЛ) и системы автоматического управления (САУ). Вертолетные автопилоты минимум трехканальные, т. е. осуществляют регулирование или стабилизацию заданного положения фюзеляжа в пространстве по тангажу, крену и курсу. Правда, автопилот, стабилизирующий только ориентацию фюзеляжа вертолета, не может с необходимой для практики точностью поддержать установившийся режим полета. Для этого схема автопилота дополняется системами стабилизации высоты и скорости полета. В результате вертолет с включенным автопилотом обретает новое качество – устойчивость собственного движения. При этом в корне меняется динамика вертолета как управляемого объекта и упрощается техника пилотирования.

Для обеспечения летчику управления вертолетом «вместе с автопилотом» рулевые машины включаются в систему управления последовательно или, как говорят, дифференциально, т. е. так, что отклонение органа управления происходит по двум причинам:

- от отклонения рычага управления летчиком;

- от сигнала автоматического устройства.

При таком включении рулевая машина действует как раздвижная тяга, встроенная в жесткую механическую проводку управления. Летчик может вмешиваться в управление в любой момент, отклоняя рычаг управления, изменяя режим полета и одновременно задавая автопилоту новые значения параметров полета, которые необходимо теперь поддерживать. Постоянная работа автопилота, направленная на гашение отклонений от заданного режима полета, обеспечивает в восприятии летчика существенное повышение характеристик демпфирования вертолета по сравнению с его собственными свойствами без АПЛ. Кроме того, при управлении с АПЛ, имеющим закон регулирования, увеличивается эффективность управления. Это достигается с помощью так называемых компенсационных датчиков, обеспечивающих центрирование рулевых машин на различных режимах полета (т. е. в соответствии с различными положениями рычагов управления). Вводимый в автопилот сигнал положения рычага управления (ручки) приводит к дополнительному (от АПЛ) увеличению отклонения органов управления пропорционально величине перемещения рычагов.

Таким образом, пилотируя вертолет с включенным автопилотом, летчик воспринимает вертолет как устойчивый летательный аппарат с хорошими характеристиками управляемости.

Дифференциальная схема включения рулевых машин автопилотов предусматривает ограничение хода исполнительных штоков не более 20 – 25 % полного диапазона отклонения управления. Это исключает появление опасных ситуаций в полете при отказе автопилота, поскольку у летчика всегда остается запас управления для парирования влияния отказавшей системы, даже при уходе штоков рулевых машин в крайнее положение.

Благодаря отмеченным свойствам автопилоты, устанавливаемые на современных вертолетах (АП-34Б, ВУАП-1 и др. ), обеспечивают простоту пилотирования на всех эксплуатационных и критических режимах в простых и сложных метеорологических условиях полета днем и ночью. При этом существенно разгружается внимание летчика при пилотировании вертолета и уменьшаются затраты его умственной и физической энергии. Точность выдерживания заданного углового положения вертолета по крену, тангажу и курсу в спокойной атмосфере у современных автопилотов составляет ± (0, 5 – 1)º.

Безопасность полета в случае отказа автопилота обеспечивается:

- ограничением перемещений исполнительных органов управления вертолетом по сигналам автопилота;

- индикацией положений штоков рулевых машин автопилота;

- автоматическим отключением автопилота при отказе любого из источников питания или бортовых датчиков, контролирующих исправность автопилотов и т. д.

Развитие автопилотов и улучшение их характеристик и возможностей позволили расширить функции автоматического управления, выйти из сферы контроля и стабилизации углового положения вертолета и перейти к автоматическому управлению траекторией полета. Для этого создаются системы автоматического управления (САУ), составной частью которых является автопилот. Автопилот в САУ обеспечивает работу внутреннего контура управления по углам пространственного положения вертолета. Остальные элементы САУ обеспечивают автоматическое выполнение заданной (запрограммированной заранее или формируемой в соответствии с задачей) траектории движения. Для этого САУ имеет дополнительные воспринимающие элементы, дающие информацию о параметрах траектории, вычислительные устройства (ЭВМ), вырабатывающие командные сигналы и другие элементы, обеспечивающие ввод этих сигналов в соответствующие каналы автопилота и системы управления вертолетом. САУ имеют высокие показатели по точности выдерживания контролируемых (задаваемых) величин. Например, высота полета контролируется и выдерживается по определенному закону  с   точностью  до + 5 м и выше, приборная  скорость – с  точностью  до ±  (5 – 10) км/ч. Однако нельзя рассчитывать на возможность автоматического управления полетом вертолета во всех случаях, особенно при сложной и изменяющейся воздушной обстановке, при перенацеливании и т. д. В то же время целесообразно (для облегчения и повышения качества работы летчика при выполнении различных задач) использовать возможности САУ по обобщению показаний пилотажно-навигационных приборов и выполнению сложных расчетно-логических операций, не говоря уже о роли САУ в улучшении характеристик устойчивости и управляемости вертолета. Поэтому в настоящее время для отечественных и зарубежных вертолетов разрабатываются системы комплексного полуавтоматического (директорного) управления, расширяющие сферу использования САУ. При директорном управлении результаты автоматического решения сложных задач возлагаются на САУ, выдаются в виде командных сигналов не в автопилот, а на директорные стрелки командно-пилотажного прибора (КПП).

Летчик пилотирует вертолет, руководствуясь этими командами, а также учитывая другую информацию, которая не вводится (или не может быть введена) в САУ. КПП указывает летчику, куда и каким образом отклонить рычаги управления вертолетом, чтобы выполнить оптимальный в данных условиях маневр, рассчитанный САУ с учетом установленных ограничений (по перегрузке, темпу взятия шага и т. д. ).

В этом состоит отличие директорного управления от обычной приборной или визуальной индикации, когда летчик наблюдает отклонения от заданных значений по угловому положению вертолета или траектории движения и должен самостоятельно решать задачу выбора оптимального маневра.

Следует подчеркнуть, что на КПП для отработки летчиком вручную выдаются лишь низкочастотные сигналы (команды) управления. Все высокочастотные сигналы (с частотой ≈ 0, 5 рад/с и более), связанные со стабилизацией положения вертолета или заданной траекторией, отрабатываются автоматически, не загружая летчика. Указания КПП дополняются информацией о траектории движения относительно земли в плане, которая выдается на индикатор с движущей картой, где показывается курс, дальность и боковое уклонение. Кроме того, летчик может использовать обычные пилотажно-навигационные приборы для контроля воздушной скорости и высоты полета, вертикальной скорости и т. п.