Диссертация (Исследование кинематики, динамики и рабочих процессов активной боковой ручки управления самолетом), страница 5

Конструкция такой ручки показана на Рисунке1.8 [25].Рисунок 1.8 – Конструктивная схема ручки с применением электромагнитовШар из мощных редкоземельных постоянных магнитов установлен накарданном подшипнике. Ручка жестко связана с ротором и может отклоняться вдвух плоскостях. Шар-ротор окружен четырьмя полюсами, на каждом из которыхрасположена управляющая катушка. При отсутствии тока в катушках ручканаходится в нейтральном положении: магнитные силы центрируют ротор, покаполе симметрично.

То есть даже в случае отключения электроэнергии ручкаостается работоспособной, но в пассивном режиме. В активном режимеположение и нагрузка ручки задается с помощью изменения тока в катушках.Такое решение ведет к очень большой ширине пропускания системы и ее высокойдинамике, поэтому для ее работы необходим высокочастотный контроллер тока,работающий на частоте порядка 20 кГц.ФункциональнаясхемаприведенанаРисунке1.9.Единственныйизмеряемый параметр – отклонение рукоятки. Сигнал о требуемом усилиипреобразуется в требуемый ток. Сила и знак тока обеспечивает требуемое усилиена рукоятке.

Благодаря высокой частоте и высокой пропускной способностиконтроллера достигается плавность и гладкость хода. Силу отклонения и28демпфирование можно настраивать. Кроме того, для режимов вибрации, формыимпульсов можно выбирать так, чтобы они были лучше приспособлены длясигналов с различной частотой и амплитудой. Все режимы работы хранятся вуправляющем компьютере. Микроконтроллер позволяет свободно настраиватьлюбое поведение системы. Развиваемое усилие может изменяться в режимереального времени в зависимости от условий полета, событий при управленииили других факторов. Кроме того, рукоятка может управляться автопилотом илидублировать положение рукоятки второго пилота, если у него приоритетуправления.Рисунок 1.9 – Функциональная схема привода на основе электромагнитовДанное техническое решение дает плавное чувство управления без какихлибоотвлекающихмеханическогопостороннихконтактамеждуэффектов.Чтобыдеталями,положениебесконтактно на основе оптического датчика.избежатьБРУизлишнегоизмеряется291.5 Обзор существующих активных боковых ручек управленияПо состоянию на 2017 год в мире известны следующие образцы активныхБРУ:Система управления полетом фирмы «Wittenstein»Активная боковая ручка фирмы «Wittenstein» показана на Рисунке 1.10.

Онаснабженаэлектромеханическимиичувствительнымиэлементами:мотор-редукторами, механическими передачами и трехкратно резервированнымидатчиками положения для каждой оси, при этом конструкция вписана вкомпактный блок. В составе блока активной БРУ «Wittenstein» также содержитсяэлектроника системы управления приводами БРУ и программное обеспечение,которое обеспечивает контроль усилий и других параметров.Данный орган управления предназначен для использования в системахуправления сверхзвуковыми ЛА.

Подробные параметры и характеристикиизделия фирмой не разглашаются.Рисунок 1.10 – Активная боковая ручка фирмы «Wittenstein»30Система управления полетом фирмы «Stirling Dynamics»Фирма «Stirling Dynamics» производит активные органы управления, вчастности боковые ручки управления для симуляторов самолета F-35. Образецтакой БРУ показан на Рисунке 1.11.Рисунок 1.11 – Активная боковая ручка симулятора F-35 фирмы «Stirling Dynamics»Ключевыми особенностями изделия являются:−Ручка является активной, что дает силовую тактильную обратную−Устройство позволяет реализовать такие режимы работы и функциисвязь.как пересиливание, проходные упоры, варьировать жесткость и демпфирование вреальном времени.−Простой интерфейс, где требуется только электропитание и цифроваясвязь через разъем Ethernet, что упрощает установку и настройку.

Ручка имеетрабочий ход ±4,3° для канала тангажа, и ±5,6° для канала крена, развивает усилие15,9 кгс и имеет максимальную угловую скорость 120°/с для каждой оси.31Система управления полетом фирмы «BAE Systems»Фирма «BAE Systems» более 25 лет занимается разработкой активныхорганов управления летательными аппаратами. В 2010 году была разработанаактивная боковая ручка для самолетов Gulfstream G600/G650, которые попрогнозам производителя выйдут на рынок в 2019. В настоящее время активныеручки фирмы «BAE Systems» используются и испытываются на транспортномсамолете Embraer KC-390, первый полет которого состоялся в 2015 году, а выходна рынок намечен на 2018 год.

БРУ фирмы «BAE Systems» показана на Рисунке1.12.Рисунок 1.12 – Активная боковая ручка фирмы «BAE systems»Активные ручки управления фирмы «BAE Systems» обеспечиваютобратную связь по усилию в режиме реального времени. Эта силовая обратнаясвязь может также предупредить пилотов об ограничениях режима полета. Такобеспечивается наглядность и непрерывная обратная связь самолета с пилотом,кроме того связь пары боковых ручек дает возможность тактильной связи междулетчиками. Благодаря этому повышается безопасность полета, т.к. исключаютсядвоякие ситуации при одновременном управлении обоими пилотами.32Характеристики и параметры активных боковых ручек фирма «BAESystems» не разглашает.Система управления полетом фирмы «Safran»В 2014 году фирма «Sagem», которая является дочерней компаниейконцерна «Safran», представила блок активной боковой ручки, которыйпредназначен для использования в гражданских самолетах и вертолетах.Контроллер содержит в себе ряд новшеств фирмы «Sagem» и характеризуетсявысокойнадежностьюконструкции,котораявыдерживаетвсевидынепредвиденных воздействий со стороны летчика: рывки, удары и т.п.

Интерфейсручки позволяет в реальном времени изменять закон управления нагрузкой инастраивать ее отзывчивость индивидуально для летчика. Благодаря наличиювибромотора-шейкера,синхронизациимеждуобеспечениюпаройсиловойручек,обратнойсистемасвязизначительноиточнойоблегчаетвзаимодействие между пилотами, особенно в стрессовых ситуациях. Вид БРУфирмы «Safran» показан на Рисунке 1.13.Рисунок 1.13 – Активная боковая ручка управления фирмы «Safran»33Блок активной боковой ручки испытывался в течение нескольких месяцев втесномсотрудничествеспилотамигражданскойавиации,летчиками-испытателями ведущих производителей самолетов и вертолетов, подтвердив своесоответствие требованиям безопасности полетов и подготовки экипажа.В настоящее время посты управления с использованием активных боковыхручек представлены на пилотажном стенде «Safran».Система управления полетом фирмы «UTAS»Программа по созданию активных боковых ручек управления для большихкоммерческих самолетов была начата в UTAS в 1990-х гг., впервые новинкупредставили на авиашоу в Париже в 2008 г.

БРУ фирмы UTAS показана наРисунке 1.14.Рисунок 1.14 – UTAS SidestickКорпорация «Иркут», производящая МС-21, выбрала этот элемент системыуправления в 2010 г., подписав с разработчиками соответствующий договор.Активныебоковые ручкиуправлениясамолетомбудутсертифицированыЕвропейским агентством по безопасности авиаперевозок (EASA) одновременно ссамим самолетом МС-21. Первый тестовый полет лайнера MC-21 состоялся в342017 году.

Ввод этой машины в эксплуатацию намечен на 2018 г. Какподчеркивают в UTAS, разработка будет доступна для установки только на новыекоммерческие самолеты.Работу системы проверили во время наземных испытаний, которые прошлина тренажере фирмы Ratier Figeac в Фижаке (Франция).1.6 Выводы по главе 1•Анализ существующих схем и конструкций показал, что разработкаактивных БРУ является актуальной задачей для гражданских и военныхсамолетов, т.к. их применение позволит повысить уровень информационнойосведомленности экипажа, улучшить эргономические качества кабины и, какследствие, повысить уровень безопасности полета.•Сравнение пассивных и активных БРУ свидетельствует о том, чтоперспективным направлением является разработка активных БРУ на основеэлектроприводов с обратными связями по положению и по усилию.•Недостатком при управлении с помощью любой БРУ являетсявлияние так называемого «эффекта присоединенной массы», для ослаблениякоторого следует обратить внимание на коэффициенты демпфирования ижесткости в контурах управления электромеханическими приводами.•Практическое применение активных боковых ручек возможно тольков самолетах с ЭДСУ при условии жесткого ограничения опасных режимов, гдеуровень усилий на ручках определяется только загрузочными устройствами БРУ.Этот уровень усилий выбирается с учетом возможностей кистевого управлениячеловеческой руки.35ГЛАВА 2.

Синтез схемных и конструктивных решений для разработкимакета боковой ручки управления2.1 Обоснование архитектуры построения боковой ручки управленияС учетом анализа существующих схем и конструкций, предлагаетсяархитектура построения БРУ, прототипом которой является конструкция,описанная в патенте US 5456428 1995, Mechanically linked active sidesticks [26], вкоторой в дополнение к дистанционному управлению, организована механическаяпроводка между боковыми ручками управления, т.е.

пересиливание реализуетсямеханически. Однако реализация конструкции предполагает наличие сложной игромоздкой кинематики для каждого канала управления, в частности, для каналатангажа используются тяги и качалки, а для канала крена — тросовая проводка.Электромеханические исполнительные механизмы, применяющиеся в даннойконструкции, выполнены без редукторов, что не позволяет им развивать большиекрутящие моменты.Для выбора конструктивно-кинематической схемы активной БРУ былпроведен морфологический анализ по методу, описанному в [27]. На основанииданного метода сравнивались варианты реализации элементов функциональнойсхемы исполнительного механизма по следующим конструктивным признакам:расположение опор ручки при движении в двух плоскостях и расположениеисполнительных двигателей относительно осей движения ручки: соосное,лежащих на параллельных, пересекающихся или на скрещивающихся прямых.Критериямивыбораэлементовсхемыисполнительногомеханизмаявлялись: величина суммарного момента инерции, величина люфта, наличиегистерезиса,обратимостьисполнительногодвижениямеханизма,передачи,массогабаритныежесткостьконструкциипоказатели,точностькомпоновкиэлементовпозиционирования выходного звена.ВТаблице2.1показанывариантысхемперспективных вариантов БРУ.

Каждая БРУ содержит рамку с двумя36перпендикулярными осями, образующими шарнир относительно корпуса. Всхемах 1, 6, 8, 9 – один привод размещен внутри рамки, другой снаружи, в схемах2, 3, 4, 7 приводы размещены снаружи рамки, в схемах 5, 10 оба приводаразмещены снаружи рамки. В схеме 11 корпуса приводов расположеныперпендикулярно и их корпуса образуют шарнир с двумя степенями свободы безвспомогательной рамки.Достоинства компоновки №13 послужили основой для дальнейшей еепроработки.Построение исполнительных механизмов по принципу силового минипривода [30; 31; 32; 33; 34] дает наилучшие массогабаритные показатели в силудостоинств волновых передач с телами качения, а именно:− Высокое передаточное число.