Диссертация (Исследование кинематики, динамики и рабочих процессов активной боковой ручки управления самолетом), страница 6

Диапазон передаточных отношений волновыхпередач с телами качения составляет до 60 для одной ступени;− Высокие крутящие моменты на выходном звене, большая перегрузочнаяспособность и высокая жесткость кинематических звеньев;− Компактность. По сравнению с зубчатой передачей, при равных передаточныхчислах и крутящих моментах, волновая передача с телами качения меньше погабаритам в 2-6 раз;− Высокий КПД, составляющий 0,6 в режиме мультипликатора и 0,8 в режимередуктора;− Высокий уровень динамичности благодаря малому моменту инерцииподвижных звеньев, что позволяет осуществлять быстрый запуск иторможение редукторов, а также динамичное реверсивное вращение;− Малый угловой зазор.37Cоосное расположение приводовТаблица 2.1 – Варианты конструктивно-кинематических схем БРУ№ Кинематическая схемаОписаниеДостоинстваНедостатки1Оба приводарасположены вдольодной оси дляуменьшения моментаинерции.

Параконических зубчатыхколес обеспечиваютповорот на 90 градусов ивыполняют рольредуктора [4].Меньший моментинерции по сравнению с компоновкой№6, т.к. приводырасположены соосно.Работа электродвигателя в каналетангажа создаетпротиводействующий момент вканале крена;наличие люфта в зубчатой передаче.2Управление по тангажупроисходит с помощьюфрикционных тросов ишкивов через центрвращения передачиканала крена, позволяяжестко зафиксироватьдвигатели и расположитьих на некоторомудалении от рукоятки[4].Небольшой моментинерции, т.к. обапривода зафиксированы;применение тросовпрактическиисключает люфт;гибкость в выборетипа привода и местаустановки.Тросы ведут себя как пружины, чтонегативно отражается на жесткостии ширине полосы пропусканиясистемы;требуется большой диаметр шкивовдля нормальной работы тросовойпередачи.38Соосное расположение приводовПродолжение таблицы 2.1№ Кинематическая схемаОписаниеДостоинстваНедостатки3Вал для управления потангажу проходит сквозьвал управления по крену.Двигатели зафиксированы, связаны с помощьютросовой или ременнойпередачи и могут бытьразмещены по усмотрению конструктора [4].Малый моментинерции, т.к.двигатели зафиксированы;применение тросовили ремнейпрактическиисключает люфт;гибкость в выборетипа привода и местаустановки.Тросы ведут себя как пружины, чтонегативно отражается на жесткостии полосе пропускания системы;требуется большой диаметр шкивовдля нормальной работы тросовойпередачи.4Аналогичнокомпоновкам 2 и 3, ноуправление по тангажупроисходит с помощьючервячной передачи,которая имеет большуюжесткость и даетвозможность повернутьисполнительныймеханизм на 90 градусовотносительно оси [4].Малый моментинерции, высокаяжесткость за счетмеханическойпередачи.Для управления по тангажутребуются три передачи;неустранимость люфта в червячнойпередаче.39Параллельное расположение приводовПродолжение таблицы 2.1№5Кинематическая схемаОписаниеДостоинстваНедостаткиРукоятка установлена вкарданный шарнир дляобеспечения 2-х степенейсвободы.

Применяютсяпередачи винт-гайка, которыесоединены с рычагами навнутренней части карданногошарнира. Если гайкидвигаются в одномнаправлении, происходитотклонение по крену, если впротивоположных, то потангажу.Возможно использованиелинейных приводов [4].Жесткаяконструкция безиспользованиякинематическихпередач, гибкость ввыборе типа и местаразмещениялинейных приводов,возможностьустановкигидравлическихлинейных приводов,имеющих оченьбольшую жесткость,быстродействие имощность.Линейные приводы должныразвивать большое усилие, а этоведет к увеличению габаритов;применение гидравлическихприводов сопряжено сосложностями проводки иобслуживания гидролинии вкабине.40Продолжение таблицы 2.1Расположение приводов на пересекающихся осях№67Кинематическая схемаОписаниеОба привода непосредственнорасположены вдоль осейвращения. Используютсямоментные электродвигателибез механических передач.Механизм привода тангажадолжен быть оченькомпактным, чтобыминимизировать моментинерции в канале крена [4].ДостоинстваМалый люфт,простотаконструкции.НедостаткиБольшой момент инерции вканале крена.Трос проходит сквозь центррамки вращения канала кренадля управления по каналутангажа.

На рукояткеустановлен шкив большогоразмера для обеспеченияотклонения +/- 30 градусов [4].Малый моментинерции, т.к.двигателизафиксированы,применение тросовпрактическиисключает люфт.Длинная ременная передачанегативно влияет на жесткостьсистемы, требуется шкивбольшого диаметра дляотклонения на требуемый угол.41Продолжение таблицы 2.1Расположение приводов на пересекающихся осях№89Кинематическая схемаОписаниеДва конических редуктораобеспечивают поворот осей на90 градусов для каналовтангажа и крена [4].ДостоинстваМеньший моментинерции посравнению скомпоновкой №1.НедостаткиРабота мотора в канале тангажасоздает противодействующиймомент в канале крена, наличиелюфта в зубчатой передаче,большие габариты.Коническая передача в каналекрена обеспечивает уголсмещения осей на 90 градусови выполняет роль редуктора.Управление по тангажуосуществляется с помощьюпередачи винт-гайка илишарико-винтовой передачи(ШВП) [4].Передачи винт-гайкаили ШВП имеютминимальный люфт.Большой момент инерции вканале крена, работа мотора вканале тангажа создаеткрутящий момент в каналекрена, привод канала тангажазакреплен нежестко.42Расположение приводов на пересекающихся осяхПродолжение таблицы 2.1№ Кинематическая схема10ОписаниеКонструктивная схема наоснове карданного шарнира(шарнира Гука) с жесткозакрепленнымиэлектродвигателями.ДостоинстваМалый моментинерции т.к.двигателизафиксированы,гибкость в выборетипа и местаразмещенияприводов.НедостаткиСложность компоновки,наличие люфтов вмеханических передачах.11Электромоторы расположенына пересекающихся осях.Привод канала тангажасоединяется с валом приводаканала крена через шарнирГука.

Для механическойпроводки используются тяги ифрикционные тросы [26].Малый моментинерции, малыйлюфт, наличиемеханическойпроводкиВзаимное влияние одногоканала на другой, громоздкаямеханическая проводка.43Расположение приводов на скрещивающихся осяхПродолжение таблицы 2.1№ Кинематическая схема12ОписаниеПриводы поступательногодействия расположены наскрещивающихся осях.Привод канала тангажанепосредственно соединен состержнем рукоятки, а приводканала крена через рычаг ишарниры связан со стержнемрукоятки [28].ДостоинстваКомпактность,малый люфт,малый моментинерции, высокоебыстродействие.НедостаткиМалый ход рукоятки, малоеусилие, т.к. приводывыполнены по безредукторнойсхеме.13Электромеханическиеприводы вращательногодействия с редукторами наоснове волновых передач стелами качения расположенытак, что их продольные осиобразуют карданный шарнир сразными рычагами [29].Компактность,возможностьиспользованиередукторов на основеволновой передачи стелами качения,которая имеет ряддостоинств.Больший момент инерции потангажу, чем по крену, чтоведет к необходимости делатьпоправку при расчететребуемых крутящих моментовдля разных каналов.442.2 Анализ режимов работы макета боковой ручки управленияДля установки приоритета управления на каждой рукоятке вводится кнопкаприоритета.

Переход в ручной режим управления осуществляется нажатиемкнопки приоритета на одной из БРУ. После нажатия кнопки приоритета,соответствующая БРУ становится ведущей и, отклоняя ее вручную, пилот задаетсигналы управления, и ведомая БРУ отклоняется синхронно с ведущей.Приводная система ведущей БРУ имитирует пружинную загрузку. Приводнаясистема ведомой БРУ замыкается по положению и только повторяет положениеведущей, без имитации загрузки. Нажатие кнопки приоритета на ведомой БРУпередает ей приоритет управления и делает ее ведущей. Таким образом,приоритет управления отдается той БРУ, кнопка приоритета на которой быланажата последней.Исходя из функционального назначения макетного образца БРУ, былирассмотрены следующие режимы работы:а) режим «пружина с демпфером».Применяется к ведущей ручке, то есть той, с помощью которой пилотосуществляет управление самолетом.Приводная система БРУ создает противодействующий крутящий момент наручке в зависимости от величины угла, вектора и скорости ее отклонения.

Приснятии воздействия руки пилота ручка возвращается в нейтральное положение сопределенной максимально разрешенной скоростью.б) режим «автоматическое управление».Применяется к ведомой ручке (ручкам), то есть к той, которая не принимаетучастия в управлении самолетом, например, при работе автопилота.Алгоритм обеспечивает перемещение БРУ в заданное положение сустановкой в этом положении без участия летчиков.Управляющим сигналом для обеих БРУ является требуемый уголотклонения, поступающий из внешней системы.в) режим «синхронизация».45Предназначен для повторения одной БРУ перемещения другой БРУ.Управляющим сигналом для ведомой БРУ является измеренный угол отклоненияведущей БРУ.

Режим «Синхронизация» может быть активен только нанеприоритетной ручке. Для неприоритетной ручки режим «синхронизация» схожс режимом «автоматическое управление» с установкой в виде текущегоположения отклонения приоритетной ручки.Алгоритмическая схема переключения режимов представлена на рисунке 2.1.Рисунок 2.1 – Алгоритмическая схема переключения режимов работы БРУДанные режимы управления реализуются при отсутствии датчиков усилия(момента) на рукоятке, а требуемый момент ведущей БРУ вычисляется какфункция угла отклонения рукоятки, исходя из заданных требований жесткости«виртуальной пружины», описанных в п.2.3.Таким образом, ведущая БРУ имитирует пружинную нагрузку и всегдавозвращаетсявнейтральноевоздействия со стороны пилота.положениеприотсутствииуправляющего46При наличии датчиков усилия (момента) обе БРУ могут работать в режимепостоянного «пересиливания».

Это достигается тем, что основной управляющийсигнал для обеих БРУ является суммой прикладываемых усилий к обеим БРУ. Тоесть, если управляют одновременно оба пилота, а один прикладывает большееусилие, чем другой, то обе БРУ отклоняются на угол, пропорциональный суммеусилий. Режим пересиливания предназначен для имитации наличия механическойпроводки между органами управления для исключения возможной путаницы сприоритетами «ведущая-ведомая».472.3 Обоснование требований к приводной системе боковой ручкиуправленияИсходя из требований эргономики при кистевом управлении [35; 36], былисформулированы требования к приводной системе БРУ:− Ход ручки составляет ±15° для обоих каналов,− Максимальная скорость отклонения ±30°/с− Максимальные развиваемые крутящие моменты при длине рычага0,1 м, длительные: 2,4 Нм в канале крена, 3,5 Нм - в канале тангажа.− Усилие страгивания (предварительная затяжка): 0,3 кгс для каналакрена, 0,5 кгс для канала тангажа.− Коэффициент жесткости лежит в диапазоне от 0,14 Нм/° до 0,2 Нм/° всоответствии с графиками на Рисунках 2.2 и 2.3.Рисунок 2.2 – Зависимость загрузки БРУ от перемещения в продольномнаправлении48Рисунок 2.3 – Зависимость загрузки БРУ от перемещения в поперечномнаправленииРекомендуемые величины дополнительной загрузки, пропорциональнойскорости отклонения приведены в Таблице 2.2.Таблица 2.2 – Величины дополнительной загрузки по скоростиУгловая скорость, градусы/сДоп.