5.5. Гидравлические следящие устройства

В связи с увеличением размеров самолетов и возрастанием скоростей их полета усилия на ручке и педалях летчика без применения средств механизации превысили бы его физические возможности. Это потребовало создание устройств (использующих внешнюю энергию), которые многократно увеличивают усилия, затрачиваемые летчиком при управлении самолетом. Таким устройством является гидравлический усилитель (бустер), представляющий собой следящий силовой привод, который ведомому звену (штоку силового цилиндра) дает перемещение, согласованное с перемещением ведущего звена (плунжера золотника), передаваемым летчиком при действии ручки управления.

Гидравлический усилитель (бустер) обладает существенными преимуществами перед другими устройствами:

- высокую чувствительность к перемещению входного звена;

- высокую скорость исполнения;

- развиваемое усилие, зависящее только от давления гидрожидкости и диаметра цилиндра исполнительного механизма.

Рис. 5.12. Принципиальные схемы гидроусилителей с двухпоясковым золотником: 1 – тяга; 2 – ручка управления; 3 – золотник; 4 – поршень; 5 – корпус цилиндра; 6 – шарнир; 7 – рычаг

Для осуществления слежения в гидроусилителях применяется жесткая обратная связь, обеспечивающая согласованное перемещение задающего и исполнительного звеньев.

Принцип действия гидроусилителя основан на устранении рассогласования между командным сигналом и сигналом исполнительного звена. Схема гидроусилителя с жесткой обратной связью выхода с входом представлена на рис. 5.12. В случае перемещения ручки управления 2 одновременно с ней перемещается точка 1 относительно оси 6 (в исходном состоянии поршень 4 неподвижен). С помощью рычага 7 это вызовет смещение плунжера золотника 3.

В результате этого жидкость под давлением поступит в соответствующую полость цилиндра 5, другая полость цилиндра через золотник 3 соединяется со сливом. Под действием давления жидкости произойдет перемещение поршня 4, а, следовательно, и точки 6 на некоторое расстояние, пропорциональное отклонению точки 1 системы ручного управления. В случае прекращения, движения ручки 2 точка 1 остановится и движущийся поршень 4 сообщит через рычаг 7 плунжеру золотника 3 перемещение, противоположное тому, которое он получил до этого при смещении ручки. Так золотник вследствие обратного движения плунжера займет нейтральное положение и перекроет подачу в цилиндр 5 и шток с поршнем 4 остановится.

При движении ручки 2 в другую сторону движение всех элементов регулирующего устройства будет происходить в противоположном направлении.

Обозначив через Р – усилие в тяге 1, а через Р_р – усилие в тяге 4, то коэффициент усиления i определится : i = .

Зависимость между усилиями Р и Р_р получается из условий равновесия рычага 2. Если не учитывать сил трения в шарнирах и золотнике, то эти условия запишутся в виде простой системы двух уравнений:

Ра = Р_бb

Р_р = Р_б + Р,

где Р_б – усилие в штоке 5 бустера.

Тогда Р_р = .

После подстановки значения P получим следующее выражение для коэффициента усиления.

i = =

Положив плечо b = 0,передаточное отношение i = , которое исключает передачу усилий со штока на ручку управления. В этом случае гидроусилитель имеет необратимую схему управления.

Как видно из схемы гидроусилителя, исполнительный шток связан с органами управления самолета, а задающий механизм связан с ручкой управления. При такой схеме связей усилия на ручке управления необходимы для преодоления сил перемещения плунжера золотника, а усилие на штоке гидроусилителя равно усилию от аэродинамических сил отклоняемых поверхностей управления. Таким образом, при этой схеме связей усилие на ручке управления не зависит от усилия, создаваемого на штоке гидроусилителя, но ход ручки управления связан кинематически с ходом гидроусилителя.

Для повышения надежности управления самолетом применяются различные способы дублирования. Наиболее распространенными являются:

1) работа гидроусилителя от двух независимых гидравлических систем – основной и бустерной (гидроусилительной). При таком способе дублирования гидроусилители выполняются по схеме тандем. Каждый цилиндр управляется своим распределительным устройством. При выходе из строя одной из систем другая продолжает обеспечивать работу гидроусилителя с известными ограничениями (усилие на выходном звене уменьшаются), обеспечивающими безопасное завершение полета.

2) наличие на самолете аварийной дублирующей системы также существенно повышает надежность управления самолетом. Аварийная система (независимая от основной системы со своими источниками энергетического питания) включается при выходе из строя бустерной системы самолета.

Существуют и другие способы дублирования, которые применяются в зависимости от размеров самолета и выполняемых им задач.