Sterowanie lotem helikoptera - Helicopter flight controls

Lokalizacja kontroli lotu w śmigłowcu

Helikopter pilot manipuluje kontroli lotu helikoptera do osiągnięcia i utrzymania kontrolowanej aerodynamiczny lot . Zmiany w systemie sterowania lotem samolotu są przenoszone mechanicznie na wirnik, wywołując efekty aerodynamiczne na łopatach wirnika, które sprawiają, że śmigłowiec porusza się w sposób celowy. Przechylanie do przodu i do tyłu (pochylenie) lub na boki (toczenie) wymaga, aby elementy sterujące zmieniały cyklicznie kąt natarcia łopat wirnika głównego podczas obrotu, tworząc różne wartości siły nośnej (siły) w różnych punktach cyklu. Aby zwiększyć lub zmniejszyć ogólną siłę nośną, konieczne jest, aby elementy sterujące zmieniały kąt natarcia wszystkich łopat łącznie o równe wartości w tym samym czasie, co skutkuje wznoszeniem, opadaniem, przyspieszaniem i zwalnianiem.

Typowy helikopter ma trzy wejścia sterowania lotem — drążek cykliczny, dźwignia zbiorcza i pedały zapobiegające momentowi obrotowemu. W zależności od złożoności helikoptera, cykliczny i zbiorczy może być połączony ze sobą za pomocą jednostki mieszającej, urządzenia mechanicznego lub hydraulicznego, które łączy dane wejściowe z obu, a następnie przesyła dane wejściowe „mieszane” na powierzchnie sterujące, aby osiągnąć pożądany rezultat . Ręczna przepustnica może być również uważana za kontrolę lotu, ponieważ jest potrzebna do utrzymania prędkości wirnika w mniejszych śmigłowcach bez regulatorów. Gubernatorzy pomagają również pilotowi kontrolować ogólny skok głównych wirników helikoptera, aby utrzymać stabilny i dokładniejszy lot.

Sterownica

Cykliczny

Kontrola cykliczna w H145

Sterowanie cykliczne, powszechnie nazywane drążkiem cyklicznym lub po prostu cyklicznym , jest podobne w wyglądzie większości helikopterów do drążka sterowego z konwencjonalnego samolotu. Kij cykliczny zwykle unosi się spod przedniej części fotela każdego pilota. Robinson R22 ma „balansuje” cykliczny projekt podłączony do kolumny centralnej znajduje się pomiędzy dwoma miejscami. Helikoptery z systemami fly-by-wire umożliwiają zamontowanie kontrolera w stylu cyklicznym z boku fotela pilota.

Cykliczny służy do sterowania wirnikiem głównym w celu zmiany kierunku ruchu helikoptera. W zawisie cykl kontroluje ruch helikoptera do przodu, do tyłu i na boki. Podczas lotu do przodu cykliczne sygnały sterujące powodują zmiany toru lotu podobne do lotu stałopłatów; Wejścia lewe lub prawe powodują, że śmigłowiec toczy się w zakręt w pożądanym kierunku, a dane wejściowe do przodu i do tyłu zmieniają nachylenie śmigłowca, powodując zmiany wysokości (lot wznoszenia lub opadania).

Sterowanie nazywa się cyklicznym, ponieważ zmienia kąt nachylenia mechanicznego lub kąt wtapiania każdej łopatki wirnika głównego niezależnie, w zależności od jej pozycji w cyklu. Skok jest zmieniany tak, że każda łopata będzie miała ten sam kąt padania, gdy przechodzi przez ten sam punkt w cyklu, zmieniając siłę nośną wytwarzaną przez łopatę w tym punkcie i powodując zmianę kąta padania każdej łopaty, to znaczy obracać się lekko wzdłuż jego długiej osi, w kolejności, gdy mija ten sam punkt. Jeśli ten punkt jest daleko do przodu, skok ostrza na chwilę wzrasta w tym kierunku. Tak więc, jeśli pilot pcha cykliczny do przodu, tarcza wirnika przechyla się do przodu, a śmigłowiec jest ciągnięty prosto do przodu. Jeśli pilot popycha cykliczny w prawo, tarcza wirnika przechyla się w prawo.

Kontrola cykliczna w Robinsonie R22

Każdy system wirnika ma opóźnienie między punktem obrotu, w którym elementy sterujące wprowadzają zmianę skoku, a punktem, w którym następuje pożądana zmiana w locie łopaty wirnika. Różnica ta jest spowodowana opóźnieniem fazowym , często mylonym z precesją żyroskopową . Wirnik to układ oscylacyjny, który podlega prawom rządzącym wibracjami, które w zależności od układu wirnika mogą przypominać zachowanie żyroskopu.

Kolektyw

Zbiorowa kontrola w Cabri G2 (widok z góry)

Ogólna kontrola skoku lub dźwignia zbiorcza zwykle znajduje się po lewej stronie fotela pilota z regulowaną kontrolą tarcia, aby zapobiec niezamierzonemu ruchowi. Zbiorcza zmienia kąt pochylenia wszystkich łopatek wirnika głównego łącznie (tj. wszystkich jednocześnie) i niezależnie od ich położenia. W związku z tym, jeśli zostanie dokonany zbiorczy sygnał wejściowy, wszystkie łopaty zmieniają się równomiernie, w wyniku czego śmigłowiec zwiększa lub zmniejsza swój całkowity udźwig pochodzący z wirnika. W locie poziomym powodowałoby to wznoszenie lub opadanie, podczas gdy przy pochylonym do przodu śmigłowcu wzrost całkowitej siły nośnej powodowałby przyspieszenie wraz z określoną ilością wznoszenia.

Kontrola skoku ogólnego w Boeingu CH-47 Chinook nazywana jest kontrolą ciągu , ale służy temu samemu celowi, z wyjątkiem tego, że steruje dwoma systemami wirnika, stosując różnicowy skok wspólny.

Pedały anty-momentowe

Pedały antymomentowe znajdują się w tym samym miejscu, co pedały steru kierunku w samolocie i służą podobnemu celowi – kontrolują kierunek, w którym wskazuje nos samolotu. Naciśnięcie pedału w danym kierunku zmienia skok łopat śmigła ogonowego, zwiększając lub zmniejszając nacisk śmigła ogonowego i powodując zbaczanie nosa w kierunku wciśniętego pedału.

Przepustnica

Wirniki śmigłowca są zaprojektowane do pracy z określoną prędkością obrotową. Przepustnica reguluje moc silnika, która jest połączona z wirnikiem za pomocą przekładni. Ustawienie przepustnicy musi utrzymywać wystarczającą moc silnika, aby utrzymać prędkość wirnika w granicach, w których wirnik wytwarza wystarczającą siłę nośną do lotu. W wielu helikopterach sterowanie przepustnicą jest pojedynczym lub podwójnym uchwytem obrotowym w stylu motocyklowym zamontowanym na zbiorczym sterowaniu (obrót jest przeciwny do przepustnicy motocyklowej), podczas gdy niektóre helikoptery wielosilnikowe mają dźwignie mocy.

W wielu helikopterach napędzanych silnikiem tłokowym pilot manipuluje przepustnicą, aby utrzymać prędkość wirnika. Śmigłowce z silnikiem turbinowym i niektóre śmigłowce tłokowe używają regulatorów lub innych elektromechanicznych systemów sterowania w celu utrzymania prędkości wirnika i zwolnienia pilota z rutynowej odpowiedzialności za to zadanie. (Zwykle dostępna jest również ręczna rewersja w przypadku awarii regulatora.)

Sterowanie helikopterem i efekty
Nazwa Bezpośrednio kontroluje Efekt pierwotny Efekt wtórny Używany w locie do przodu Używany w locie w zawisie
Cykliczny
(boczny)
Zmienia skok łopat wirnika głównego podczas ruchu do przodu i do tyłu Przechyla główny dysk wirnika do przodu i do tyłu za pomocą tarczy sterującej Powoduje skłonienie nosa w dół lub w górę Aby dostosować prędkość jazdy do przodu i kontrolować skręcanie Aby przejść do przodu/do tyłu
Cykliczny
(wzdłużny)
Zmienia skok łopat wirnika głównego przy ruchu w lewo i w prawo Przechyla główną tarczę wirnika w lewo i w prawo przez tarczę skośną Wywołuje przewrót w kierunku ruchu Aby stworzyć ruch na boki Aby poruszać się na boki
Kolektyw Zbiorczy kąt natarcia głównych łopat wirnika za pośrednictwem tarczy sterującej Zwiększ/zmniejsz kąt nachylenia wszystkich łopat wirnika głównego równomiernie, powodując wznoszenie/opadanie samolotu Zwiększ/zmniejsz moment obrotowy. Uwaga: w niektórych helikopterach sterowanie przepustnicą jest częścią zbiorowego drążka. Prędkość wirnika jest utrzymywana w zasadzie na stałym poziomie przez cały lot. Aby wyregulować moc poprzez ustawienie nachylenia łopat wirnika Aby dostosować wysokość poślizgu/prędkość pionową
Pedały antymomentowe Skok zbiorczy dostarczany do łopat wirnika ogonowego Szybkość odchylenia Zwiększenie/zmniejszenie momentu obrotowego i prędkości obrotowej silnika (mniej niż zbiorczo) Aby wyregulować kąt zsuwania się bocznego Aby kontrolować prędkość zbaczania/kurs

Warunki lotu

Istnieją trzy podstawowe warunki lotu dla śmigłowca: zawis, lot do przodu i autorotacja.

Unosić się

Niektórzy piloci uważają zawisanie za najtrudniejszy aspekt lotu helikopterem. Dzieje się tak, ponieważ śmigłowce są generalnie niestabilne dynamicznie, co oznacza, że ​​odchylenia od danego położenia nie są korygowane bez udziału pilota. Dlatego też pilot musi często wprowadzać i wprowadzać poprawki, aby utrzymać śmigłowiec w żądanym położeniu i wysokości. Wykorzystanie przez pilota wejść sterujących w zawisie jest następujące: cykliczny służy do wyeliminowania dryfu w płaszczyźnie poziomej (np. ruch do przodu, do tyłu i z boku na bok); kolektyw służy do utrzymania pożądanej wysokości; a pedały śmigła ogonowego (lub systemu zapobiegającego momentowi obrotowemu) służą do kontrolowania kierunku nosa lub kursu . To właśnie interakcja tych elementów sterujących może utrudnić naukę zawisu, ponieważ często dostosowanie jednego elementu sterującego wymaga dostosowania dwóch pozostałych, co wymaga od pilota znajomości sprzężenia sygnałów sterujących potrzebnych do uzyskania płynnego lotu.

Lot do przodu

W locie do przodu, sterowanie lotem helikoptera zachowuje się bardziej jak w samolocie ze stałym skrzydłem. Przesuwanie cyklicznego do przodu powoduje, że nos pochyla się w dół, tracąc w ten sposób wysokość i zwiększając prędkość lotu. Poruszanie się cyklicznym tyłem powoduje, że nos podnosi się, spowalniając helikopter i sprawiając, że się wznosi. Zwiększenie zbiorowej (mocy) przy utrzymaniu stałej prędkości wywołuje wznoszenie, natomiast zmniejszenie zbiorowej (mocy) powoduje, że śmigłowiec schodzi w dół. Skoordynowanie tych dwóch sygnałów wejściowych, zbiorcze w dół plus cykliczne z tyłu (z tyłu) lub zbiorcze w górę i cykliczne w przód, powoduje zmiany prędkości lotu przy jednoczesnym utrzymywaniu stałej wysokości. Pedały pełnią tę samą funkcję zarówno w helikopterze, jak iw samolocie, aby utrzymać zrównoważony lot. Odbywa się to poprzez wciśnięcie pedału w kierunku niezbędnym do wyśrodkowania kuli w zakręcie i wskaźnika przechyłu .

Automatyczne obracanie

Różnicowa kontrola wysokości dźwięku

W przypadku śmigłowców z dwoma poziomo zamontowanymi wirnikami zmiany położenia często wymagają odwrotnego zachowania każdego wirnika w odpowiedzi na standardowe sygnały sterujące wprowadzane przez pilota. Te z wirnikami współosiowymi (takie jak Kamov Ka-50 ) mają oba wirniki zamontowane na tym samym maszcie, jeden nad drugim na koncentrycznych wałach napędowych przeciwbieżnych — obracają się w przeciwnych kierunkach na wspólnej osi — i dokonują zmian odchylenia poprzez zwiększenie zbioru skok wirnika wirującego w kierunku pożądanego obrotu przy jednoczesnym zmniejszeniu skoku ogólnego drugiego, tworząc niesymetrię momentu obrotowego.

Samoloty z tandemowym wirnikiem (takie jak Boeing CH-47 Chinook) również wykorzystują dwa wirniki wirujące w przeciwnych kierunkach – zwane przeciwobrotem, gdy występuje z dwóch oddzielnych punktów na tym samym płatowcu – ale mają wirniki na oddzielnych wałach napędowych przez maszty na nos i ogon. Ta konfiguracja wykorzystuje różnicowy skok zbiorczy do zmiany ogólnego nastawienia samolotu. Kiedy pilot przesuwa cykl do przodu, aby pochylić nos i przyspieszyć do przodu, śmigłowiec reaguje zmniejszając skok wspólny na przednim wirniku i proporcjonalnie zwiększając skok wspólny na tylnym wirniku, obracając oba końce wokół wspólnego środka masy . Zmiany odchylenia są dokonywane z różnicowym cyklicznym skokiem, przy czym przedni wirnik zmienia cykliczny skok w pożądanym kierunku, a przeciwny skok stosuje się do tyłu, ponownie obracając pojazd wokół jego środka.

Odwrotnie, śmigłowce synchroniczne i poprzecznie zamontowane wirniki przeciwbieżne mają dwa duże poziome zespoły wirników zamontowane obok siebie (takie jak przechylny wirnik Bell/Boeing V-22 ) śmigłowce wykorzystują różnicowy skok zbiorczy, aby wpływać na przechyły samolotu. Podobnie jak w przypadku wirników tandemowych, różnicowy skok cykliczny służy do sterowania ruchem wokół osi odchylenia.

Zobacz też

Bibliografia

Uwagi

Źródła

  • Usługa Standardów Lotów. Podręcznik latania wiropłatów: Podręcznik FAA H-8083-21 . Waszyngton, DC: Flight Standards Service, Federalna Administracja Lotnictwa , Departament Transportu USA , 2001. ISBN  978-1-56027-404-9 .
  • AOPA: Stowarzyszenie Właścicieli i Pilotów Statków Powietrznych http://www.aopa.org/News-and-Video/All-News/2013/November/27/rotocraft-rookie-helicopter-controls