Ұшақты басқару жүйесі: Бағытты, жылдамдықты өзгертуге арналған механизмдер, құрылымдық элементтер, кабинадағы басқарулар. 1908 жылдан бері қолданылады.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Қалай ұшақтар басқарылады
How aircraft are controlled
Дәстүрлі тұрақты қанатты ұшақтарды басқару жүйесі (AFCS) ұшуды басқару беттерінен, тиісті кабиналық басқару элементтерінен, байланыстыратын механизмдерден және ұшақтың ұшу бағытын басқару үшін қажетті жұмыс механизмдерінен тұрады. Ұшақ қозғалтқыштарының басқару элементтері де жылдамдықты өзгертетіндіктен ұшуды басқару элементтері болып есептеледі. Ұшақтарды басқарудың негізгі принциптері ұшу динамикасында түсіндіріледі. Бұл мақалада ұшуды басқарудың жұмыс механизмдері қарастырылады. Ұшақтарда қолданылатын негізгі жүйе алғаш рет 1908 жылдың сәуірінде Луи Блерионың Blériot VIII пионерлік кезеңдегі монопланының жобасында айқын көрінетін формада пайда болды.
A conventional fixed wing aircraft flight control system (AFCS) consists of flight control surfaces, the respective cockpit controls, connecting linkages, and the necessary operating mechanisms to control an aircraft's direction in flight. Aircraft engine controls are also considered flight controls as they change speed. The fundamentals of aircraft controls are explained in flight dynamics. This article centers on the operating mechanisms of the flight controls. The basic system in use on aircraft first appeared in a readily recognizable form as early as April 1908, on Louis Blériot's Blériot VIII pioneer era monoplane design.
Механикалық
Механикалық немесе қолмен басқарылатын ұшуды басқару жүйелері – ұшақты басқарудың ең қарапайым тәсілі. Олар алғашқы ұшақтарда қолданылған, қазіргі уақытта аэродинамикалық күштердің шамасы артық емес, кішкентай ұшақтарда қолданылады. Wright Flyer I, Blériot XI және Fokker Eindecker сияқты ең алғашқы ұшақтар қанатта дәстүрлі буынды басқару беттері болмайтын қанаттың иілу жүйесін пайдаланды, кейде тіпті Wright Flyer I және 1909 жылғы Etrich Taube-дің бастапқы нұсқаларында қанатта мүлдем буынды басқару беттері болған жоқ, онда тек иілуге және рульге арналған механизмдер болды. Қолмен басқарылатын ұшу жүйесі, штурвалдар, тартылғыш кабельдер, шкивтер, қарсы салмақтар және кейде тізбектер сияқты механикалық бөліктер жиынтығын пайдаланады, бұл ұшқыш кабинасының басқаруларынан түсетін күшті тікелей басқару беттеріне жеткізеді. Кабельдердің кернеуін реттеу үшін көбінесе бұрандалы реттегіштер қолданылады. Cessna Skyhawk – осы типтегі жүйені пайдаланатын ұшақтың классикалық мысалы. Механикалық жүйесі бар ұшақтар тұрғанда, желден басқару беттері мен байланыстардың зақымдануын болдырмау үшін гаст құлыптары жиі қолданылады. Кейбір ұшақтарда гаст құлыптары басқару жүйесінің құрамына кіреді. Басқару беттерінің ауданының ұлғаюы және жылдам ұшақтарға қажетті жоғары жылдамдықтар ұшуды басқару жүйелеріне үлкен аэродинамикалық жүктеме түсірді. Осының салдарынан, оларды жылжыту үшін қажет күш те едәуір артты. Сондықтан, ұшқыштарға қажет күшті азайту үшін максималды механикалық тиімділікке қол жеткізуге мүмкіндік беретін күрделі механикалық беріліс құрылғылары жасалды. Мұндай құрылымды Fokker 50 сияқты үлкен немесе жоғары өнімділікке ие винттік ұшақтарда кездестіруге болады. Кейбір механикалық ұшуды басқару жүйелері аэродинамикалық көмек көрсететін сервотабтарды қолданады. Сервотабтар – басқару беттеріне буынды қосылған шағын беттер. Ұшуды басқару механизмдері осы табтарды жылжытады, ал аэродинамикалық күштер өз кезегінде басқару беттерінің қозғалысын қозғайды немесе оған көмектеседі, соның салдарынан қажетті механикалық күш мөлшері азаяды. Бұл құрылым алғашқы поршенді қозғалтқыштармен жабдықталған көліктік ұшақтарда және алғашқы реактивтік ұшақтарда қолданылған. Boeing 737 гидравликалық жүйе толығымен істен шыққан жағдайда, ол автоматты түрде және біліктілігін жоғалтпай сервотабтар арқылы басқарылатын жүйеге ауысады.
Mechanical or manually operated flight control systems are the most basic method of controlling an aircraft. They were used in early aircraft and are currently used in small aircraft where the aerodynamic forces are not excessive. Very early aircraft, such as the Wright Flyer I, Blériot XI and Fokker Eindecker used a system of wing warping where no conventionally hinged control surfaces were used on the wing, and sometimes not even for pitch control as on the Wright Flyer I and original versions of the 1909 Etrich Taube, which only had a hinged/pivoting rudder in addition to the warping operated pitch and roll controls. A manual flight control system uses a collection of mechanical parts such as pushrods, tension cables, pulleys, counterweights, and sometimes chains to transmit the forces applied to the cockpit controls directly to the control surfaces. Turnbuckles are often used to adjust control cable tension. The Cessna Skyhawk is a typical example of an aircraft that uses this type of system. Gust locks are often used on parked aircraft with mechanical systems to protect the control surfaces and linkages from damage from wind. Some aircraft have gust locks fitted as part of the control system. Increases in the control surface area, and the higher airspeeds required by faster aircraft resulted in higher aerodynamic loads on the flight control systems. As a result, the forces required to move them also become significantly larger. Consequently, complicated mechanical gearing arrangements were developed to extract maximum mechanical advantage in order to reduce the forces required from the pilots. This arrangement can be found on bigger or higher performance propeller aircraft such as the Fokker 50. Some mechanical flight control systems use servo tabs that provide aerodynamic assistance. Servo tabs are small surfaces hinged to the control surfaces. The flight control mechanisms move these tabs, aerodynamic forces in turn move, or assist the movement of the control surfaces reducing the amount of mechanical forces needed. This arrangement was used in early piston engined transport aircraft and in early jet transports. The Boeing 737 incorporates a system, whereby in the unlikely event of total hydraulic system failure, it automatically and seamlessly reverts to being controlled via servo tab.
Гидромеханикалық
Ұшуды басқарудың механикалық жүйелерінің күрделілігі мен салмағы ұшақтың өлшемі мен өнімділігіне байланысты едәуір артады. Гидравликалық қуатпен басқарылатын жақтары осы шектеулерді жеңуге көмектеседі. Гидравликалық ұшуды басқару жүйелерімен ұшақтың өлшемі мен өнімділігі ұшқыштың бұлшық күшіне қарағанда экономикалық факторлармен шектеледі. Алғашқыда, ұшқыш әлі де басқару жақтарындағы аэродинамикалық жүктемелердің сезіне алатын жартылай күшейтілген жүйелер ғана қолданылды (кері байланыс). Бұл құрылғының тірегі ауа жылдамдығының квадратына пропорционалды түрде жылдамдық жоғарылағанда кедергіні арттыру үшін жылды (лифтерлер үшін). Американдық Vought F 8 Crusader және LTV A 7 Corsair II соғыс машиналарының басқаруында басқару таяғының шамасы бойынша "боб салмағы" қолданылды, бұл ұшақтың нормаль үдеуіне пропорционалды күш кері байланысын қамтамасыз етті.
The complexity and weight of mechanical flight control systems increase considerably with the size and performance of the aircraft. Hydraulically powered control surfaces help to overcome these limitations. With hydraulic flight control systems, the aircraft's size and performance are limited by economics rather than a pilot's muscular strength. At first, only partially boosted systems were used in which the pilot could still feel some of the aerodynamic loads on the control surfaces (feedback). The fulcrum of this device was moved in proportion to the square of the air speed (for the elevators) to give increased resistance at higher speeds. For the controls of the American Vought F 8 Crusader and the LTV A 7 Corsair II warplanes, a 'bob weight' was used in the pitch axis of the control stick, giving force feedback that was proportional to the airplane's normal acceleration.
Таяқ шайқағыш
Таяқ шайқау құрылғысы – кейбір гидравликалық ұшақтардың басқару бағанасына орнатылатын құрылғы. Ұшақ тоқтау қаупіне жақындағанда ол басқару бағанын дірілдетеді. Кейбір ұшақтар, мысалы McDonnell Douglas DC 10, гидравликалық жүйеде ақау болған жағдайда таяқ шайқау құрылғысын қосуға мүмкіндік беретін қосымша электр қуатымен жабдықталған.
A stick shaker is a device that is attached to the control column in some hydraulic aircraft. It shakes the control column when the aircraft is approaching stall conditions. Some aircraft such as the McDonnell Douglas DC 10 are equipped with a back up electrical power supply that can be activated to enable the stick shaker in case of hydraulic failure.
Электрмен жабдықтау
Қазіргі көптеген жүйелерде басқару актуаторларына қуат жоғары қысымды гидравликалық жүйелер арқылы беріледі. Fly by wire жүйелерінде осы жүйелерді басқаратын клапандар электр сигналдарымен қосылады. Power by wire жүйелерінде гидравликалық поршеньдердің орнына электрлік актуаторлар қолданылады. Қуат электр кабельдері арқылы актуаторларға жеткізіледі. Бұл кабельдер гидравликалық құбырлардан жеңіл, орнату мен күтіп ұстау оңай және сенімдірек. F 35 ұшуды басқару жүйесінің элементтері power by wire технологиясын қолданады. Мұндай электрогидростатикалық іске қосу (ЭГА) жүйесіндегі актуаторлар өздігінен жұмыс істейтін гидравликалық құрылғылар, шағын жабық контурлы гидравликалық жүйелер болып табылады. Басты мақсат – көбірек немесе толығымен электрлік ұшақтарға көшу, ал осы тәсілдің алғашқы мысалы Avro Vulcan болды. Airbus A380 ұшағында да осы тәсілді қолдану мүмкіндігі жан-жақты қарастырылды.
In most current systems the power is provided to the control actuators by high pressure hydraulic systems. In fly by wire systems the valves, which control these systems, are activated by electrical signals. In power by wire systems, electrical actuators are used in favour of hydraulic pistons. The power is carried to the actuators by electrical cables. These are lighter than hydraulic pipes, easier to install and maintain, and more reliable. Elements of the F 35 flight control system are power by wire. The actuators in such an electro hydrostatic actuation (EHA) system are self contained hydraulic devices, small closed circuit hydraulic systems. The overall aim is towards more or all electric aircraft and an early example of the approach was the Avro Vulcan. Serious consideration was given to using the approach on the Airbus A380.
Fly-by-wire басқару жүйелері
Fly by wire (FBW) жүйесі әуе кемесінің қолмен басқаруын электрондық интерфейспен алмастырады. Ұшуды басқару элементтерінің қозғалысы сымдар арқылы берілетін электрондық сигналдарға түрлендіріледі (содан "fly by wire" термині пайда болды), ал ұшуды басқару компьютерлері әрбір басқару бетіндегі атқарушы механизмдерді күтілетін реакцияны қамтамасыз ету үшін қалай қозғалту керектігін анықтайды. Компьютерлерден келетін командалар ұшқыштың хабары болмастан, ұшақты тұрақтандыру және басқа да міндеттерді орындау үшін де беріледі. Ұшақтардың ұшуды басқару жүйелерінің электроникасы авиаэлектроника саласының бір бөлігі болып табылады. Fly by optics, сондай-ақ "жарықпен ұшу" деп те аталады, бұл оптикалық талшық кабельдерді пайдаланатын одан әрі дамыған технология.
A fly by wire (FBW) system replaces manual flight control of an aircraft with an electronic interface. The movements of flight controls are converted to electronic signals transmitted by wires (hence the term fly by wire), and flight control computers determine how to move the actuators at each control surface to provide the expected response. Commands from the computers are also input without the pilot's knowledge to stabilize the aircraft and perform other tasks. Electronics for aircraft flight control systems are part of the field known as avionics. Fly by optics, also known as fly by light, is a further development using fiber optic cables.
Зерттеу
Қанаттарға аэрон, лифт, элевон, жапсырма және флаперон сияқты ұшуды басқару жүйелерінің функцияларын біріктіру мақсатында бірнеше технологиялық зерттеу және әзірлеме жұмыстары жүргізілуде. Бұл аэродинамикалық мақсатқа қол жеткізуге мүмкіндік береді, сонымен қатар массаны, құнын, кедергісін, инерциясын (жауап беру жылдамдығы мен күші үшін), күрделілігін (механикалық тұрғыдан қарапайым, аз қозғалмалы бөліктер немесе беттер, аз күтім қажеттілігі) және жасырындық үшін радарлық қимасын азайту артықшылықтарын ұсынады. Мұндай жүйелер көптеген ұшқышсыз әуе кемелерінде (ҰАҚ) және 6-шы буынның жауынгерлік ұшақтарында қолданылуы мүмкін. Екі перспективті бағыт – икемді қанаттар және флюидтік технологиялар.
Several technology research and development efforts exist to integrate the functions of flight control systems such as ailerons, elevators, elevons, flaps, and flaperons into wings to perform the aerodynamic purpose with the advantages of less: mass, cost, drag, inertia (for faster, stronger control response), complexity (mechanically simpler, fewer moving parts or surfaces, less maintenance), and radar cross section for stealth. These may be used in many unmanned aerial vehicles (UAVs) and 6th generation fighter aircraft. Two promising approaches are flexible wings, and fluidics.
Иілгіш қанаттары
Иілгіш қанаттарда, сондай-ақ "форма өзгертіп қанатын" (morphing aerofoil) деп те аталады, қанаттың көп бөлігі немесе толығымен ұшу кезінде ауа ағынын өзгерту үшін, орнитоптер сияқты пішін өзгерте алады. Бейімделетін икемді қанаттар – әскери және коммерциялық жоба. X-53 Active Aeroelastic Wing – АҚШ Әуе күштерінің, NASA және Boeing компаниясының бірлескен жобасы. FlexSys компаниясы да маңызды жұмыстар атқарды, олар Gulfstream III ұшағына орнатылған икемді аэрофойлдарын қолданып, ұшу сынақтарын жүргізді.
In flexible wings, also known as "morphing aerofoils", much or all of a wing surface can change shape in flight to deflect air flow much like an ornithopter. Adaptive compliant wings are a military and commercial effort. The X 53 Active Aeroelastic Wing was a US Air Force, NASA, and Boeing effort. Notable efforts have also been made by FlexSys, who have conducted flight tests using flexible aerofoils retrofitted to a Gulf stream III aircraft.
Активті ағынды басқару
Активті ағынды басқару жүйелерінде көлік құралдарындағы күштер айналымды басқару арқылы туындайды, онда ірі және күрделі механикалық бөлшектер кішірек, қарапайым сұйықтық жүйелерімен (ауа ағынын шығаратын тесіктер) алмастырылады, ал сұйықтықтағы күштің бағыты кішірек ағындар немесе сұйықтық ағындары арқылы үнемі өзгертіліп, көлік құралдарының бағытын өзгертуге мүмкіндік береді. Осылай қолдануда, активті ағынды басқару қарапайымдылық, төмен салмақ, шығындарды (жартысына дейін азайту), инерция және жауап беру жылдамдығын қамтамасыз етеді. Бұл Demon UAV-да көрсетілді, ол 2010 жылдың қыркүйегінде Ұлыбританияда алғаш рет ұшты.
In active flow control systems, forces in vehicles occur via circulation control, in which larger and more complex mechanical parts are replaced by smaller, simpler fluidic systems (slots which emit air flows) where larger forces in fluids are diverted by smaller jets or flows of fluid intermittently, to change the direction of vehicles. In this use, active flow control promises simplicity and lower mass, costs (up to half less), and inertia and response times. This was demonstrated in the Demon UAV, which flew for the first time in the UK in September 2010.