Обща информация за системата за управление на хеликоптера
Автопилотът е предназначен да улесни работата на пилота при пилотиране на хеликоптер.
Полетът на хеликоптер, като движение в пространството на всяко свободно тяло, може да се разглежда като състоящ се от въртене около центъра на тежестта спрямо 3 оси и движение на центъра на тежестта спрямо земята (по всяка от 3-те оси). Въртенето на хеликоптера около центъра на тежестта обикновено се нарича ъглово движение, движението на центъра на тежестта се нарича траектория. Когато пилотира хеликоптер, пилотът контролира както ъглови, така и траекторни движения.
Контрол на ъгъла на хеликоптер
Крайната цел на пилотирането е да се контролира движението на центъра на тежестта на хеликоптера спрямо земята, т.е. контрол на траекторията. Въпреки това, необходимо условие за осъществяване на траекторни движения е да се осигури стабилизиране на ъгловите движения на хеликоптера. Тъй като хеликоптерът е нестабилен по отношение на ъгловите движения, осигуряването на стабилизиране на ъгловите движения на хеликоптера изисква много усилия от страна на пилота, което го отвлича от изпълнението на основните му функции.
Когато хеликоптерът промени дадената си ъглова позиция, пилотът получава визуална информация за това или от наземни референции, или от индикатори за курс (посока), крен и тангаж.
В отговор на тази промяна, пилотът действа с помощта на лостове за управление на управлението на хеликоптера (фиг. 1) и го връща в първоначалното му положение.
Фиг.1 Схема за ръчно управление на хеликоптера.
Автопилотът е предназначен да разтоварва пилота от управлението на ъгловите движения на хеликоптера, като осигурява стабилизиране на зададените ъглови положения. В този случай пилотът остава контролната функция.
Автопилотът е устройство, което получава информация за промянатаъглови позиции на хеликоптера и съответно отклоняване на органите за управление. За получаване на информация за изменението на ъгловото положение на хеликоптера се използват сензорни елементи (фиг. 2), които се използват като дистанционни сензори за сигнали за курс, ъгли на наклон и тангаж и сензори за ъгловата скорост на въртене на хеликоптера около 3 пространствени оси.
Фиг.2 Схема за включване на каналите за ъглова стабилизация на автопилота в системата за управление на хеликоптера
Сигналите от чувствителните елементи се изпращат към автопилота, където се преобразуват, усилват и след това въздействат върху контролите. По този начин AP изпълнява функциите на пилот, за да осигури стабилизиране на ъгловите позиции на хеликоптера. В същото време работи затворената автоматична система за управление "Вертолет-автопилот" (схема 1). Характеристика на този автопилот е запазването на затворената система за управление "Хеликоптер-пилот" (верига 2) дори когато автопилотът работи. Това означава, че както пилотът, така и автопилотът могат да действат върху управлението едновременно. Възможността за такава съвместна работа на пилота и автопилота се осъществява чрез така нареченото диференциално управление, при което резултантното движение на органите за управление на хеликоптера е равно на алгебричната сума на движенията от действията за управление на пилота и автопилота.
Диференциалното управление се извършва на хеликоптера с помощта на електрохидравлични комбинирани блокове за управление (тип KAU-30B, RA-60A), монтирани в системата за управление на хеликоптера. Изходният прът на такива кормилни устройства може да се движи както от лостовете за управление на пилота (в този случай кормилното устройство работи като хидравличен усилвател, което е необходимо в системата за управление на хеликоптера, за да се намали усилието, прилагано от пилота към лостоветеконтрол) и от електрическите сигнали на AP, който управлява движението на арматурата на специално електромагнитно поляризирано реле, монтирано в кормилното устройство.Котвата на поляризираното реле задвижваспециална макара (или дюза за клапа), движението на която от своя страна предизвиква движение на изходния прът на кормилното устройство.
Конструкцията на кормилните устройства е такава, че движението на органите за управление от сигналите на автопилота не се предава на лостовете за управление на пилота и е ограничено до 20% от общото движение на органите за управление. Такова ограничение е необходимо за безопасността на полета в случай на повреда на самолета, т.к повечето възможни повреди на автопилота са придружени от еднопосочен изходен сигнал и бързи отклонения на управлението.
В същото време такъв ограничен обхват на действие на органите за управление от AP сигналите в повечето случаи е напълно достатъчен за париране на реални смущения, действащи върху хеликоптера и стабилизиране на ъгловите положения на хеликоптера.
Въпреки това, в някои случаи (например в канала за посока по време на ускорение или забавяне), такъв контролен запас за AP не е достатъчен и стабилизирането в тези случаи може да бъде нарушено. За да не се случи това, в системата за управление на посоката на вертолета са монтирани специални рулеви блокове (тип RA-60A, с т.нар. "дестилация").
"Дестилация" е такъв режим на работа на кормилния уред, при който има автоматично движение с постоянна скорост на изходния прът на кормилния уред заедно с лоста за управление на пилота. Режимът "дестилация" се активира автоматично, когато AP използва напълно контролния си резерв (20% от общия контролен резерв).
"Дестилацията", така да се каже, разширява границата на контрол за автопилота, принуждавайки ви да се движителостовете за управление на пилота в същата посока, в която не е имало достатъчен резерв за управление от AP. Скоростта на "дестилация" от условието за безопасност е избрана достатъчно малка (приблизително 10% от макс.).
Общото движение на органите за управление (от AP и от "дестилацията") ще доведе до преместване на хеликоптера в първоначалното му положение, което от своя страна ще доведе до автоматично изключване на "дестилацията". В този случай, въпреки че стабилизацията е възстановена, границата на контрол от AP е изчерпана.
Ако е необходимо, пилотът може да спре "дестилацията" и да принуди органите за управление да се движат в правилната посока, като приложи определена сила към лостовете за управление.
Ъгловото положение на хеликоптера спрямо всяка от трите пространствени оси - надлъжна, напречна и вертикална се нарича съответно крен, тангаж, курс (направление).
За да контролира ролката, пилотът действа върху контролната пръчка в напречна посока, за да контролира тангажа - в надлъжна посока.
Когато контролира курса, пилотът действа върху педалите.
За да осигури автоматично управление на посоката, накланянето и наклона, автопилотът има три независими канала, които действат върху съответните контроли (подобно на пилот):
насочващ канал - на стъпка на опашния ротор;
ролков канал - към наклонената шайба в напречна посока;
наклонен канал - към наклонената плоча в надлъжна посока.
Контрол на надморска височина
При извършване на хоризонтални полети пилотът често трябва да действа върху лостчето "стъпка-дросел", за да поддържа постоянна височина на полета. За да разтовари пилота от тази работа, AP осигурява височинен канал, който влияе върху общата стъпка на главния ротор на хеликоптера, фиг.3.
Като Чеизползва се коректор на височината, който дава на AP сигнал за промяна на барометричната височина на полета. За разлика от каналите за ъглова стабилизация, където едновременно могат да работят веригите "хеликоптер-пилот" (схема 2) и "хеликоптер-AP" (схема 1), във височинния канал, когато пилотът се намеси в управлението, AP се изключва (превключвател B1 е отворен). В противен случай работата на веригата за стабилизиране на височина е подобна на работата на веригата за стабилизиране на ъгъл.
Фиг.3 Схема за включване на височинния канал на автопилота в системата за управление на хеликоптера
Контрол на въздушната скорост
В допълнение към стабилизирането на ъгловите движения и височината на полета H на хеликоптера, в повечето режими се изисква поддържане на постоянна скорост на полета. При хеликоптер скоростта на полета се контролира с помощта на същите лостове за управление, както при управлението на ъгъла на тангажа, тъй като скоростта на полета при постоянна обща тангажа зависи главно от ъгъла на тангажа на хеликоптера. Въпреки че стабилизирането на ъгъла на тангажа индиректно осигурява стабилизиране на скоростта на полета, но точността на стабилизирането е недостатъчна.
В тази връзка хеликоптерът е оборудван с коректор на въздушната скорост KV-11, от който сигналът за промяна на скоростта на полета влиза в канала на наклона на автопилота, което осигурява повишаване на точността на стабилизиране на скоростта на полета. Схемата за включване на коректора на скоростта в контура за стабилизиране на ъгъла на тангажа е показана на фиг. 4. В този случай контурът за стабилизиране на ъгъла на наклона става спомагателен, т.к изходната стабилизирана стойност в този случай е скоростта на хеликоптера.
Фиг.4 Схема за включване на коректора на скоростта в системата за управление на хеликоптера