Steuerungshubschrauber Video
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Wir analysieren die Steuerung eines Hubschraubers mit einem Hauptrotor und einem Heckrotor. Der Pilot steuert den Hubschrauber und das Triebwerk im Flug, indem er auf die Heckrotoren einwirkt.

Im Cockpit befinden sich Griffe, Hebel und Pedale, die über Seile oder starre Stangen mit den entsprechenden Bedienelementen des Hubschraubers verbunden sind. Darüber hinaus ist das Cockpit mit Instrumenten und Flug- und Navigationsgeräten ausgestattet, mit denen der Pilot den Betrieb des Motors sowie die Geschwindigkeit, Höhe und Richtung des Hubschraubers steuert.

Bekanntermaßen werden zur Steuerung eines Flugzeugs Größe, Richtung und Angriffspunkte der am Flügel und an den Rudern auftretenden aerodynamischen Kräfte sowie die Größe der Schubkraft verändert.

Damit das Flugzeug im Steigflug fliegt, erhöht der Pilot den Triebwerksschub und lenkt den Steuerknüppel in seine Richtung, wodurch das Höhenruder nach oben ausgelenkt wird. In diesem Fall wird auf das Höhenruder eine Kraft erzeugt, die die Flugrichtung ändert, das Flugzeug hebt seine Nase, was zu einer Vergrößerung des Anstellwinkels des Flügels führt. Eine Erhöhung des Anstellwinkels des Flügels entspricht einer Erhöhung der Auftriebskraft des Flügels; mit einer Erhöhung der Schubkraft gewinnt das Flugzeug an Höhe.

 

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Um eine Rolle zu erzeugen, schlägt der Pilot den Steuerknüppel des Flugzeugs in die gewünschte Richtung aus, was zur Auslenkung der Querruder der Flügel führt. Ein Querruder schlägt nach oben und das andere nach unten aus, wodurch die linke und rechte Flügelhälfte unterschiedliche Auftriebskräfte erzeugen und das Flugzeug rollt.

Wenn Sie das Flugzeug nach links oder rechts drehen müssen, lenkt der Pilot die Fußpedale in die gewünschte Richtung, was eine Auslenkung des Ruders zur Folge hat.

Um die Fluggeschwindigkeit zu ändern, ändert der Pilot die Drehzahl des Triebwerks mit einem Gassektor oder, ähnlich, die Schubkraft des Propellers oder Strahltriebwerks.

Wenn das Flugzeug über einen Verstellpropeller im Flug verfügt, gibt es zum Verändern der Propellersteigung im Cockpit einen Propellersteigungshebel, der normalerweise mit dem Gashebel verbunden ist, da Propellersteigung und Motordrossel koordiniert werden müssen miteinander.

Um die Steuerung des Helikopters der eines Flugzeugs anzugleichen, verfügt das Cockpit außerdem über einen Steuerknüppel, Fußpedale, einen Pitch-Steuerhebel und einen Gashebel; Sie sind jedoch nicht mehr mit den Organen verbunden, die sich im Flugzeug befinden, da der Hubschrauber keinen Flügel, keine Querruder und kein Seitenruder hat.

Der Steuerknüppel des Hubschraubers ist über Seile und Stangen mit den Längs- und Quersteuermechanismen der Taumelscheibe am Hauptrotor verbunden.

Die Fußpedale sind über Kabel oder Stangen mit dem Mechanismus zur Änderung der Verstellwinkel der Heckrotorblätter verbunden.

Der Hauptrotor-Pitch-Steuerhebel ist mit dem Taumelscheibenschieber verbunden.

Der Gashebel ist über Stangen mit der Drosselklappe des Motorvergasers verbunden.

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Üblicherweise sind die Steuerung des Hauptrotor-Pitches und die Motordrosselung an einem Hebel zusammengefasst, der in diesem Fall Pitch-Gas-Hebel genannt wird. Tatsache ist, dass eine Änderung der Steigung des Hauptrotors, d. h. die gleiche Änderung des Einbauwinkels aller Propellerblätter, zwangsläufig zu einer Erhöhung oder Verringerung der Leistung führt, die erforderlich ist, um den Propeller mit einer konstanten Anzahl von Umdrehungen zu drehen. Eine Diskrepanz zwischen der vom Motor entwickelten Leistung und der zum Drehen des Propellers erforderlichen Leistung kann zu einem Abfall der Drehzahl des Propellers oder zu einer übermäßigen Drehung des Propellers führen, was dazu führt, dass der Flug nicht fortgesetzt werden kann. Die Propellersteigung und die Drosselklappensteuerung sind auf demselben Hebel zusammengefasst, so dass die Motorleistung immer ungefähr der vom Propeller aufgenommenen Leistung entspricht. Für die endgültige Einstellung ist am „Pitch-Gas“-Hebel ein Motorgas-Korrekturknopf vorgesehen, mit dem Sie die Motorleistung in einem kleinen Bereich ändern können, ohne die Propellersteigung zu ändern.

Aufgrund dessen bewegt sich der Hubschrauber vorwärts, seitwärts und rückwärts?

Fragt man den Konstrukteur danach, antwortet er: „Aufgrund der zyklischen Änderung der Blattneigung im Azimut.“

Und wenn Sie die Frage stellen, was „zyklische Änderung des Azimuts“ ist, dann folgt eine Erklärung: „Dies ist eine sinusförmige Änderung der Anstellwinkel der Rotorblätter in Abhängigkeit von ihrer azimutalen Position.“

Das ist richtig? Zweifellos. Ah, verstanden? Nicht sehr. Lassen Sie uns herausfinden, was das bedeutet.

Um den Hubschrauber aus der Schwebeposition in den Horizontalflug vorwärts, rückwärts oder zur Seite zu überführen, ist eine in diese Richtung gerichtete Kraft erforderlich. Und wie man eine solche Kraft erhält, die nach Belieben nicht nur in ihrer Größe, sondern auch in ihrer Richtung geändert werden kann.

Sie können natürlich auch einen anderen Motor mit Propeller unter dem Rumpf anbringen, der den Hubschrauber in jede Richtung drehen würde.

Und Sie können es viel einfacher machen: Nutzen Sie die Kraft, die bereits bei einem schwebenden Hubschrauber vorhanden ist, nämlich die aerodynamische Kraft des Hauptrotors, die beim Schweben entlang der Achse der Schraube verläuft.

Wenn Sie die Position dieser Kraft im Vergleich zu ihrer ursprünglichen vertikalen Position ändern (kippen), kann sie in zwei Komponenten der Kraft zerlegt werden: vertikal und horizontal.

Die horizontale Komponente ist die Kraft, die den Hubschrauber in die gewünschte Richtung bewegt, und die vertikale Komponente übernimmt weiterhin die Rolle des Auftriebs. Je nachdem, in welche Richtung die aerodynamische Kraft des Propellers kippt, kann sich der Hubschrauber in diese Richtung bewegen. Je größer die Neigung der aerodynamischen Kraft ist, desto größer ist ihre horizontale Komponente und desto größer ist die Geschwindigkeit, die der Hubschrauber in eine bestimmte Richtung entwickeln kann.

So ist die gewünschte Leistung gefunden. Es bleibt nur noch, einen Weg zu finden, diese Kraft in die erforderliche Richtung und um den erforderlichen Betrag zu kippen.

Es scheint, dass der einfachste Weg, die Steigung der aerodynamischen Kraft des Propellers zu ändern, darin besteht, die Hauptrotorachse selbst und damit die gesamte Rotationsebene in die erforderliche Richtung zu neigen. Dieses scheinbar sehr einfache Steuerungsschema wurde erstmals bei Tragschraubern eingesetzt. Es wird als direktes Kontrollschema bezeichnet. Das Prinzip der direkten Steuerung wird gezeigt.

Durch Vorwärtsbewegen des Steuerknüppels des Hubschraubers kippt der Pilot über ein Zahnradpaar die gesamte Hülse zur Befestigung der Hauptrotorblätter nach vorne und verändert gleichzeitig die Position der Hauptrotorrotationsebene. In diesem Fall hat seine volle aerodynamische Kraft eine horizontale Komponente, die nach vorne gerichtet ist, und der Hubschrauber beginnt, sich in diese Richtung zu bewegen. Somit entspricht die Vorwärtsbewegung des Steuerknüppels des Hubschraubers der Vorwärtsbewegung des Hubschraubers selbst.

Allerdings ist die Änderung des Neigungswinkels der Rotationsebene des Hauptrotors bei einem Hubschrauber keine leichte Aufgabe, da die riesige Rotationsebene des Hauptrotors sozusagen der Rotor eines Gyroskops ist, der danach strebt die Rotationsebene beibehalten. Darüber hinaus ist es schwierig, eine geteilte Hauptwelle vorzusehen, um die Neigung der Hülse sicherzustellen.

Mit der von B. N. Yuryev erfundenen Taumelscheibe, die in der Steuerung des Hauptrotors eines Hubschraubers enthalten ist und dessen Blätter horizontale Scharniere haben, können Sie den gleichen Effekt erzielen wie beim Neigen der Rotationsebene der Schraube, jedoch auf eine andere Art und Weise. einfacherer Weg.

Dargestellt ist ein schematisches Diagramm der Propellersteuerung mithilfe einer Taumelscheibe.

Auf der Schraubenwelle befindet sich ein Schieber. Der Schieber ist über Längsverzahnungen mit der Welle verbunden, die die Drehung der Welle auf den Schieber übertragen. Darüber hinaus ermöglicht das Vorhandensein eines Längsschlitzes, den Schieber entlang der Welle auf und ab zu bewegen, während sich der äußere Käfig 5 in der Kupplung bewegt.

Ein Ring ist mit der A-A-Achse mit dem Schieber verbunden, und die innere Tapete der Taumelscheibe ist mit der B-B-Achse mit dem Ring verbunden. Somit rotieren sowohl der Ring als auch der Innenring mit der Rotorwelle. Der Ring kann nach rechts und links gekippt werden, und der Innenring kann nicht nur zusammen mit dem Ring nach rechts und links gekippt werden, sondern auch um die B-B-Achse nach vorne und hinten gekippt werden. Aufgrund des Vorhandenseins einer Kugellagerverbindung bewirken die Neigungen des Außenkäfigs 5 zusammen mit der Kupplung die Neigungen des Innenkäfigs, der Außenkäfig dreht sich jedoch nicht, da die Drehung der Schraubenwelle über das Kugellager erfolgt werden nicht an diesen übermittelt.

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Der äußere Käfig der Taumelscheibe wird mittels Stangen mit kugelförmigen Spitzen durch die Kupplung geführt

n Schaukelstühle, die mit dem Steuergriff verbunden sind. Der Schieber ist mit dem „Step-Gas“-Hebel verbunden.

Am inneren Clip der Taumelscheibe befinden sich Vorsprünge. Die Anzahl der Vorsprünge entspricht der Anzahl der Propellerblätter. In diesem Fall sind es drei. Die Stangen verbinden den Innenring mit den Propellerblättern. Das Kippen der äußeren und inneren Laufringe führt daher dazu, dass alle drei Blätter ihre Montagewinkel um die Drehpunkte ändern.

Wenn der Pilot den Steuerknüppel des Hubschraubers nach vorne auslenkt, zwingt er dadurch beide Klammern der Taumelscheibe dazu, sich nach vorne zu neigen (um die B-B-Achse) und ändert gleichzeitig ihre Installationswinkel und alle Rotorblätter. Wenn nun die Clips nach vorne geneigt sind und sich der Propeller dreht, verringert jedes Blatt, das über den Steuerknüppel des Piloten fährt (Azimutwinkel 180), automatisch seinen Einstellwinkel, und wenn es über den Heckausleger fährt (Azimutwinkel 0° oder 360°), erhöht sich dieser Einstellwinkel. Ecke. Mit einer Verringerung des Einbauwinkels nimmt natürlich auch die Hubkraft des Blattes ab, wodurch das Blatt absinkt. Mit zunehmendem Einbauwinkel nimmt auch der Auftrieb zu und das Blatt schwingt.

Wenn also der Steuerknüppel des Hubschraubers nach vorne ausgelenkt wird, senkt sich jedes Blatt, wenn es über den Steuerknüppel (Azimutwinkel 180°) läuft, und hebt sich, wenn es über den Heckausleger läuft. Dies entspricht der Tatsache, dass sich der Kegel der Schaufeln nach vorne neigte. Da wir davon ausgehen können, dass die gesamte aerodynamische Kraft des Propellers mit der Achse des Kegels zusammenfällt, also senkrecht zur Rotationsebene der Enden der Flügel, bedeutet die Neigung des Kegels nach vorne auch, dass die Wirkungslinie der Die vom Propeller entwickelte Kraft ist nach vorne gekippt. Und das bedeutet, dass eine horizontale Kraftkomponente entstanden ist, die für die Vorwärtsbewegung des Helikopters sorgt.

Wenn der Helikopter in der neutralen Position des Steuerknüppels hing, beginnt der Helikopter nun, sich vorwärts zu bewegen, wenn der Steuerknüppel nach vorne ausgelenkt wird.

Während vor der Auslenkung des Steuerknüppels nach vorne die gesamte aerodynamische Kraft R des Hauptrotors durch den Schwerpunkt des Hubschraubers verlief, verläuft sie jetzt hinter dem Schwerpunkt, was zu einem Moment um den Schwerpunkt führt und den Hubschrauber dazu zwingt senkt die Nase. Absenken − Dies wird so lange fortgesetzt, bis die Wirkungslinie der Kraft R wieder mit dem Schwerpunkt zusammenfällt.

Aufgrund der Neigung der Taumelscheibe behält das Blatt also keinen konstanten Einstellwinkel bei und behält daher keinen konstanten Anstellwinkel bei. Bei einem Azimutwinkel von 0° (das Blatt verläuft über dem Heckausleger) ist der Anstellwinkel am größten; - Bei der Bewegung von einem Azimutwinkel von 0 auf 180° (das Blatt ist nach vorne gerichtet) nimmt der Anstellwinkel ab, beginnt dann zuzunehmen und erreicht bei einem Azimutwinkel von 360° wieder seinen Maximalwert. Und das ist die zyklische Änderung der Anstellwinkel des Blattes in Abhängigkeit von seiner azimutalen Position.

Auf diese Weise entsteht bei einem modernen Hubschrauber die Neigung des Rotorblattkegels und die Kraft, die den Hubschrauber in die gewählte Richtung bewegt.

Um rückwärts zu fliegen, muss der Steuerknüppel des Hubschraubers über die neutrale Position hinaus in seine Richtung ausgelenkt werden.

Für den Seitwärtsflug, zum Beispiel nach rechts, muss der Steuerknüppel des Helikopters aus der Neutralstellung nach rechts bewegt werden. Dadurch vergrößert die Taumelscheibe den Einbauwinkel der die linke Seite der Scheibe überstreichenden Schaufelblätter, wodurch deren Auftriebskraft in diesem Bereich zunimmt und die Schaufelblätter schlagen, und umgekehrt verringert sich der Einbauwinkel der die rechte Seite überstreichenden Schaufelblätter Seite der Scheibe, wo die Messer abgesenkt sind. Dadurch wird der gesamte Schaufelkegel nach rechts geneigt. Es entsteht eine horizontale, nach rechts gerichtete Komponente der Propellerkraft, die den Hubschrauber in diese Richtung bewegt.

Wenn beim Schweben die aerodynamische Kraft des Propellers durch den Schwerpunkt verlief, verläuft sie nun links vom Schwerpunkt. Das auftretende Moment kippt den Hubschrauberrumpf nach rechts, bis die Wirkungslinie der Kraft mit dem Schwerpunkt übereinstimmt. Daher geht der Flug nach rechts mit einer Neigung des Rumpfes nach rechts einher.

Es ist jedoch zu beachten, dass die Steigung der aerodynamischen Kraft des Hauptrotors nicht genau der Steigung der Taumelscheibe entspricht. Selbst wenn die Taumelscheibe nach hinten geneigt ist, wird auch der Rotorkegel nach hinten geneigt. In diesem Fall kommt es jedoch zu einer unerwünschten Änderung der Anstellwinkel der vor- und zurückfahrenden Schaufeln, da sich durch die Neigung des Schneckenrückens zwangsläufig der Winkel ändert, mit dem die Schaufeln auf die Strömung treffen, indem sie sich der Strömung nähern oder sich von ihr wegbewegen Fluss. Der Anstellwinkel der vorrückenden Klinge wird größer und der der nacheilenden Klinge verringert. Dies führt zu einer Änderung der Schlagbewegung der Blätter, wodurch der Winkel der aerodynamischen Kraft des Propellers gebildet wird, der hinter der Richtung zurückbleibt, in die die Taumelscheibe ausgelenkt wird.

Es ist jedoch wünschenswert, dass die aerodynamische Kraft des Hauptrotors strikt der Bewegung des Steuerknüppels des Hubschraubers untergeordnet ist. Dazu wird die Übertragung vom Steuerknüppel auf die Taumelscheibe so durchgeführt, dass die Taumelscheibe etwas anders ausweicht als der Griff, die Steigung der aerodynamischen Kraft jedoch genau der Neigung des Steuerknüppels des Hubschraubers entsprechen würde.

Ändert sich durch die Auslenkung des Steuerknüppels des Hubschraubers die Neigung der Wirkungslinie der vom Hauptrotor entwickelten Auftriebskraft, so dient der „Pitch-Throttle“-Hebel dazu, die Größe dieser Kraft zu verändern.

Wenn der Pitch-Gas-Hebel zurückgezogen wird, gleitet der Schieber entlang der Keilverzahnung nach oben und bewirkt, dass alle drei Blätter ihren Einstellwinkel vergrößern. Dadurch erhöht sich die Auftriebskraft jedes Blattes und damit auch die gesamte aerodynamische Kraft des gesamten Propellers. Wenn der „Pitch-Gas“-Hebel von sich selbst nach vorne abweicht, nimmt die Kraft des Propellers ab.

Wenn die aerodynamische Windungskraft größer als die Gewichtskraft wird, steigt der schwebende Hubschrauber vertikal. Wenn die aerodynamische Kraft des Propellers kleiner wird als die Gewichtskraft, führt der Hubschrauber einen vertikalen Sinkflug durch. Wenn die aerodynamische Kraft des Propellers gleich der Gewichtskraft ist, hängt der Hubschrauber auf derselben Höhe.

Es wird gezeigt, wie stark die zum Drehen des Hauptrotors (mittlere Größe) erforderliche Leistung mit zunehmendem Einbauwinkel bei einer konstanten Drehzahl von 250 U/min zunimmt.

Zeigt schematisch die Heckrotor-Pitch-Steuerung.

Die Auslenkung des rechten bzw. linken Pedals wird über die Seilzugsteuerung auf das Schneckengetriebe des Heckrotors übertragen. Durch die Bewegung der Pedale dreht sich die Schneckenmutter. In diesem Fall ist die Schnecke verdreht oder verschraubt. Die Schnecke ist mit den Stangen verbunden, die zu den Hebeln der Messer führen. Die Bewegung der Schnecke über die Hebel wird auf die Rotorblätter übertragen, wodurch diese sich in axialen Scharnieren drehen. Dadurch verändert sich ihr Gesamteinbauwinkel und damit auch die Schubkraft des Heckrotors.

Im Schwebe- oder Geradeausflug muss der Heckrotorschub das Reaktionsmoment des Hauptrotors ausgleichen.

Soll der Helikopter nach rechts oder links gedreht werden, dann erhöht oder verringert die Bewegung der Pedale die Steigung des Heckrotors. Im einen Fall wird der Schub größer, im anderen Fall kleiner als der Wert, der zum Ausgleich des Reaktionsmoments des Hauptrotors erforderlich ist. In diesem Fall dreht sich der Hubschrauber entweder unter der Wirkung des Heckrotor-Schubmoments oder unter der Wirkung des Reaktionsmoments.

Der Ausfall des Heckrotors (z. B. aufgrund eines Ausfalls der Getriebeheckwelle) führt dazu, dass sich der Hubschrauber unter der Wirkung eines unausgeglichenen Reaktionsmoments dreht. Im Schwebemodus würde der Hubschrauber beispielsweise mehrere zehn Umdrehungen ausführen pro Minute um die vertikale Achse, was die Möglichkeit einer Fortsetzung des Fluges ausschließen würde. Daher wird die Heckwelle, wie auch das gesamte Getriebe, mit einem großen Sicherheitsspielraum gefertigt.

Mit Hilfe der Steuerung am Helikopter ist es möglich, die notwendigen Entwicklungen vorzunehmen. Der Hubschrauber kann mit verschiedenen horizontalen Geschwindigkeiten fliegen; Es kann sowohl im Horizontalflug als auch im Schwebeflug steigen oder sinken, es kann sich an einer Stelle um die vertikale Achse drehen, es kann schnell an Geschwindigkeit gewinnen und schnell anhalten, es kann Kurven und Spiralen machen. Auch bei einem Triebwerksausfall bleibt der Helikopter voll kontrollierbar. In diesem Fall überträgt der selbstdrehende Hauptrotor die Drehung n über das Getriebe auf den Heckrotor.

Alle diese Entwicklungen erfordern die koordinierte Aktion des Steuerknüppels, des Gashebels und der Fußpedale des Hubschraubers.

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