PL201911B1 - Sposób sterowania statkiem latającym, powietrznym - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest sposób sterowania statkiem latającym, powietrznym przy wykorzystaniu powierzchni sterowej położonej przed środkiem ciężkości, a wychylonej przez przyłożenie stałego kontrolowanego momentu względem osi obrotu tej powierzchni. Sposób sterowania statkiem latającym, powietrznym o wymaganym stopniu stateczności charakteryzuje się tym, że na ruchome powierzchnie sterujące (1) umieszczone z przodu płatowca (8) w znacznej odległości przed środkiem ciężkości (4), na których występuje stała siła aerodynamiczna niezależna od kąta natarcia płatowca (8), kąta ustawienia ruchomej powierzchni sterującej (1) i innych elementów konfiguracji płatowca (8), działa się za pomocą połączeń elektrycznych i/lub hydraulicznych organów sterowania, w wyniku czego określonemu wychyleniu organu sterowania odpowiada określona siła na ruchomej powierzchni sterującej (1), przy czym ruchomą powierzchnię sterującą (1) zawieszoną na osi poprzecznej (2) usytuowanej przed wypadkową sił aerodynamicznych (3) działających na ruchomą powierzchnię sterującą (1), zaś do osi poprzecznej (2) przykłada się stały moment regulowany, ustalany przez pilota lub że zmienia się wychylenie ruchomej powierzchni sterującej (1), aby uzyskać stałą lecz sterowaną przez pilota różnicę ciśnień w wybranych miejscach (5) na górnej i dolnej stronie ruchomej powierzchni sterującej (1).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób sterowania statkiem latającym, powietrznym przy wykorzystaniu powierzchni sterowej położonej przed środkiem ciężkości, a wychylonej przez przyłożenie stałego kontrolowanego momentu względem osi obrotu tej powierzchni.

W znanych dotychczas i stosowanych aktualnie sposobach sterowania samolotem lub szybowcem wykorzystuje się powierzchnie sterowe umieszczone za lub przed powierzchnią wytwarzającą siłę nośną. Mamy wtedy do czynienia z układem klasycznym, to jest z usterzeniem znajdującym się z tyłu, z układem typu kaczka, to jest z usterzeniem znajdującym się z przodu lub też z latającym skrzydłem z jego odmianą w postaci skrzydeł delta. Do realizacji normalnego lotu obok wytworzenia sił y noś nej, niezbędnej do zrównoważenia ciężaru samolotu oraz możliwości sterowania lotem niezbędne jest zapewnienie minimum stateczności lotu względem wszystkich trzech osi. Pomijając komputerowe układy ze sztuczną statecznością można stwierdzić, że niezbędny zapas stateczności uzyskuje się w sposób naturalny przez właściwe usytuowanie środka ciężkości samolotu czy szybowca. To właściwe usytuowanie to umieszczenie środka ciężkości dostatecznie daleko z przodu, przed wypadkowymi siłami aerodynamicznymi działającymi na samolot. Z powyższego wynika istotny niedostatek stosowanych dotychczas rozwiązań, a mianowicie dla uzyskania wymaganej stateczności w większości przypadków - w tym głównie w konfiguracji samolotu jak do lądowania - siła na powierzchniach sterowych skierowana jest w kierunku przeciwnym, niż siła nośna wytwarzana przez płat, to jest w dół. Innymi słowy, zapewnienie wymaganej stateczności powoduje konieczność budowy większego płata.

Częściowym rozwiązaniem opisanego powyżej niedostatku jest zastosowanie układu kaczki, gdzie siła ustateczniająca powstaje przed płatem. Jednak układ taki związany jest z występowaniem kilku niekorzystnych zjawisk, które spowodowały, że układ ten nie jest szerzej stosowany.

Sposób sterowania statkiem latającym, powietrznym o wymaganym stopniu stateczności, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że na ruchome powierzchnie sterujące umieszczone z przodu płatowca w znacznej odległości przed środkiem ciężkości, na których występuje stała siła aerodynamiczna niezależna od kąta natarcia płatowca, kąta ustawienia ruchomej powierzchni sterującej i innych elementów konfiguracji płatowca, działa się za pomocą połączeń elektrycznych i/lub hydraulicznych organów sterowania, w wyniku czego określonemu wychyleniu organu sterowania odpowiada określona siła na ruchomej powierzchni sterującej, przy czym ruchomą powierzchnię sterującą zawieszoną na osi poprzecznej usytuowanej przed wypadkową sił aerodynamicznych działających na ruchomą powierzchnię sterującą, zaś do osi poprzecznej przykłada się stały moment regulowany, ustalany przez pilota lub że zmienia się wychylenie ruchomej powierzchni sterującej, aby uzyskać stałą lecz sterowaną przez pilota różnicę ciśnień w wybranych miejscach na górnej i dolnej stronie ruchomej powierzchni sterującej.

Płatowiec zaopatrzony w dodatkową powierzchnię sterującą został przedstawiony na rysunku, gdzie na fig. 1 - pokazano płatowiec zaopatrzony w dodatkową powierzchnię sterującą w widoku z boku, a na fig. 2 - pokazano p ł atowiec zaopatrzony w dodatkową powierzchni ę sterują c ą w widoku z góry.

Jak pokazano na rysunku płatowiec 8 o wymaganym stopniu stateczności ma dodaną z przodu wyraźnie przed środkiem ciężkości 4 płatowca 8 ruchomą powierzchnie sterującą 1 na której występuje stała siła aerodynamiczna 3 niezależna od kąta natarcia płatowca 8, kąta ustawienia powierzchni sterowej ani innych elementów konfiguracji płatowca 8, lecz uzależniona od woli pilota poprzez połączenie elektryczne lub hydrauliczne organów sterowania, złożonych z wolantu lub drążka sterowego z ruchomą powierzchnią sterującą 1, tak że określonemu wychyleniu organu sterowania odpowiada określona siła na ruchomej powierzchni sterującej 1.

Do wytworzenia na ruchomej powierzchni sterującej 1 umieszczonej wyraźnie z przodu przed środkiem ciężkości 4 płatowca 8 siły zależnej od woli pilota, lecz niezależnej od kąta natarcia statku latającego, kąta wychylenia ruchomej powierzchni sterującej 1 ani od innych konfiguracji płatowca 8, zawiesza się ruchomą powierzchnię sterującą 1 na osi poprzecznej 2 usytuowanej przed wypadkową sił aerodynamicznych 3 działających na ruchomą powierzchnię sterującą 1, zaś do osi 2 przykłada się stały moment, który może być zmieniany przez pilota przy wykorzystaniu na przykład silnika elektrycznego o stałym momencie obrotowym, którego moment zależny jest od napięcia wysterowanego przez pilota. Do wytworzenia na ruchomej powierzchni sterującej 1 umieszczonej wyraźnie z przodu przed środkiem ciężkości 4 płatowca 8 siły zależnej od woli pilota, lecz niezależnej od kąta natarcia statku latającego, kąta wychylenia ruchomej powierzchni sterującej 1 ani od innych konfiguracji płatowca 8,

PL 201 911 B1 zawiesza się ruchomą powierzchnię sterującą 1 na osi poprzecznej 2 i steruje się ją poprzez serwomechanizm 7 w ten sposób, że zmienia się wychylenie tej powierzchni tak aby uzyskać stałą lecz sterowaną przez pilota różnicę ciśnień w wybranych miejscach 5 na górnej i dolnej stronie tej powierzchni, a więc uzyskać stałą sterowaną przez pilota siłę, która wykorzystywana jest do sterowania lub wyważania statku latającego.

Jak pokazano na rysunku w odróżnieniu od dotychczas stosowanych tego typu powierzchni, powierzchnia ta jest sterowana w ten sposób aby powstawała na niej ściśle określona i sterowana przez pilota siła. Siła ta może być uzależniona od aktualnego kąta natarcia pod którym powietrze opływa samolot, kąta wychylenia dodatkowej powierzchni sterującej, prędkości samolotu względem powietrza, aktualnej konfiguracji samolotu, to jest od wychylenie sterów, klap, podwozia i położenia środka ciężkości.

Idea wytworzenia stateczności sprowadza się głównie do tego, że zmiana kąta natarcia na samolocie, a w tym na powierzchniach sterowych, powoduje powstanie momentów powracających samolot do stanu równowagi, dlatego też zastosowanie dodatkowej powierzchni wytwarzającej siłę według opisanego wyżej sposobu nie powoduje utraty stateczności układu, powoduje natomiast powstanie możliwości wytworzenia dodatkowej siły nośnej wspomagającej płat, a co najważniejsze możliwość skompensowania niekorzystnego momentu wywołanego przez wychylenie klap, czy wychylenie sterów dających ujemną siłę na usterzeniu wysokości. Zadanie to można zrealizować przez zawieszenie wnioskowanej dodatkowej powierzchni na osi umieszczonej przed miejscem przyłożenia wypadkowej siły aerodynamicznej nań działającej. Wobec stosunkowo niedużego roboczego zakresu wychyleń tej powierzchni można przyjąć, że warunek uzyskania stałej kontrolowanej siły można zastąpić warunkiem stałego momentu względem osi zawieszenia dodatkowej powierzchni. Uzyskanie zaś stałego momentu, niezależnego między innymi od kąta natarcia, który mógłby być dowolnie zmieniany przez pilota można uzyskać przez zastosowanie silnika elektrycznego, w którym moment obrotowy uzależniony jest od przyłożonego doń napięcia. W przypadku gdyby charakterystyka dynamiczna układu okazałaby się niekorzystna, należy wtedy zastosować układ, w którym serwomechanizm przedstawia dodatkową powierzchni sterową w ten sposób, aby na jej górnej i dolnej powierzchni występowała stała i określona różnica ciśnień, a więc i siła wypadkowa nań działająca.

W praktycznym zastosowaniu sposobu sterowania według wynalazku można wykorzystać go jako układ wyważający, to jest taki, w którym sterowanie samolotu odbywa się przy pomocy klasycznych sterów, zaś dodatkowa powierzchnia wykorzystana jest do uzyskania pożądanego stanu równowagi, a więc na przykład do uzyskania dodatkowej siły nośnej przy starcie lub lądowaniu, skompensowania wychylenia klap oraz wykorzystać go jako główny element sterowania samolotem rezygnując ze stosowania klasycznych sterów, pozostawiając jednak powierzchnie ustateczniające i sterować samolotem poprzez zmianę siły wytwarzanej przez dodatkową powierzchnię, co w tym przypadku da połączenie pomiędzy powierzchnią sterującą a organem sterowania i odbywałoby się przy pomocy systemu elektrycznego lub hydraulicznego, na przykład w ten sposób aby określonemu wychyleniu organu sterowania odpowiadała określona siła powstająca na powierzchni sterującej. Liczbowa zależność pomiędzy tymi wielkościami może być różna w zależności od rodzaju samolotu, jego wielkości, przeznaczenia i innych jego parametrów technicznych. W powyżej wymienionych przypadkach opisano zastosowanie sposobu sterowania głównie w układzie sterowania w samolocie wysokością, gdzie zmianom podlega oś obrotu w płaszczyźnie poziomej i w kierunku prostopadłym do kierunku lotu. W określonych przypadkach może się jednak okazać, że celowym byłoby wykorzystanie takiego układu również w sterowaniu kierunkowym co dotyczyć może głównie samolotów w układzie delta lub też zbliżonym do niego.

Claims (1)

1. Sposób sterowania statkiem latającym, powietrznym o wymaganym stopniu stateczności, znamienny tym, że na ruchome powierzchnie sterujące (1) umieszczone z przodu płatowca (8) w znacznej odległości przed środkiem ciężkości (4), na których występuje stała siła aerodynamiczna niezależna od kąta natarcia płatowca (8), kąta ustawienia ruchomej powierzchni sterującej (1) i innych elementów konfiguracji płatowca (8), działa się za pomocą połączeń elektrycznych i/lub hydraulicznych organów sterowania, w wyniku czego określonemu wychyleniu organu sterowania odpowiada określona siła na ruchomej powierzchni sterującej (1), przy czym ruchomą powierzchnię sterującą (1) zawieszo4

   PL 201 911 B1 ną na osi poprzecznej (2) usytuowanej przed wypadkową sił aerodynamicznych (3) działających na ruchomą powierzchnię sterującą (1), zaś do osi poprzecznej (2) przykłada się stały moment regulowany, ustalany przez pilota lub że zmienia się wychylenie ruchomej powierzchni sterującej (1), aby uzyskać stałą lecz sterowaną przez pilota różnicę ciśnień w wybranych miejscach (5) na górnej i dolnej stronie ruchomej powierzchni sterującej (1).