RU2093419C1

RU2093419C1 - Manual control system of trainer aeroplane

Info

Publication number: RU2093419C1
Application number: RU93028589A
Authority: RU
Original assignee: Экспериментальный машиностроительный завод им.В.М.Мясищева
Priority date: 1993-05-25
Filing date: 1993-05-25
Publication date: 1997-10-20

Abstract

FIELD: control systems of flying vehicles. SUBSTANCE: manual control system includes control sticks of instructor pilot and student pilot provided in longitudinal control channel and rigidly interconnected; these control sticks are kinematically linked with variable gearing mechanism, elevator hydraulic drive, spring-type loading mechanism and trimming effect mechanism which is electrically connected with trimming buttons found in each control stick. Manual control system is additionally provided with stability and controllability characteristics reprogramming computer, electrohydraulic loading mechanism containing electric drive for shifting the control sticks, force sensors fitted on these sticks and monitoring and control unit whose input is electrically connected with force sensors, trimming buttons and computer of stability and controllability characteristics reprogramming and its output is connected with electrohydraulic drive and trimming effect mechanism; besides that, system is provided with second electrohydraulic drive which is electrically connected with reprogramming computer and is kinematically linked with spring centering its outlet rod and differentiating bell crank arranged between variable gearing mechanism and elevator hydraulic drive. Control stick of instructor pilot is provided with two selector switches having two make-before-break contact pairs each. One selector switch is connected with force sensor and trimming button of trainer pilot control stick; second selector switch is connected with hydraulic valves of respective electrohydraulic drives and its own trimming button. EFFECT: extended functional capabilities. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к авиационной технике, может быть использовано в системах управления летательных аппаратов и предназначено для ручного управления учебно-тренировочных самолетов. The invention relates to aircraft, can be used in control systems of aircraft and is intended for manual control of training aircraft.

Известна система ручного управления тяжелого пассажирского самолета, содержащая в продольном канале управления два механически связанных между собой штурвала, которые посредством механической проводки с механизмом изменения передаточного числа связаны с гидроприводом аэродинамических поверхностей. Загрузка штурвалов осуществляется посредством электрогидравлического устройства, содержащего датчики усилий, размещенные в соответствующих штурвалах, блок формирования управляющего сигнала загрузки, вход которого связан со входом электрогидропривода, который отклоняет штурвалы на угол, пропорциональный величине усилия, приложенного к штурвалу [2]
Известна система управления летательного аппарата, содержащая рычаг управления, кинематически связанный через электромеханизм триммирования и автомат регулировки загрузки с пружинным загрузочным устройством, аэродинамический орган управления, кинематически связанный с выходом силового привода, вход которого через дифференциальную качалку и механическую проводку с автоматом регулировки управления соединен с рычагом управления, кнопку триммирования, расположенную на рычаге управления и электрически связанную с электромеханизмом триммирования, рулевую машинку, выход которой подсоединен ко второму плечу дифференциальной качалки, датчики параметров движения летательного аппарата, подключенные ко входам вычислителя, вход которого соединен со входом рулевой машинки [3]
По технической сущности наиболее близкой к предлагаемой системе является система ручного управления учебно-тренировочного самолета, содержащая в продольном канале механически связанные между собой две ручки управления, которые посредством механической проводки кинематически связаны с механизмом изменения передаточного числа, гидроприводом руля высоты, пружинным устройством загрузки и механизмом эффекта триммирования, который электрически связан с кнопками триммирования, размещенным в рукоятках соответствующих ручек управления [1]
Известное решение имеет следующие недостатки:
не позволяет в процессе учебно-тренировочных полетов отрабатывать действия летчика-курсанта в условиях введения отказов и не обеспечивает имитацию критических режимов полета при одновременном сохранении возможности прекращения указанных режимов и безопасного продолжения нормального полета;
не позволяет производить ознакомление летчиков с особенностями пилотажных характеристик различных самолетов и их модификаций с отработкой соответствующей техники пилотирования;
не обеспечивает однозначного приоритета управления между инструктором и курсантом, т. к. существующий приоритет управления основан на пересиливании друг друга.Known manual control system for a heavy passenger aircraft, containing in the longitudinal control channel two mechanically interconnected helms, which by mechanical wiring with a gear ratio change mechanism are connected to a hydraulic drive of aerodynamic surfaces. The loading of the helms is carried out by means of an electro-hydraulic device containing force sensors located in the corresponding helms, a control signal generating unit for loading, the input of which is connected to the input of the electro-hydraulic actuator, which deflects the helms by an angle proportional to the amount of force applied to the helm [2]
A control system of an aircraft is known, comprising a control lever kinematically connected via an electromechanical trimmer and an automatic load adjustment device with a spring loading device, an aerodynamic control element kinematically connected to the output of a power drive, the input of which is connected through a differential rocker and mechanical wiring with an automatic control adjustment device to a lever control, trim button located on the control lever and electrically connected to the electromechanism trimming, steering gear, the output of which is connected to the second shoulder of the differential rocking, sensors of the parameters of movement of the aircraft, connected to the inputs of the computer, the input of which is connected to the input of the steering gear [3]
By technical nature, the closest to the proposed system is a manual control system for a training aircraft, containing in the longitudinal channel mechanically interconnected two control knobs that are kinematically connected via mechanical wiring to the gear ratio change mechanism, elevator hydraulic drive, spring loading device and mechanism the trim effect, which is electrically connected to the trim buttons located in the handles of the corresponding control knobs [ one]
The known solution has the following disadvantages:
it does not allow in the process of training flights to fulfill the actions of the cadet pilot in the conditions of introduction of failures and does not provide simulation of critical flight modes while maintaining the possibility of termination of these modes and the safe continuation of a normal flight;
it does not allow pilots to familiarize themselves with the flight characteristics of various aircraft and their modifications with the development of appropriate piloting techniques;
It does not provide an unambiguous control priority between the instructor and the cadet, because the existing control priority is based on overpowering each other.

Вышеприведенные недостатки не позволяют выполнить требования, которые предъявляются к системам управления современных учебно-тренировочных самолетов. The above drawbacks do not allow to fulfill the requirements that are imposed on the control systems of modern training aircraft.

Задачей изобретения являются расширение функциональных возможностей системы управления и повышение безопасности полета. The objective of the invention is to expand the functionality of the control system and improve flight safety.

Для решения указанной задачи в известную систему управления учебно-тренировочного самолета, содержащую в продольном канале две механически соединенные между собой ручки управления летчика-инструктора и летчика-курсанта и кинематически связанные с механизмом изменения передаточного числа гидроприводом руля высоты, пружинным устройством загрузки и механизмом эффекта триммирования, который электрически связан с кнопками триммирования, размещенными в соответствующих ручках управления, дополнительно введено электрогидравлическое устройство загрузки, состоящее из электрогидропривода, перемещающего ручки управления, датчиков усилий, установленных на этих ручках, и блока управления и контроля, вход которого электрически связан с датчиками усилий, кнопками триммирования и вычислителем репрограммирования характеристик устойчивости и управляемости, а выход с электрогидроприводом и механизмом эффекта триммирования. Кроме того, введен второй электрогидропривод, электрически связанный с вычислителем репрограммирования характеристик устойчивости и управляемости и кинематически связанный с центрирующей его выходной шток пружиной и дифференциальной качалкой, размещенной между механизмом изменения передаточного числа и гидроприводом руля высоты. В рукоятке ручки летчика-инструктора размещены два переключателя с двумя перекидными контактными парами каждый, один из которых связан с датчиком усилий и кнопкой триммирования ручки управления летчика-курсанта, а второй с гидроклапанами соответствующих электрогидроприводов и с собственной кнопкой триммирования. Одна перекидная контактная пара каждого переключателя связана с соответствующей кнопкой триммирования с возможностью ее подключения или к блоку управления и контроля, или к механизму эффекта триммирования, а вторая контактная пара -соответственно с датчиком усилий и гидроклапанами вышеуказанных электрогидроприводов. To solve this problem, in a known control system for a training aircraft, containing in the longitudinal channel two control knobs of a pilot-instructor and a pilot-cadet and kinematically connected to the gear ratio of the hydraulic elevator, spring loading device and the mechanism of the trim effect , which is electrically connected to the trim buttons located in the corresponding control knobs, an additional electro-hydraulic a loading triad consisting of an electrohydraulic actuator moving control knobs, force sensors installed on these handles, and a control and monitoring unit whose input is electrically connected to force sensors, trim buttons and a stability and controllability reprogramming computer, and an output with an electrohydraulic actuator and an effect mechanism trimming. In addition, a second electrohydraulic drive was introduced, electrically connected to a stability and controllability reprogramming computer and kinematically connected to a spring that centers its output rod and a differential rocker located between the gear ratio change mechanism and the elevator hydraulic drive. In the handle of the pilot-instructor’s handle there are two switches with two changeover contact pairs each, one of which is connected to the force sensor and the trim button of the pilot’s cadet control knob, and the second to the hydraulic valves of the corresponding electrohydraulic actuators and with its own trim button. One flip contact pair of each switch is connected to the corresponding trim button with the possibility of its connection either to the control and monitoring unit, or to the mechanism of the trim effect, and the second contact pair, respectively, with the force sensor and hydraulic valves of the above electric actuators.

На фиг. 1 представлена структурная схема системы ручного управления учебно-тренировочного самолета; на фиг. 2 схема электрической связи двух переключателей с элементами системы управления. In FIG. 1 is a structural diagram of a manual control system of a training aircraft; in FIG. 2 electric circuit of two switches with control system elements.

Система ручного управления /фиг. 1/ в продольном канале содержит жестко соединенные между собой ручку управления 1 летчика-инструктора и ручку управления 2 летчика-курсанта, которые посредством механической проводки 3 кинематически связаны с механизмом изменения передаточного числа 4, гидроприводом 5 руля высоты 6, пружинным устройством загрузки 7, механизмом эффекта триммирования 8, дифференциальной качалкой 9, электрогидроприводом 10, пружиной 11 и электрогидроприводом 12 загрузки ручек управления. Manual control system / FIG. 1 / in the longitudinal channel contains the control stick 1 of the instructor pilot and the control stick 2 of the pilot cadet, which are mechanically connected 3 kinematically connected to the gear ratio 4, hydraulic 5 elevator 6, spring loading device 7, the mechanism the effect of trimming 8, a differential rocking chair 9, an electrohydraulic actuator 10, a spring 11 and an electrohydraulic actuator 12 loading control knobs.

Ручки управления 1 и 2 содержат датчики усилий соответственно 13 и 14, рукоятки 15 и 16, в которых размещены кнопки триммирования 17 и 18. Кроме того, в рукоятке 15 летчика-инструктора размещены два полозковых переключателя 19 и 20 с двумя перекидными контактными парами каждый. The control knobs 1 and 2 contain force sensors 13 and 14, respectively, handles 15 and 16, in which the trim buttons 17 and 18 are located. In addition, two slide switches 19 and 20 with two change-over contact pairs each are placed in the handle 15 of the instructor pilot.

Для отключения электрогидроприводов 10 и 12 предусмотрены соответствующие гидроклапаны 21 и 22, электрически связанные с переключателем 20. To turn off the electrohydraulic actuators 10 and 12, corresponding hydraulic valves 21 and 22 are provided, electrically connected to the switch 20.

В состав системы управления входит вычислитель 23 репрограммирования характеристик устойчивости и управляемости, формирующий управляющие сигналы для электрогидропривода 10 и блока управления и контроля 24. Вход блока управления и контроля также электрически связан с датчиками усилий 13 и 14 и кнопками триммирования 17 и 18, а выход с электроприводом 12 и механизмом эффекта триммирования 8. The control system includes a calculator 23 for reprogramming stability and controllability characteristics, generating control signals for the electrohydraulic actuator 10 and the control and monitoring unit 24. The input of the control and monitoring unit is also electrically connected to the force sensors 13 and 14 and trim buttons 17 and 18, and the output electric drive 12 and the mechanism of the effect of trim 8.

Кнопка триммирования 18 /фиг2/, размещенная в рукоятке 16 летчика-курсанта, выполнена с возможностью подключения ее или к блоку управления и контроля 24, или к механизму эффекта триммирования 8 посредством соответствующих контактных пар 25 или 26 переключателя 19, расположенного в рукоятке 15 летчика-инструктора. Вторая контактная пара 27 этого переключателя отключает цепь питания датчика усилий 14. The trim button 18 / Fig2 /, located in the handle 16 of the cadet pilot, is configured to connect it either to the control unit 24, or to the mechanism of the trim effect 8 through the corresponding contact pairs 25 or 26 of the switch 19 located in the handle 15 of the pilot - the instructor. The second contact pair 27 of this switch disconnects the power circuit of the force sensor 14.

Кнопка триммирования 17 летчика-инструктора также подключена к блоку управления и контроля и к механизму эффекта триммирования посредством соответствующих контактных пар 28 и 29 переключателя 20, а вторая контактная пара 30 этого переключателя связана с гидроклапанами 21 и 22, отключающими электрогидроприводы 10 и 12 от гидросистемы. The trim button 17 of the instructor pilot is also connected to the control and monitoring unit and to the trim effect mechanism through the corresponding contact pairs 28 and 29 of the switch 20, and the second contact pair 30 of this switch is connected to hydraulic valves 21 and 22, which disconnect the hydraulic actuators 10 and 12 from the hydraulic system.

Система ручного управления работает следующим образом. The manual control system operates as follows.

В учебно-тренировочном полете при имитации различных режимов управления ручки управления 1 и 2 подключены к электрогидравлическому устройству загрузки. При этом усилия, прилагаемые, например, летчиком-курсантом к рукоятке 16, воспринимаются датчиком усилий 14, электрический сигнал которого подается на вход блока управления и контроля 24. Одновременно вычислителем 23 репрограммирования характеристик устойчивости и управляемости формируются управляющие электрические сигналы в соответствии с параметрами полета и конкретного режима управления и подаются на вход блока управления и контроля 24 и на вход электропривода 10. In a training flight while simulating various control modes, the control knobs 1 and 2 are connected to an electro-hydraulic loading device. In this case, the efforts exerted, for example, by the cadet pilot to the handle 16, are sensed by the force sensor 14, the electric signal of which is supplied to the input of the control and monitoring unit 24. Simultaneously, the calculator 23 of reprogramming of the stability and controllability characteristics generates control electric signals in accordance with the flight parameters and specific control mode and are fed to the input of the control unit 24 and to the input of the electric drive 10.

С блока управления и контроля электрический сигнал подается на вход электрогидропривода 12, выходной шток которого перемещает ручки управления 1 и 2 на величину, пропорциональную этому сигналу, имитируя тем самым усилие, прилагаемое курсантом. При этом посредством механической проводки 3 через механизм изменения передаточного числа 4 перемещение ручек управления передается на дифференциальную качалку 9, второй конец которой перемещается под воздействием выходного штока электрогидропривода 10. Таким образом, на дифференциальной качалке 9 суммируются перемещения от ручек управления и привода системы улучшения характеристик устойчивости и управляемости и передаются на гидропривод 5 руля высоты 6, который отклоняется в соответствующую сторону и на требуемую величину. From the control and monitoring unit, an electric signal is supplied to the input of the electrohydraulic actuator 12, the output rod of which moves the control knobs 1 and 2 by an amount proportional to this signal, thereby simulating the force exerted by the cadet. In this case, by means of mechanical wiring 3, through the mechanism for changing the gear ratio 4, the movement of the control knobs is transmitted to a differential rocker 9, the second end of which moves under the influence of the output rod of the electric actuator 10. Thus, the movements from the control knobs and the drive of the system for improving stability characteristics are summed up on the differential rocker 9 and controllability and are transmitted to the hydraulic drive 5 of the elevator 6, which deviates in the corresponding direction and by the required value.

Усилия, развиваемые электрогидроприводом 12, значительно больше максимальных усилий пружинного механизма загрузки, поэтому характеристики последнего не сказываются на точности перемещения и работе ручек управления. The efforts developed by the electrohydraulic actuator 12 are significantly greater than the maximum efforts of the spring loading mechanism, therefore, the characteristics of the latter do not affect the accuracy of movement and operation of the control knobs.

Если требуется в процессе полета отключить от управления летчика-курсанта, то летчик-инструктор должен нажать на полозковый переключатель 19 и посредством размыкания контактной пары 27 отключить датчик усилий 14, размещенный в ручке летчика-курсанта. Одновременно с этим размыкается контактная пара 25 и замыкается контактная пара 26, тем самым кнопка триммирования 18 отключается от блока управления и контроля и подключается непосредственно к механизму эффекта триммирования. Если же снова потребуется подключить летчика-курсанта к управлению самолетом, то летчик-инструктор должен вернуть полозковый переключатель в исходное положение. Таким образом, осуществляется приоритет управления между инструктором и курсантом. If during the flight it is required to disconnect the pilot-cadet from the control, then the pilot-instructor must press the slide switch 19 and, by opening the contact pair 27, disconnect the force sensor 14 located in the handle of the pilot-cadet. At the same time, the contact pair 25 is opened and the contact pair 26 is closed, thereby the trim button 18 is disconnected from the control and monitoring unit and connected directly to the trim effect mechanism. If you again need to connect the cadet pilot to control the aircraft, the instructor pilot must return the slide switch to its original position. In this way, control priority is exercised between the instructor and the cadet.

При возникновении аварийной ситуации летчик-инструктор может отключить электрогидравлическое устройство загрузки и систему улучшения устойчивости и управляемости, перейти на основную механическую систему управления и посадить самолет. Для этого он должен нажать на полозковый переключатель 20, и при размыкании контактной пары 30 срабатывают гидроклапаны 21 и 22 и отключают электрогидроприводы 10 и 12 от гидросистемы. Одновременно с этим кнопка триммирования 17 отключается от блока управления и контроля и подключается к механизму эффекта триммирования. По этой же команде отключения блок управления и контроля посылает сигнал автотриммирования на механизм эффекта триммирования. Тем самым обеспечивается безударный переход от режима репрограммирования к основному простому режиму управления. In the event of an emergency, the instructor pilot can turn off the electro-hydraulic loading device and the system for improving stability and controllability, switch to the main mechanical control system and land the plane. To do this, he must press the slide switch 20, and when the contact pair 30 is opened, the hydraulic valves 21 and 22 are activated and the electrohydraulic actuators 10 and 12 are disconnected from the hydraulic system. At the same time, the trim button 17 is disconnected from the control and monitoring unit and connected to the trim effect mechanism. By the same shutdown command, the control and monitoring unit sends an auto trim signal to the trim effect mechanism. This ensures an unstressed transition from the reprogramming mode to the basic simple control mode.

После отключения гидросистемы оба электрогидропривода 10 и 12 переходят на холостой режим работы режим кольцевания, а пружина 11 центрирует выходной шток электрогидропривода 10. В режиме кольцевания выходные штоки электрогидроцилиндров свободно перемещаются и тем самым начинают выполнять положительную роль демпфирующих устройств загрузки ручек управления. Таким образом, после срабатывания переключателя 20 остается действующей надежная чисто механическая система ручного управления, т.е. обе ручки управления загружены пружинным механизмом загрузки 7, а механизм эффекта триммирования связан только с кнопками 17 и 18, и дальнейшее управление самолетом может производиться как летчиком-инструктором, так и летчиком-курсантом. After turning off the hydraulic system, both electrohydraulic actuators 10 and 12 go to the idle mode of operation, the ringing mode, and the spring 11 centers the output rod of the electrohydraulic actuator 10. In the ringing mode, the output rods of the electrohydraulic cylinders move freely and thereby begin to play the positive role of damping devices for loading control knobs. Thus, after the operation of the switch 20, a reliable purely mechanical manual control system remains active, i.e. both control knobs are loaded with a spring loading mechanism 7, and the mechanism of the trim effect is associated only with buttons 17 and 18, and further control of the aircraft can be performed by both an instructor pilot and a cadet pilot.

Представленная система ручного управления учебно-тренировочного самолета позволяет варьировать характеристиками устойчивости и управляемости самолета. Репрограммируются следующие характеристики устойчивости и управляемости:
градиент расход ручки по перегрузке

градиент усилий на ручке по перегрузке

зависимость усилия на ручке управления по тангажу от ее перемещения в произвольной форме /излом зависимости p^х, люфт, трение, демпфирование, стенки по усилиям при n_y > n_yдоп; α>α_доп предупредительная тряска ручки и т.д./;
балансировочная зависимость отклонения руля высоты от скорости /δ_b(V_i)/ произвольной формы;
время срабатывания t_сраб и заброс по перегрузке

;
зависимость продольной перегрузки от вертикальной n_x f(n_y) и др.The presented system of manual control of a training aircraft allows you to vary the characteristics of stability and controllability of the aircraft. The following characteristics of stability and controllability are reprogrammed:
Gradient handle overload consumption

overload gradient on handle

the dependence of the effort on the pitch control stick on its arbitrary displacement / kink p ^x , play, friction, damping, force walls for n _y > n _ydop ; α> α _additional warning shaking of the handle, etc. /;
balancing dependence of the elevator deviation on speed / δ _b (V _i ) / arbitrary shape;
response time t _srab and overload overload

;
the dependence of the longitudinal overload on the vertical n _x f (n _y ), etc.

Таким образом, техническим результатом, который может быть получен при осуществлении изобретения, является то, что данная система ручного управления позволяет в процессе учебно-тренировочных полетов с помощью электрогидравлического устройства загрузки и системы улучшения характеристик устойчивости и управляемости с предложенными связями между ними отрабатывать действия летчика-курсанта, имитируя различные режимы полета и сохраняя при возникновении аварийных ситуаций возможность безопасного продолжения нормального полета с использованием простейшей и надежной системы ручного управления. Thus, the technical result that can be obtained by carrying out the invention is that this manual control system allows, during training flights, using an electro-hydraulic loading device and a system for improving stability and controllability characteristics with the proposed connections between them, to work out the pilot’s actions cadets, simulating various flight modes and while maintaining emergency situations, the possibility of safely continuing a normal flight using Using the simplest and most reliable manual control system.

Изобретение позволяет имитировать пилотажные характеристики различных самолетов, т.е. позволяет производить ознакомление летчиков-курсантов с особенностями техники пилотирования этих самолетов. The invention allows to simulate the flight characteristics of various aircraft, i.e. allows you to familiarize pilot cadets with the features of the piloting technique of these aircraft.

Во всех вышеуказанных режимах выполняется одно из основных требований учебного процесса "делай, как я", т.е. летчик-инструктор в любой момент может отключить курсанта и показать правильную технику пилотирования в каждом конкретном случае. In all the above modes, one of the basic requirements of the “do as I do” educational process is fulfilled, i.e. the instructor pilot can disconnect the cadet at any time and show the correct piloting technique in each case.

Claims

1. The manual control system of the training aircraft, containing in the longitudinal channel two mechanically interconnected control knobs of the pilot-instructor and pilot-cadet and kinematically connected to the gear ratio of the hydraulic elevator, spring loading device and the trim effect mechanism, which is electrically connected with trim buttons located in each control knob, characterized in that an electro-hydraulic loading device is additionally introduced, consisting of an electrohydraulic actuator moving the control knobs, force sensors installed on these handles, and a control and monitoring unit, the input of which is electrically connected to the force sensors, trim buttons and the calculator of reprogramming stability and controllability characteristics, and the output is with an electric hydraulic actuator and a trim effect mechanism, except of this, a second electrohydrodrive was introduced, electrically connected to a computer for reprogramming stability and controllability characteristics and kinematically connected a spring with a centering rod and a differential rocker located between the gear ratio change mechanism and the elevator hydraulic drive; moreover, two switches with two change-over contact pairs are placed in the handle of the pilot-instructor, one of which is connected to the force sensor and the control knob trim button a cadet pilot, and a second switch with hydraulic valves of the corresponding electrohydraulic actuators and with its own trim button.

2. The system according to claim 1, characterized in that one flip contact pair of each switch is connected to the corresponding trim button with the possibility of its connection to either the control and monitoring unit or the mechanism of the trim effect, and the second contact pair, respectively, with the force sensor and hydraulic valves the above electrohydrodrives.