Для каких классов самолетов требуется гидравлическое управление полетом?

Гидравлическое управление полетом не является обязательным для определенного класса, но выше определенного размера и скорости будет трудно выполнить все сертификационные требования без добавления хотя бы некоторого гидравлического усиления.

Исторически в самолетах использовалось ручное управление. С увеличением размера и скорости сила росла, и были изобретены все более умные системы уменьшения силы , чтобы удерживать силу рукояти в определенных пределах .

• В первом полете планера Messerschmitt Me-321 было обнаружено, что управляющие усилия, особенно по крену, слишком велики, поэтому был установлен второй пилот со второй ручкой.
• В Dornier Do-335 или Republic P-47 использовалась телескопическая ручка: на низкой скорости ручка была короткой и могла перемещаться во всем диапазоне отклонений элеронов, а на высокой скорости ее можно было телескопически выдвигать. Это ограничивало диапазон движения, но улучшало рычаги управления пилотом.
• В English Electric Canberra использовались внутренние балансиры для элеронов и пружина в органах управления элеронами для ограничения усилий на ручке управления. На максимальной скорости руль управления все еще мог двигаться в своем полном диапазоне, но достижимые отклонения элеронов составляли всего несколько градусов, чего, однако, было достаточно для достаточной маневренности по крену.

Элероны имеют массу. Есть пружина. Что-то, что движется. Каждый инженер должен подумать: а как насчет флаттера? С более сложными сокращениями силы росла вероятность того, что произойдет что-то неожиданное, и умножились виды отказов. В конце концов, внедрение гидравлики решило так много проблем, что де-факто, кроме определенной комбинации скорости и размера, никакой другой вариант не имеет смысла.

Я работал вместе с Rockwell (ранее North American) над двухместным реактивным учебно-тренировочным самолетом; сочетание размера и скорости, которое 60 лет назад имело бы ручное управление. Я предложил использовать те же механизмы снижения усилия, которые применялись на F-86, но в итоге был выбран гидроусилитель. Почему?

• Ни у кого больше не было опыта ручного управления. По прошествии стольких лет все инженеры эпохи F-86 давно ушли на пенсию или скончались.
• Североамериканские архивы были выброшены много лет назад, поэтому не осталось документации о том, как правильно спроектировать систему ручного управления для этого диапазона скоростей.
• Система гидравлического наддува была проста в установке, использовала стандартные компоненты и была дешевле в проектировании, поскольку все были знакомы с этой технологией.

Как я уже говорил ранее : не заставляйте меня начинать с того, как именно вы можете адаптировать силу ролл-стика - это будет пост, который будет намного длиннее всего, что я писал здесь раньше.

Насколько я знаю, нет жесткого регулирования, требующего гидравлики в определенный момент. С одной стороны, самолет должен быть действительно управляемым, поэтому, если это будет недостижимо на рабочих скоростях, потребуется гидравлика.

В кратком обзоре FAA по управлению полетом

По мере того, как авиация развивалась, а авиаконструкторы узнавали больше об аэродинамике, промышленность производила более крупные и быстрые самолеты. Поэтому аэродинамические силы, действующие на рули, возрастали экспоненциально. Чтобы усилие управления, необходимое пилотам, было управляемым, авиаконструкторы разработали более сложные системы. Сначала гидромеханические конструкции, состоящие из механической схемы и гидравлической схемы, использовались для уменьшения сложности, веса и ограничений механических систем управления полетом.

Список FAR пределов силы на управляющем входе в FAA FAR 23.397

(a) При полете с нагрузкой на поверхность управления воздушные нагрузки на подвижные поверхности и соответствующие отклонения не обязательно должны превышать те, которые привели бы к полету в результате приложения любой силы пилотом в пределах диапазонов, указанных в пункте (b) настоящего параграфа. При применении этого критерия необходимо учитывать влияние наддува системы управления и сервомеханизмов, а также влияние вкладок. Усилие автоматического пилота должно использоваться для проектирования, если оно само по себе может создавать более высокие нагрузки на поверхность управления, чем пилот-человек.

Имейте в виду, что это не требует гидравлики напрямую, но если вы не можете построить систему троса / триммера, которая попадает в эти пределы силы, вам нужно будет добавить какую-то помощь.

Не существует определенного класса веса или размера, для которого требуется гидравлическое управление полетом. Требования к силам управления должны оставаться в определенных пределах, и в целом это становится более трудным с увеличением размера и скорости самолета.

Ручное управление системой управления имеет то преимущество, что аэродинамические силы возвращаются к пилоту, а с увеличением воздушной скорости органы управления становятся жестче, что затрудняет большие отклонения, которые могут вызвать большие ускорения планера. Но более крупные/быстрые самолеты требуют больших управляющих поверхностей с соответствующими большими управляющими усилиями. Однако силы управления должны оставаться в пределах силовых возможностей человека.

Многие из старых самолетов с гидравлическим приводом имеют некоторую форму обратной связи по скорости самолета. Боинг 737 имеет q-feel в канале тангажа: система искусственного ощущения усиливает управление полетом в зависимости от динамического давления, воспринимаемого трубкой Пито. Это также есть у DC-10 и L-1011.

В прошлой жизни я занимался моделированием на симуляторе систем управления полетом неподвижного крыла и управления полетом вертолета, и Beech 1900 — один из типов, над которыми я работал. Он имеет полностью ручную систему управления, все аэросилы возвращаются к пилоту. Канал шага имеет пружину около 40 фунтов силы, что видно из наземных измерений. Слышали комментарии о высоких силах тангажа во время приземления и о том, что особенно у женщин-пилотов могут возникнуть проблемы с приложением этих усилий во время приземления. Гидравлический привод может облегчить управление самолетом и настроить необходимые силы. Есть более крупные и быстрые самолеты, сертифицированные для ручного управления, F100 один из них: шаг имеет ручное резервное копирование.