Почему органы управления самолетов транспортной категории намного тяжелее легких самолетов?

Любой, кто перешел с легких самолетов АОН на большие турбовентиляторные авиалайнеры, заметит разницу: штурвал на большом самолете намного тяжелее. Хотя все еще в пределах возможностей здорового взрослого человека, для перемещения элементов управления требуется значительно большее усилие.

Почему это? Это преднамеренно или просто побочный продукт ранних механических связей? Airbus показал, что даже на авиалайнерах органы управления можно сделать такими же легкими, как простой джойстик. Так почему же управление Boeing 747 не может быть таким же, как у Cessna 172?

Ответы (2)

Управляющие силы существуют по замыслу. Все авиалайнеры имеют искусственное ощущение силы от пружин, амортизаторов и т. д. B747 летит по небу намного быстрее, чем Cessna 172, и могли бы произойти плохие вещи, если бы было легко отклонить органы управления полетом на M 0,85.

Лифт B737 является хорошим примером. У него есть q-feel (искусственное ощущение), обеспечиваемое пружинным устройством, а градиенты пружины становятся жестче в зависимости от скорости полета. На более высоких скоростях довольно сложно отклонить колонку, толкая/вытягивая ее, и гораздо проще использовать кнопку триммера для управления шагом. Для управляющих сил тренажера уровня D мы измерили силы, необходимые для полного отклонения стойки при балансировке в среднем положении, что оказалось серьезным упражнением для бодибилдинга:

  • Около 200 Н при нулевой скорости полета
  • Около 500 Н при скорости 400 узлов на высоте 20 000 футов (измерения выполнены на земле с напорным шлангом, прикрепленным к трубке Пито, и самолетом на домкратах с убранным шасси).

Напротив, управление полетом вертолета легкое, потому что вертолеты по своей природе нестабильны и необходимо много действий с ручкой, особенно в режиме зависания. В большинстве вертолетов сенсорные силы можно полностью отключить с помощью кнопки триммера, что приводит к очень легкому стику, совершенно нормальному с относительно послушной реакцией вертолета.

Но Боинг 747 — это стабильный планер. Быстрый самолет с большими отклонениями органов управления приводит к высоким ускорениям, что может привести к колебаниям, вызванным пилотом, или повреждению конструкции планера.

Два измерения контрольной колонки B737, оцифрованные с исходных графиков и в одном и том же масштабе: положение колонки по оси X, усилие по оси Y. По конструкции сила, необходимая для полного отклонения колонны примерно из среднего положения, составляет около 40 фунтов силы при нулевом узле, 100 фунтов силы при скорости 400 узлов. Это из искусственной системы q-feel, а ощущение реализовано дизайном. Вертикальное расстояние между сторонами кривой обусловлено трением.

введите описание изображения здесь

На 0 узлов:

  • Обратите внимание, что примерно в середине весенний уклон очень крутой: прорыв указывает на нейтральное положение.
  • Затем между 0 и 5 дюймами пружинный градиент 4 фунт-сила/дюйм.
  • За пределами 5 дюймов относительно плоский уклон, чтобы не было слишком сложно полностью отклонить колонну.

введите описание изображения здесь

На 400 узлах: полностью отклонить колонну затруднительно. Тяга в 100 фунтов силы из положения сидя — это не то, на что можно чихнуть.

Преобразование единиц измерения: 200 Н составляет около 45 фунтов, 500 Н составляет около 110 фунтов.
Мне любопытно, это 400 узлов указано или истинная скорость полета? На скорости 400 KIAS B737 развалился бы...
@kevin Измерения проводились на земле с помощью измерительного набора с датчиком положения и силы, прикрепленным к колонне. К трубке Пито был присоединен напорный шланг: 400 KIAS. И затем непрерывный, непрерывный, медленный поворот ручки управления, начиная с нейтрального положения, медленно нажимайте до упора вперед, медленно отпускайте, затем тяните до упора назад, затем снова медленно отпускайте. График представляет собой зависимость усилия управления от положения и показывает уклоны пружины, трение, пределы хода и жесткость троса.
В дополнение к тому, что @TannerSwett написал выше, для тех из нас, кто больше привык к единицам СИ, но не обязательно имеет интуитивное представление о ньютонах, часто достаточно просто сказать, что 10 Н = 1 кгс, поэтому разделите силы в ньютонах на 10 и вы получите эквивалентную силу в кгс. Я буду первым, кто признает, что это не идеальная эквивалентность, но если вы не пишете научную или детальную инженерную статью, этого достаточно для большинства целей. Точное значение составляет 9,80665 ньютона на кгс.
Поправка @TannerSwett: сила в фунтах (lbf), а не в фунтах (lb). Первое — сила, второе — масса.
Большинство людей не понимают, что большинство авиалайнеров летают очень близко, но не превышают 1 Маха.
@slebetman: Большинство людей на Aviation.SE так и делают.
Является ли искусственное ощущение 737-го все еще активным в полете с ручным реверсом (где аэродинамические нагрузки, создаваемые воздушным потоком над управляющими поверхностями на отклоненных лепестках сервоприводов элеронов и руля высоты, заставляют органы управления напрягаться сами по себе с увеличением воздушной скорости), где искусственное ощущение будет (в лучшем случае) излишним, а (в худшем) ухудшит управляемость самолета из-за чрезмерного ограничения отклонения органов управления полетом?
@ Шон, когда все гидравлическое питание отключено, искусственные силы q-feel равны нулю. Наблюдается повышенное трение и прямая обратная связь аэродинамических сил с рулями.
Согласно графику, за пределами 5 дюймов при скорости 0 узлов более пологий уклон вызовет более легкое, а не более жесткое движение. Вы получаете большее отклонение с тем же увеличением силы. Хотя эти графики какие-то странные. Обычно градиент силы должен увеличиваться ближе к полному отклонению (более крутой градиент), чтобы избежать чрезмерной нагрузки на самолет, вызванной меньшими усилиями на штурвале.

Добавление к ответу Койовиса. В Airbus движение ручки не соответствует отклонению руля.

Стик управляет коэффициентом нагрузки / скоростью крена для тангажа / крена. Таким образом, чем быстрее самолет, тем меньше будут отклонения при одном и том же движении ручки.

Верхние пределы ручного упора Airbus A320 составляют +2,5/-1 g (тангаж) и 15°/с (крен) в чистой конфигурации.

Если, конечно, вы говорите об А320 или более поздней версии, то в А300/310 используется обычный штурвал управления, который управляет отклонением поверхности так же, как и обычный самолет. А также предполагая, что вы говорите о нормальном законе - по мере того, как управление полетом ухудшается от нормального закона через альтернативный закон-1, -2А и -2В к прямому закону, джойстик постепенно переключается с командных скоростей тангажа / крена на командный руль высоты. /отклонения элеронов. (По закону механики джойстик инертен, а самолет управляется рулем направления и триммером горизонтального стабилизатора.)
Почему органы управления самолетов транспортной категории намного тяжелее легких самолетов?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v