|
геометрической симметрии, а также при условии малости возмущений пространств,
движение летательного аппарата, описываемое уравнениями Эйлера, можно разделить
на два независимых — продольное движение и боковое движение, описываемых
независимыми системами дифференциальных уравнений, и рассматривать устойчивость
и управляемость этих движений раздельно.
Продольные устойчивость и управляемость. Здесь изучаются условия устойчивости
возмущенного движения и переходные процессы при отклонении органов управления
продольным движением, когда движение и возмущения происходят в вертикальной
плоскости (вектор скорости полёта и вектор силы тяжести лежат в вертикальной
плоскости симметрии летательного аппарата). Основными переменными в
дифференциальных уравнениях продольного возмущенного движения летательного
аппарата с фиксированным положением органов управления являются обычно угол
атаки, скорость полёта, угол тангажа и скорость тангажа (см. статьи Продольная
управляемость, Продольная устойчивость).
Боковые устойчивость и управляемость. Боковое возмущенное движение описывается
независимой системой дифференциальных уравнений, в которые входят основные
переменные, определяющие боковое движение, — угол скольжения, скорости крена и
рыскания (или какие-либо другие эквивалентные параметры). Угол атаки, скорость
полёта, угол тангажа и другие переменные, определяющие продольное движение,
остаются постоянными и являются в данном случае параметрами (см. статьи Боковая
управляемость, Боковая устойчивость).
Динамика пространственного движения. В этом подразделе обычно рассматриваются
возмущенные и управляемые движения с немалыми (конечными) отклонениями от
равновесных. Это обстоятельство приводит к необходимости учитывать нелинейные
инерционные члены в уравнениях Эйлера (типа, например, произведения угловых
скоростей и т. п.), а также аэродинамическими и кинематическими взаимодействия
продольного и бокового движений (см., например, Инерционное взаимодействие,
Самовращение). В этом подразделе также рассматриваются методы анализа
управляемых движений при одновременном отклонении органов управления продольным
и боковым движениями.
Аналогичный анализ может быть проведён и для пространственного движения
самолёта на околокритических углах атаки (сваливание) и в режиме штопора (как
установившегося, так и при выходе из него).
Значительное влияние на устойчивость и управляемость летательного аппарата
могут оказывать всё' более широко внедряемые в авиации устройства автоматизации
управления. Разработаны достаточно надёжные методы определения устойчивости и
управляемости летательного аппарата в продольном, боковом и пространственном
движениях с автоматическими системами (система улучшения устойчивости и
управляемости, система автоматического управления, автопилот), рассчитанными на
заданные режимы полёта и с заданными функциями управления. Однако многие
проблемы ещё предстоит разрешить.
В случае включения в контур управления летательным аппаратом автоматических
систем с точки зрения математического анализа устойчивости и управляемости к
уравнениям его движения должны быть добавлены уравнения автоматического
устройства, связывающие взаимодействие основных параметров движения, которые
практически вводятся через чувствительные элементы, измеряющие эти параметры,
например, датчики перегрузки, угловых скоростей, углов атаки и скольжения, с
движением органов управления, на которые подаётся воздействие исполнительного
привода автоматического устройства, т. е. добавляются дифференциальные
уравнения, описывающие перемещения органов управления. Это дополнительное
условие, само по себе, может быть представлено в виде несколько уравнений, в
общем случае нелинейных и определяющих промежуточные связи системы управления.
Методы определения устойчивости и переходных управляемых процессов (см.,
например, Заброс по перегрузке) в этом случае значительно усложняются. Для
получения окончательных достоверных результатов используются либо расчёты на
электронно-вычислительных машинах, либо математическое, или полунатурное
моделирование процессов управления. Существующие аналитические методы, как
правило, носят приближенный характер и не всегда дают достаточно полную картину.
Работа автоматических систем с исполнительным приводом (гидравлическим или
электрическим) приводит к достаточно широкому спектру возможных резонансных
частот, поэтому возникает необходимость изучения в широком диапазоне частот и
характеристик объекта регулирования, т. е. возникает необходимость изучения
влияния упругих деформаций летательного аппарата на его основные характеристики.
Это обстоятельство было одной из причин интенсивного развития аэроупругости —
раздела А., объединяющего совокупность методов определения влияния упругости
конструкции на устойчивость и управляемость летательных аппаратов.
В случае учёта влияния деформации конструкции под действием аэродинамических,
массовых и инерционных сил задача сводится к установлению связи деформации с
действующими силами и моментами. В этом случае увеличивается число степеней
свободы и, следовательно, число уравнений движения. Вначале возникает
необходимость установления связи деформаций конструкции с действующими
аэродинамическими силами и моментами. Эта часть достаточно хорошо разработана и
относится к разделу прикладной аэродинамики. В итоге в уравнения движения
добавляются члены, учитывающие изменение сил вследствие проявления деформации
конструкции, и добавляются уравнения (в общем случае дифференциальные),
определяющие деформацию конструкции под действием сил и моментов и включающие
характеристики жёсткости конструкции. Анализ полной системы уравнений,
определяющих возмущенное движение упругого летательного аппарата как для случая
без автоматических устройств, так особенно при включённой автоматике, позволяет
|
|