Статическая и динамическая устойчивость и управляемость ЛА

Как отмечалось ранее (см. раздел 10.1) обычно выделяется желаемая опорная траектория движения ЛА (на первом этапе) без учета возмущений, а затем рассматривается поведение ЛА (как системы: ЛА+ САУ+ летчик) для случая, когда реальное движение под действием возмущений отклонилось от опорного.

Многие опорные режимы таковы, что угловое ускорение или равно нулю, или невелик. В этом случае можно принять

; (10.1)

и считать, что действующие на ЛА моменты сбалансированы. Режимы, удовлетворяющие (10.1) называются балансировочными, а потребные для них отклонения органов управления называются балансировочными отклонениями органов управления. Потребные для балансировки ЛА отклонения органов управления, перемещения рычагов управления, усилия на них в установившемся опорном движении количественно характеризуют статическую управляемость. Основными показателями статическойуправляемости являются производные: , , где X_в- величина линейного отклонения ручки управления рулем высоты; P_в- усилие, прикладываемые к ручке; а представленные производные – градиент хода ручки и усилия по перегрузке. Аналогично показатели используются для оценки управляемости по скорости, путевой (по рысканию) и поперечной (по крену) статистической управляемости. Оцениваются также максимальные значения отклонения органов управления, усилий, сама возможность балансировки на предельных режимах полета.

Другая группа показателей – характеристики динамической управляемости. В этом случае рассматривается характер реакции ЛА на отклонение органов управления от их балансировочных значений при переходе от одного установившегося режима полета к другому, для парирования возмущений и для выполнения существенно неустановившихся маневров.

Оценка устойчивости опорного (невозмущенного) движения ЛА производится с помощью количественных показателей статической и динамической устойчивости. Статическая устойчивость ЛА характеризует равновесие сил и моментов в опорном движении. Статически устойчивым по тому или иному параметру движения называют ЛА, у которого отклонение этого параметра от опорного значения сразу же приводит к появлению силы или момента направленных на уменьшение этого отклонения. Если силы или моменты направлены на увеличение этого отклонения, ЛА – статически неустойчив.

Пример. Пусть в опорном режиме, который является сбалансированным горизонтальным полетом (см. рис.54а)

µ=const M=const

Рис. 54 а)

∆M_z = (±∆α). Если - частная производная отрицательна, то при ∆α>0 возникает пикирующий момент ∆M_z<0, и при ∆α<0 – кабрирующий момент ∆M_z>0 (рис. 54 б), направленный на возвращение ЛА в исходный режим движения.

Признак продольной статической устойчивости: M<0.

К количественным показателям статической устойчивости ЛА относятся степень продольной, путевой и поперечной статической устойчивости.

Другая группа показателей – характеристики динамической устойчивости. При определении динамической устойчивости оценивается уже не начальная тенденция к устранению возмущения, а конечное состояние – устойчивость или неустойчивость в смысле Ляпунова (обычно асимптотическая). К характеристикам динамической устойчивости относятся также показатели качества процесса уменьшения (затухания) возмущений: время затухания отклонений, характер движения в процессе их уменьшения, максимальные значения отклонений, колебательность или монотонность и другие.

Требования к количественным характеристикам (показателям) устойчивости и управляемости закреплены в Нормах летной годности гражданских самолетов (НЛГС-2), в Требованиях и нормативных документах военно-воздушных сил (ВВС) и других аналогичных документах.

Показатели устойчивости и управляемости проверяются в процессе летных испытаний и доводки ЛА. Как показывает опыт, обеспечить статическую и динамическую устойчивость и хорошую управляемость во всем диапазоне высот и скоростей полета очень трудно. Необходимые характеристики обычно обеспечиваются за счет специальных автоматических устройств.

Лекция 13.