zaharov

Перспективы развития военной авиации связываются с переходом на новое поколение боевых самолѐтов, превосходящих существующие по следующим показателям:

уменьшению радиолокационной заметности на 40 %, тепловой заметности на 45 %, а также визуальной заметности;

увеличению аэродинамического качества на 25 %;

увеличению на 20 % разгонных характеристик и маневренности;

увеличению на 30 % боевого радиуса действия и боевой нагрузки;

увеличению на 10 % боевой живучести;

уменьшению на 20 % эксплуатационных расходов.

Достижение этих показателей связано с разработкой новых концепций, апробируемых на экспериментальных и демонстрационных ЛА, и дальнейшим совершенствованием аэродинамики, конструкции, прочности, силовых установок, оборудования и вооружения для военных самолѐтов и вертолѐтов.

Предполагается сокращение числа типов военных самолѐтов и вертолѐтов за счѐт унификации планера, силовой установки и систем оборудования и вооружения, а также разработка их новых типов, из которых наиболее приоритетным считается гиперзвуковой разведывательный самолѐт для сил быстрого реагирования, который сможет обеспечить сокращение времени реакции в кризисных ситуациях. Предполагается, что первоначально может быть создан гиперзвуковой самолѐт со скоростью, соответствующей числу М = 8, на углеводородном топливе, а в дальнейшем – со скоростью, соответствующей числу М = 12, и высотой полѐта 25...40 км на водородном топливе. Возможно создание такого самолѐта в беспилотном варианте, что позволит существенно снизить его стоимость и улучшить лѐтно-технические характеристики.

Важным направлением развития военной авиации в последнее время стала разработка беспилотных ЛА (БПЛА), которые смогли бы использоваться как разведчики, штурмовики, фронтовые и стратегические бомбардировщики и истребители. Беспилотные ЛА, не имеющие кабины экипажа с выступающим фонарѐм, будут обладать меньшей заметностью; отсутствие экипажа позволит маневрировать с высокими перегрузками, что будет способствовать повышению боевой живучести, позволяя уклоняться от наземного огня и высокоманевренных скоростных ракет. Такие БПЛА смогут использоваться для выполнения боевых задач в условиях интенсивного наземного огня и мощной

зенитной обороны, исключающей возможность применения пилотируемых самолѐтов.

Для вооружѐнных сил требуется также сверхтяжѐлый военнотранспортный самолѐт (ВТС) со взлѐтной массой 460...500 т и дальностью 20 000 км, на 50 % более экономичный, чем существующий ВТС, который сможет использоваться для парашютного десантирования грузов с высоты 9 км на необорудованные площадки с точностью до 10 м, что позволит упростить снабжение войск на удалѐнных теат-

рах военных действий. Сверхтяжѐлый ВТС сможет использоваться

для размещения на нѐм боевых и разведывательных БПЛА и доставки их к районам боевых действий, а также как летающая платформа для размещения на нѐм разрабатываемого лазерного оружия.

Военные самолѐты пятого и шестого поколения боевых маневренных самолѐтов можно отличить по аэродинамике и лѐтнотехническим характеристикам, по бортовому оборудованию и вооружению, а также по заметности.

По аэродинамике и лѐтно-техническим характеристикам:

увеличение зоны предельных углов атаки, допустимых для пилотирования строевыми лѐтчиками, до 120 , что позволяет существенно ускорить процесс прицеливания на режимах сверхманевренности и динамических забросов по углу атаки (суперманевренность);

дальнейшее увеличение маневренности и разгонных характеристик за счѐт роста тяговооружѐнности до 1,2...1,3;

введение режимов сверхзвукового крейсерского полѐта для снижения потерь при преодолении систем ПВО и увеличения оперативно-

сти (для истребителей четвѐртого поколения характерны кратковременные сверхзвуковые режимы вследствие малой экономичности силовой установки на сверхзвуковых скоростях и несовершенства аэродинамической компоновки для этого диапазона скоростей);

обеспечение базирования самолѐтов на укороченной полосе за счѐт применения систем реверса тяги и поворота вектора тяги во время взлѐта и посадки;

снижение удельного веса двигателя до 0,1, повышение удельной тяги до 125...133 и температуры в камере сгорания до 1900...2000 К;

снижение веса возможно благодаря выполнению силовых элементов конструкции планера из композиционных материалов.

По бортовому оборудованию – обеспечение взаимосвязанной работы всех систем самолѐта в реальном масштабе времени благодаря при-

менению мощной бортовой вычислительной машины с быстродействием в несколько десятков миллиардов операций в секунду.

Краткий перечень приведенных выше отличий пятого поколения самолетов показывает, какой объем исследований необходим для реализации этих характеристик. Фундаментальные исследования необходимо проводить по вычислительной технике и программному обеспечению, электронике, гидравлике, различным способам снижения заметности планера, отрывным течениям потока на больших углах атаки, газодинамике силовой установки, созданию и применению новых материалов и оборудования. Такой объем исследований требует очень крупных финансовых затрат. По данным зарубежных источников, затраты на разработку самолета пятого поколения F-22 для ВВС США составляют 18,7 млрд долл.

В настоящее время трудно сформулировать технические характеристики маневренных самолетов шестого поколения. Работа над этим направлением находится в начальной стадии. Но с достаточной достоверностью можно отметить одно из направлений этих разработок. Это создание беспилотных ЛА, способных в автоматическом или директорном режиме досталять боевую нагрузку в зону боевого применения.

Для успешного функционирования такого рода авиационных систем необходимо дальнейшее развитие информационных комплексов наземного, воздушного или космического базирования, а также средств, обеспечивающих малую заметность этих систем и надежную защиту информационных каналов связи.

Наряду с совершенствованием технических и эксплуатационных характеристик самолѐтов и вертолѐтов предусматривается разработ-

ка и внедрение в эксплуатацию новых летательных аппаратов:

сверхзвуковые пассажирские самолѐты (СПС) второго поколения, которые будут обладать в 2 раза большей пассажировместимостью и экономичностью по сравнению с «Конкордами». Использование СПС второго поколения должно уменьшить в 2 раза время полѐта на дальних маршрутах при такой же стоимости билета, как для современного дозвукового самолѐта. Для создания СПС второго поколения необходимо разработать новые двигатели, уровень эмиссии которых должен быть на 75 % меньше, чем у двигателей современных самолѐтов, а уровень шума отвечать нормам ИКАО, усовершенствовать конструкции и создать дешѐвые жаропрочные материалы;

гиперзвуковые самолѐты гражданского и военного применения, которые смогут летать со скоростью, соответствующей числу М=8...12. Сложной проблемой является создание усовершенствованных воздуш- но-реактивных двигателей для таких самолѐтов и новых материалов;

воздушно-космические самолѐты многоразового применения, которые через 20 лет смогут уменьшить в 10 раз стоимость вывода нагрузки на низкую околоземную орбиту;

самолѐты вертикального взлѐта с поворотными несуще-тянущи- ми винтами для военного и гражданского применения, которые смогут использоваться для междугородного сообщения;

ЛА новых компоновочных схем в виде летающего крыла или с сочленѐнным крылом, с несущим корпусом, гибридные ЛА, сочетающие свойства самолѐта и дирижабля, летающие автомобили и другие

ЛА, способные расширить области применения авиации.

НАСОСЫ 1 И ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ

ДВИГАТЕЛИ

1.1. Источники гидравлической энергии

Поршневые насосы. По расположению цилиндров (рабочих камер) поршневые насосы подразделяются на радиально-поршневые с радиальным расположением цилиндров относительно оси вращения ротора и аксиально-поршневые с аксиальным расположением цилиндров относительно оси вращения цилиндрового блока. В первых насосах движение поршней происходит в одной плоскости, во вторых – в пространстве. Кинематической основой поршневых насосов является кривошипно-шатунный механизм.

В поршневом насосе можно выделить следующие основные узлы: механизм подачи, механизм распределения потоков жидкости и механизм изменения подачи насоса. Механизм подачи при вращении вала осуществляет возвратно-поступательное движение поршней в цилиндрах насоса и нагнетание жидкости из линии низкого в линию высокого давления; поршни и цилиндры механизма нагружаются большими переменными нагрузками. Этот узел оказывает определяющее влияние на долговечность насоса, его механический и объемный КПД, компактность и удельную массовую отдачу.

Механизм распределения потоков жидкости обеспечивает подвод жидкости из магистрали низкого давления к цилиндрам, в которых происходит процесс всасывания, и направляет жидкость в магистраль высокого давления из цилиндров, где происходит процесс нагнетания.

В насосах переменной подачи имеется механизм изменения подачи, который автоматически согласует режимы работы насоса и гидросистем по расходу. Регулирование осуществляется путем изменения геометрического или рабочего хода поршней.

Радиально-поршневые насосы (РПН). Принципиальная схема регулируемого радиального роторно-поршневого насоса приведена на рис. 1.1. Основными элементами его являются статор 1; цилиндровый блок – ротор 6; поршни (плунжеры) 4, выполняющие роль вытеснителей; статорное кольцо, или обойма 2. Роль распределительного устройства выполняет пустотелая ось с уплотнительной перегородкой 5, на которой помещается вращающийся ротор. При вращении последнего в направлении, указанном стрелкой, рабочие камеры своими каналами поочерѐдно соединяются с отверстием 3, через которое жидкость всасывается, и с отверстием 7, через которое происходит еѐ нагнетание. При проходе рабочих камер насоса через нейтральное положение их каналы перекрываются уплотнительной перегородкой. Прижим головок поршней к внутренней поверхности обоймы происходит либо под действием центробежных сил, либо под давлением жидкости, нагнетаемой в полость всасывания вспомогательным насосом, либо с помощью специальных пружин. При перемещении поршней от центра рабочие камеры соединяются с полостью всасывания, а при ходе поршней к центру – с полостью нагнетания. Обойму 2 можно перемещать

1

2

3

Рис. 1.1. Схема радиально-поршневого насоса

относительно подвижной оси 5 ротора и тем самым менять эксцентриситет e, а следовательно, и рабочий объѐм насоса q. Рабочий объѐм насоса

где VZ – полезный объѐм рабочей камеры или объѐм несжимаемой жидкости, вытесняемой каждым поршнем при отсутствии утечек через зазоры; d – диаметр цилиндра; e – эксцентриситет, равный половине хода поршня; Z – число поршней.

Число рабочих камер в насосе Z в одном ряду обычно равно 5, 7 и реже 9. Цилиндры насоса могут располагаться и в несколько рядов (обычно не более 3), благодаря чему достигаются большая подача и большая еѐ равномерность. Кроме того, для увеличения подачи применяются насосы многократного действия, в которых статорное кольцо (обойма) имеет специальный профиль.

Подача насоса при n 1/с ротора

где об – объѐмный КПД, равный 0,70 … 0,90.

Радиально поршневые насосы могут быть регулируемыми. Регулирование подачи, а также реверс осуществляются изменением величины и знака эксцентриситета e. Обычно величина e находится в пределах

3 … 10 мм.

Аксиально-поршневые насосы (АПН). В большинстве случа-

ев в гидросистемах ЛА применяются насосы аксиально-поршневого типа различных конструкций, отличающиеся устройством механизмов подачи (бескарданные с шарнирно связанными поршнями, со свободно опертыми поршнями и наклонным диском, с неподвижным цилиндровым блоком и др.), механизмов распределения потоков жидкости (плоские неподвижные или подвижные золотники, неподвижные цилиндрические золотники, клапанно-щелевые и др.), а также механизмов изменения подачи (прямого действия, дифференциального по положению, дроссельно-дифференциального и др.).

Механизмом подачи насоса со свободно опертыми поршнями (рис. 1.2) является вращающийся цилиндровый блок 3 с поршнями 4, движущимися в нем возвратно-поступательно.

Поршни 4 свободно опираются на шайбу 5, ось которой наклонена относительно оси цилиндрового блока на угол . При помощи рычага

Электромагнит отключен

Рис. 1.3. Схема работы насоса НП-112А:

1 – рессора; 2 – вал; 3 – опорная шайба; 4 – регулировочный винт; 5 – наклонная шайба; 6 – башмак; 7, 8, 15 – пружины; 9 – плунжер; 10 – блок цилиндров; 12 – обратный клапан; 13 – сервопоршень; 14 – штуцер; 16 – золотник; 17 – фильтр; 18, 19 – шарики; 20 – элект-

ромагнит; 21 – поршень; 22 – толкатель; 23 – якорь

создать насос, определяется усилием пружины 15 – это давление нулевой подачи. В момент включения насоса наклонная шайба под действием усилия пружин 7 повернута на максимальный угол (~15º), что соответствует максимальной подаче.

Когда давление в системе поднимется настолько, что золотник 16, преодолев усилие пружины 15, переместится вправо и пропустит рабочую жидкость из канала высокого давления «б» в полость редуциро-

ванного давления «в», наклонная шайба 5 начнет разворачиваться, уменьшая ход плунжеров 9, следовательно, уменьшится и подача рабочей жидкости в гидросистему. При положении рабочего торца наклонной шайбы перпендикулярно к оси вала возвратно-поступательное перемещение плунжеров прекращается и жидкость не подается в систему. Насос работает в режиме нулевой подачи.

Контроль давления в гидросистеме осуществляется с помощью гидравлического датчика. Для предотвращения попадания посторонних частиц под золотник 16 регулятора давления в канал «б» встроен фильтр 17. Полость «д» регулятора соединена с внутренней полостью «ж» насоса. Электромагнит 20 механизма разгрузки в рабочем режиме обесточен. Шарик 18 высоким давлением прижат к седлу, полость «и» за поршнем 21 через открытый шарик 19 сообщается с полостью «к», которая, в свою очередь, сообщается с полостью «ж» насоса. Поршень 21 через толкатель 22 отжимается рабочим давлением влево и размыкается с золотником 16 регулятора давления. Обратный клапан 12 открыт, так как на него действует высокое давление. Для охлаждения насоса в процессе его работы предусмотрен проток рабочей жидкости из полости «ж» насоса в штуцер слива 14.

Насос оборудован предохранительным клапаном «и», соединяющим линию слива с линией всасывания. Давление открытия этого клапана 6,5 0,5...9 1 , кгс/см2. При повышении давления в линии слива насоса выше указанных величин клапан «и» открывается и соединяет линию слива с линией всасывания насоса, тем самым предотвращая разрушение корпуса насоса и нарушение нормальной работы качающего узла.

Аналогичная схема АПН использована в конструкции плунжерного насоса НП-123 (рис. 1.4), который отличается от предыдущих схем наличием на входе колеса 10 с крыльчаткой, обеспечивающего давление на линии всасывания, необходимое для бескавитационной работы насоса в целом.

Механизмом подачи насоса на рис. 1.5 является неподвижный цилиндровый блок с поршнями 13, опирающимися через башмаки 4 на вращающуюся с помощью вала 7 наклонную шайбу 5 и совершающими возвратно-поступательное движение.

Клапанно-щелевой механизм распределения обеспечивает всасывание через щель 3 у торца поршня и нагнетание жидкости в полость высокого давления через клапан 16.