1.1.3. Приводы газогидравлические с вытеснительной системой подачи рабочей жидкости

Приводы газогидравлические с вытеснительной системой подачи рабочей жидкости в рулевые машины представляются весьма перспективными. В отличие от приводов, работающих по замкнутому циклу, жид­кость из полости слива рулевой машины сбрасывается за борт летательного аппарата (рис. 1.4.). Достоинством такой схемы является простота конструкции, а сле­довательно, и высокая надежность.

Рис. 1.4. Принципиальная схема газогидравлического привода

Однократное использование рабочей жидкости требует увели­чения ее запаса. Однако непрерывное уменьшение массы в процессе работы привода позволяет учитывать в суммарной массе рулевого только ее часть (30 - 60%). Вытеснители, служащие для преобра­зования энергии горячих газов в энергию потока жидкости, вы­полняются с раздельными корпусами и в едином корпусе[2]. Устрой­ство для вытеснения может быть поршневым и с разделительной диафрагмой. В связи с большим разбросом параметров газа газогенератора применяются автоматические устройства для регулирования (ста­билизации) давления, расхода. Определенный интерес представляют вытеснительные устрой­ства, совмещающие функцию подачи рабочей жидкости в приводе с креновым устройством. Конструктивная схема газогидравлического источника питания представлена на рис. 1.5.

Рис. 1.5. Конструктивная схема газогидравлического источника питания

1. Газогенератор, 2. Пороховой заряд, 3. Теплозащитное покрытие, 4. Фильтр газовый, 5. Инициатор, 6. Клапан, 7. Мембрана, 8. Бак, 9. Рабочая жидкость, 10. Фильтр гидравлический, 11. Навеска

Как видно из рис. 1.5. основными элементами газогидравлического источника питания являются газогенератор, вытеснитель и клапан.

Вытеснитель предназначен для преобразования давления газа в давление рабочей жидкости и для её хранения. На практике используются вытеснители двух типов: поршневые и диафрагменные. Более перспективными являются вытеснители сферического типа с эластичными диафрагмами. Основные их достоинства: компактность и простота конструкции.

Масса вытеснителя складывается из массы рабочей жидкости и массы конструкции:

Масса рабочей жидкости :

где – коэффициент использования рабочей жидкости; - давление нагнетания рабочей жидкости; - плотность рабочей жидкости.

Масса конструкции вытеснителя складывается из массы баллона, массы диафрагмы и массы прочих элементов конструкции (штуцеров, мест крепления и др.). В формуле масса конструкции вытеснителя, масса диафрагмы и других элементов учтены коэффициентом конструкции. Тогда формулу массы конструкции вытеснителя можно представить виде:

,

где - коэффициент конструкции вытеснителя; - плотность металла корпуса; - площадь поверхности вытеснителя; - толщина стенки вытеснителя. Эти параметры определяются по формулам:

где , - объем и диаметр вытеснителя; - предел прочности материала вытеснителя.

В итоге с учётом формул масса вытеснителя:

, (1)

где

Как видно из формулы (1) масса вытеснительного источника питания зависит от мощности, времени работы привода, плотности жидкости.

3. Построение областей минимальных масс приводов управления поворотным соплом

При проектировании приводов для новых разработчиков приводов возникает задача выбора схемы привода, имеющего минимальный вес при широком сочетании возможных мощностей и времен работы.

В данном разделе построена область минимальных масс приводов с вытеснительным источником питания и аксиально-поршневым моторнасосным агрегатом по методике, приведенной в [9].

Как следует из данных натурных испытаний ЛА, реальный интегральный ход штока рулевых машин не превышает 10—15% от максимально возможного хода привода за полное время работы двигательной установки. В связи с этим фактом вытеснительный источник питания может быть использован в мощных (> 0,5 кВт) рулевых приводах для достаточно длительного времени работы (30 — 100 с). При этом по своим энергомассовым показателям, а также простоте использования, вытеснительный источник питания становится конкурентоспособным другим типам источников питания, работающих по замкнутой схеме циркуляции жидкости. При наличии информации о реальном движении объекта управления, то есть о пути движения штока рулевой машины, выражение для определения значений коэффициента относительного интегрального хода штока рулевой машины можно записать в следующем виде:

,

где - максимально возможный путь движения штока рулевой машины, - максимальная скорость штока, t- текущее значение, - время работы привода.

При этом следует отметить, что в отличие от замкнутых источников питания, вытеснители работают по разомкнутой схеме. В работе [2] показано, что при уменьшении , границы применимости рулевых приводов с газогидравлическим вытеснителем расширяются и приближаются к границам использования приводов с высокоэкономичными аксиально-поршневыми моторнасосными агрегатами. Для того чтобы пояснить вышесказанное графически, рассмотрим энегомассовые характеристики приводов.

Уравнение границы в плоскости параметров N-t_п при использовании равенства :

(1.5)

Рис. 1.11 Зависимость мощности от времени при различных значениях интегрального хода штока, где ВИП – вытеснительный источник питания, АПМНА - аксиально-поршневой моторнасосный агрегат, t- время работы, N- мощность привода.

Как следует из рис. 1. 11, с уменьшением K_L происходит существенное расширение границ применимости рулевых приводов с вытеснительным источником питания и приближение к области применения привода с аксиально-поршневыми моторнасосными агрегатами. Таким образом, использование информации об интегральном ходе штока рулевой машины позволяет наряду с упрощением конструкции и повышением надежности работы рулевого привода улучшить его энергомассовые показатели.

2.2. Разработка методики расчета газогидравлического источника питания рулевого привода управления поворотным соплом путем построения эпюры сопряжения располагаемой и потребной мощностей, а также с учетом зависимости для непроизводительного расхода рулевых машин от вязкости жидкости