ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования

Новосибирский авиационный технический колледж

Методическое пособие Оборудование бортовых систем

для специальности 1202 «Производство летательных аппаратов»

2008

Раздел 1. Конструктивно-технологическая характеристика бортовых систем летательных аппаратов

История создания систем оборудования летательных аппаратов. Условия работы оборудования на летательном аппарате.

Внешние условия работы оборудования: природа их возникновения, характер воздействия на оборудование. Внутренние условия работы оборудования: их классификация, задаваемые параметры. Основные требования, предъявляемые к оборудованию летательных аппаратов.

Конструктивно-технологическая характеристика бортовых систем летательных аппаратов.

Классификация бортовых систем летательных аппаратов. Классификация оборудования летательных аппаратов. Функциональное и конструктивно-технологическое деление бортовых систем. Требования, предъявляемые к бортовым системам.

Воздушный кодекс российской федерации

Принят Государственной Думой 19 февраля 1997 года. Одобрен Советом Федерации 5 марта 1997г

Воздушное судно – летательный аппарат, поддерживаемый в атмосфере за счет взаимодействия с воздухом, отличного от взаимодействия с воздухом, отраженным от поверхности земли или воды.

Виды авиации

Авиация подразделяется на гражданскую, государственную и экспериментальную авиацию.

Гражданская авиация

1.Авиация, используемая в целях обеспечения потребностей граждан и экономики, относится к гражданской авиации.

2.Гражданская авиация, используемая для предоставления услуг (по осуществлению воздушных перевозок пассажиров, багажа, грузов, почты) и (или) выполнения авиационных работ, относится к коммерческой гражданской авиации.

3.Гражданская авиация, не используемая для осуществления коммерческих воздушных перевозок и выполнения авиационных работ, относится к авиации общего назначения.

Государственная авиация

1.Авиация, используемая для осуществления военной, пограничной, милицейской, таможенной и другой государственной службы, а также для выполнения мобилизационно-оборонных задач, относится к государственной авиации.

2.Использование государственной авиации в коммерческих целях осуществляется в порядке, установленном Правительством Российской Федерации.

Экспериментальная авиация

1.Авиация, используемая для проведения опытно-конструкторских, экспериментальных, научно-исследовательских работ, а также испытаний авиационной и другой техники, относится к экспериментальной авиации.

2.Использование экспериментальной авиации в коммерческих целях осуществляется в порядке, установленном Правительством Российской Федерации.

Агрегаты - это изделия, выполня­ющие однозначную функцию.

Система - совокупность агрегатов, соединенных между собой определенной связью и взаимодействующих в рамках единого решения какой-либо задачи.

Авиационные комплексы предназначены для вы­полнения широкого круга задач - транспортных, поисково-спасательных, исследовательских, сельскохозяйственных, военных. В со­став авиационного комплекса входят: летательные аппараты, средства (наземные и бортовые) управления, комплекс связи и обслу­живания, экипаж и пассажиры, обслуживающий и вспомогательный персонал.

ЛА включает:

1— планер;

2— силовую установку;

3— взлетно-посадочные устройства;

4— системы управления;

5— пилотажно-навигационное оборудование;

6— радиотехническое оборудование;

7— электротехническое оборудование;

8— системы жизнеобеспечения (высотное оборудование) и спа­сения;

9— энергосистемы (пневматические и гидравлические);

10—пассажирское бортовое или специальное оборудование.

История создания систем оборудования ЛА

В создании систем оборудования ЛА связана с именами выдающихся ученых России.

В 1875 г. Д. И. Менделеев предло­жил схему герметической кабины для защиты экипажа при полетах на больших высотах, а в 1888 г. он разработал способ хранения на борту воздушных шаров сжатых газов в стальных баллонах при давлении 10 — 12 МПа.

В 1898 г. К. Э. Циолковский обосновал необходимость и предло­жил схему автопилота в состав которого входил исполни­тельный привод руля.

В 1911 г. Г. Е. Котельников разработал, а в 1912 г. успешно испытал первый в мире ранцевый парашют для прыжков с самолета.

В 1913 г. в России четырехмоторный самолет "Илья Муромец" уже имел закрытую остекленную кабину с отоплением и освещением, оборудованную пилотажными приборами (компасами, кренометрами, указателями высот и скоростей полета), указателями контроля параметров двигателей, фотоаппаратами.

В 1918 г. был создан Центральный аэрогидродинамический инс­титут (ЦАГИ), крупнейший центр авиационной науки мирового значения. В комиссию по созданию ЦАГИ входили Н. Е. Жуковский и А. Н. Туполев. По инициативе Н. Е. Жуковского в 1919 г. создается Московский авиационный техникум (в 1922 г. преобразованный в Военно-воздушную инженерную академию (ВВИА) им. проф. Н. Е. Жуковского), вводится аэродинамическая специализация на механи­ческом факультете Московского высшего технического училища им. Н. Э. Баумана (на его базе в 1930 г. был создан Московский авиаци­онный институт — МАИ).

В 1918 — 20 гг. заводами РСФСР было выпущено 558 самолетов и 237 двигателей.

В 20-е гг. были организованы отечественные конструктор­ские бюро по самолетостроению А. Н. Туполева, Н. Н. Поликарпова, Д. П. Григоровича.

К началу первой пятилетки (1929 г.) наша авиапромышленность полностью отказалась от копирования трофейных и лицензионных образцов и перешла на производство отечественных самолетов, мо­торов и оборудования к ним.

Военно-воздушные силы начали получать истребители И-3 и разведчики Р-5 Поликарпова, бомбардировщики ТБ-1, а затем и ТБ-3 Туполева.

В эти годы создаются Всесоюзный институт авиационных мате­риалов (ВИАМ), Центральный институт авиационного моторострое­ния (ЦИАМ).

В 1933 — 37 гг. авиационная промышленность и наука бурно раз­вивались. В самолетостроении окончательно определился переход к схеме моноплана. Для увеличения скорости полета возросла нагрузка на крыло (1400 — 1700 Н/м² против 650 — 1000 Н/м²), что потре­бовало для сохранения взлетно-посадочных характеристик создания системы механизации крыла (управляемых щитков, закрылков, предкрылков) и торможения колес при пробеге.

Системы уборки-выпуска шасси позволили уменьшить сопротив­ление самолета на 20 — 25 %. Винты изменяемого шага с автомати­чески меняющимся углом атаки лопастей позволили увеличить ско­рость самолета на 7 — 10%, потолок на 18 — 20 %, тягу на взлете на 40 —45 %.

В 1936 — 38 гг. создаются гермокабины (ГК) советских самолетов как мягкие, так и жесткие (А. Я. Щербаков, Н. Н. Поликарпов, В. А. Чижевский).

Создаются совершенные самолеты И-15, И-16 (Поликарпова), ДБ-3 и АНТ-25 (Туполева). С 1940 г. создаются новые скоростные монопланы Як-1, МиГ-1, ЛаГГ-3, Ил-2, Пе-2, составившие основу военно-воздушных сил в годы Великой Отечественной войны.

После начала войны в кратчайшие сроки была произведена ре­организация и передислокация авиационной промышленности. Уже в 1942 г. наша авиационная промышленность превзошла герман­скую. В 1942 г. Германия выпустила 14,7 тыс. самолетов, СССР — 25,4 тыс.; в 1943 г. Германия — 25,3 тыс., СССР — 35 тыс.

Самолеты были просты по конструкции и построены из недефи­цитных материалов, что существенно облегчило их серийное произ­водство в условиях военного времени. Советские самолеты (Ла-5, Ла-7, Як-1, Як-3, Як-9, МиГ-3, Пе-2, Ил-2, Ил-4, Ту-2) имели более высокое качество в отношении аэродинамики, массы, вооружения, чем немецкие.

В послевоенные годы были решены сложнейшие научно-техни­ческие задачи создания авиационной техники нового типа.

Резкое повышение скоростей полета потребовало разработки принципиально новых систем оборудования ЛА. Так, в конце 50-х гг. были созданы системы автоматического управления полетом, систе­мы управления воздухозаборниками и реактивными соплами двига­телей, автоматизированные системы торможения самолетов, систе­мы изменения геометрии крыла, разработаны автоматы парирования крена при одностороннем отказе двигателя.

Во всех этих системах широко использовались электрогидравли­ческие приводы как линейные, так и вращательные, питаемые авто­номными гидравлическими системами.

В этот же период была решена задача спасения летчиков при авариях на больших скоростях полета — появились первые ката­пультные кресла.

Освоение больших высот и скоростей стало возможно после со­здания и испытания систем жизнеобеспечения и спасения экипажей, систем кондиционирования воздуха, высотных скафандров, средств кислородного обеспечения, катапультных кресел летчиков. Первое катапультирование из самолета в нашей стране совершил испытатель Г. А. Кондрашов 24 06 1947 г.

Высокий уровень современного бортового оборудования достиг­нут благодаря самоотверженному труду нескольких поколений уче­ных и конструкторов, среди них С. М. Алексеев, Т. М. Башта, Г. И. Воронин, И. И. Зверев, Ф. Ф. Куприянов, Н. А. Лобанов, А. И. Привалов, М. П. Селиванов и др.

Все бортовое оборудование пилотируемых ЛА можно разбить на следующие группы: системы управления полетом, электроавто­матика двигателей, системы жизнеобеспечения экипажа, научная аппаратура, аппаратура контроля приборов и систем, а также при­емники и передатчики радиолиний связи с Землей.

Бортовое оборудование ЛА составляет около 30% от общей массы самолета, а их стои­мость — более 50% стоимости самолета.

Оборудование самолета это сложный техниче­ский комплекс, позволяющий выполнять поставленные задачи при любых условиях. Из существующих систем можно выделить основные группы, каждая из которых характеризуется определенным функциональным назначением.

Электрооборудование обеспечивает генерирование элек­троэнергии и ее распределение между потребителями. В его состав входят источники и преобразователи электроэнергии, система электроснабжения, светотехническое оборудование и самолетный электропривод, система запуска двигателей.

Радиоэлектронное оборудование подразделяется на радиосвязное, радио­навигационное и радиолокационное.

Радиосвязное оборудование обеспечивает двухстороннюю внешнюю и внутреннюю связь.

Радио­навигационное оборудование обеспечивает:

- информацией аппаратуру пилотажно-навигационного комплекса при автоматическом полете самолета по маршруту, выполнение предпосадочного маневра и захода на посадку;

- с помощью приборов экипаж самолета необходимой информацией при автоматическом и ручном управлении самолетом.

Радиолокационное оборудование обеспечивает:

-наблюдение на экране индикатора панораму пролетаемой местности;

-наблюдение на экране индикатора метеообстановку впереди самолета;

-наблюдение на экране индикатора зон опасных грозовых очагов;

-передачу информации наземным службам УВД о координатах самолета, бортовом номере, высоте полета, запасе топлива и векторе путевой скорости;

-передачу информации наземным службам УВД о госпринадлежности самолета.

Пилотажно-навигационное оборудование — вывод самолета в назначенный пункт по заданной траектории в строго установленное время.

Для этого необходимо знать его местонахождение, курс, высоту и скорость полета. Эти параметры измеряются аэронавигационным оборудованием.

Оборудование систем, обеспечивающих работу двигателей летательных аппаратов - приборы измеряющие параметры двигателя, сигнализаторы отклонения в работе двигателя, а также автоматическое изменение режимов работы.

Бортовые системы управления полетом летательных аппаратов позволяют управлять самолетом в ручном, автоматическом и автоматизированном режиме.

Высотное оборудование обеспечивает защиту организма чело­века от воздействия атмосферы больших высот. Наилучшим сред­ством является герметическая кабина, оборудование которой позволяет автоматически регулировать давление, влаж­ность, температуру и химический состав воздушной среды, а также контролировать изменение этих параметров во времени. К высот­ному оборудованию относятся также кислородные системы.

Защитное оборудование позволяет повысить регулярность вы­полнения полетов и их безопасность. С этой целью самолеты оснаща­ются противообледенительным и противопожарным оборудованием.

Аварийно-спасательное оборудование, защитное снаряжение и морские спасательные средства обеспечивают аварийное поки­дание экипажем борта самолета на всех режимах и высотах полета, включая взлет и посадку, защиту экипажа от скоростного напора, отрицательного воздействия атмосферы больших высот и перегру­зок при покидании самолета. Морское спасательное снаряжение осуществляет спасание людей при аварийном покидании самолета над водным пространством или его вынужденной посадке на воду.

Средства контроля за работой оборудования бортовых систем (СОК, МСРП)

Условия, в которых эксплуатируются ЛА, можно разделить на внутренние и внешние.

Внешние условия зависят от окружающей воздушной среды, метеорологической обстановки, электромагнитных и световых излучений, возмущенности магнит­ного поля Земли, аномалий гравитационного поля Земли, электро­статических полей, уровня ионизации атмосферы и космического пространства и т. п. Внешние условия меняются от различных случайных причин, вследствие чего появляются случайные возму­щения и помехи в работе оборудования ЛА.

Большая часть оборудования, как правило, размещается внутри ЛА и его функционирование зависит от физических условий внутри кабин и отсеков.

Внутренние условия задаются при проектировании ЛА и его оборудования и поддерживаются в полете в необходимых пределах соответствующими автоматическими регуляторами.

Если же не приняты специальные меры, то климатические усло­вия внутри ЛА могут изменяться в следующих пределах:

-температура воздуха от +50 до -60°С, а вблизи нагре­тых частей двигателя — до 100° С;

-давление воздуха в негерметизированных кабинах и отсе­ках— от 700—800 мм рт. ст. у поверхности Земли до 10^-6 мм рт. ст. на высоте 200 км;

-плотность воздуха от 1,2250 до 3,6 10^-10 кг/м³ при изменении высоты от 0 до 200 км;

-относительная влажность — от 0 до 100%.

Изменения температуры приводят к изменению механических и электрических параметров элементов устройств. Изменения дав­ления и плотности влияют на отвод тепла от приборов, на свойства смазок в опорах, изменяют проводимость в воздушных зазорах конденсаторов. Избыток влажности вызывает усиленную коррозию металлов, является причиной появления конденсированной влаги и обледенения при низкой температуре.

Кроме климатических воздействий, на работу бортового обору­дования ЛА влияют механические воздействия (вибрации, пере­грузки). Механические воздействия могут изменяться в следующих пределах:

-линейные ускорения центра масс ЛА — до 5 g на пилотиру­емых ЛА и до нескольких сотен g— на беспилотных ЛА;

-вибрационные линейные ускорения в местах крепления при­боров — от единиц до нескольких тысяч герц по частоте и от еди­ниц до нескольких десятков g по ускорению;

-угловые ускорения, вызванные колебаниями ЛА вокруг цент­ра масс, до нескольких десятков 1/с²;

-угловые ускорения, вызванные упругими изгибными и кру­тильными колебаниями конструкции ЛА, — до нескольких десят­ков герц по частоте и нескольких десятков 1/с² по амплитуде.

Механические воздействия воспринимаются подвижными эле­ментами приборов, вследствие чего возникают погрешности измере­ния, развиваются усталостные процессы и появляются поломки деталей.

При проектировании оборудования ЛА необходимо учитывать условия его работы, возможные последствия вредного влияния по­мех и разрабатывать меры по устранению влияния этих воздейст­вий на работоспособность и технические характеристики бортового оборудования.

Установленное на самолетах оборудование работает в усло­виях, значительно отличающихся от наземных. Так, температура окружающей среды может изменяться от —60 до +60° С, а вблизи источников тепла (двигатели, обшивка самолета при сверхзвуко­вых полетах и т. д.) она может достигать +250° С и выше. В зна­чительных пределах изменяются также плотность и влажность воздушной среды.

Изменение физических свойств окружающей среды оказывает влияние на работу оборудования самолета.

Колебания температурного режима среды вызывают изме­нения омического сопротивления проводов, электрической емкости аккумуляторных батарей, параметров радиоэлектронных эле­ментов, вязкости смазочных материалов.

Изменение плотности и влажности среды влечет за собой ухудшение условий охлажде­ния и коммутации в электрических машинах и агрегатах, изме­нение механической прочности, габаритов и форм элементов обору­дования.

Механические воздействия в виде вибраций, перегрузок и ударов, оказывают отрицательное влияние на работу оборудования которые могут явиться причиной разрушений агрегатов оборудования или их элементов, обрыва электропроводов, порчи электроизоляционных материалов, ложного срабатывания испол­нительных устройств и т. д.

К оборудованию ЛА предъявляются многочисленные требова­ния, которые условно можно разбить на четыре группы, — техни­ческие, эксплуатационные, производственно-технологические и эко­номические.

К техническим требованиям обычно относят такие, выполнение которых обеспечивает качество решения задач, поставленных перед полетом ЛА, например:

-точность и надежность работы не хуже заданных;

-срок службы (ресурс) —достаточный для выполнения задания;

-A

Эксплуатационные требования предъявляются с целью обеспе­чения удобства и простоты эксплуатации оборудования при подго­товке к полету и непосредственно в полете. К ним относятся:

-контролеспособность;

-возможность замены отдельных приборов при их отказе без до­полнительной настройки и регулировки системы в целом;

-наличие блокировок, исключающих самовключение;

-невозможность неправильного подключения приборов;

-безопасность работы с приборами и другие.

Производственно-технологические требования дол­жны обеспечить следующие характеристики оборудования:

-минимальные массу и габариты;

-минимальное потребление всех видов энергии;

-унификацию приборов;

-помехоустойчивость к влиянию внешних факторов и отсутствие влияния на соседние приборы и устройства;

-простоту изготовления.

Экономические требования определяют минимально возможную стоимость разработки, изготовления и эксплуатации оборудования « учетом удовлетворения всем другим требованиям.

К авиационному оборудованию предъявляются следующие требования:

-минимальные масса, габариты и стоимость;

-высокая надежность и безотказность функционирования систем и их элементов в течение установленного для них ресурса при температуре среды от +60⁰ до —60⁰ или +80°С и ее влаж­ности до 100% в условиях эксплуатации самолетов с аэродромов или гидродромов;

-работоспособность оборудования и систем независимо от их положения в пространстве, возможных вибрационных и ударных динамических воздействий и режима полета самолета;

-высокая взрывобезопасность, огнестойкость и негорючесть агрегатов и материалов, применяемых для изготовления всех эле­ментов системы;

-отсутствие или сведение к минимуму взаимного влияния как между отдельными агрегатами и системами электрооборудования, так и на остальное установленное оборудование при их одновре­менной работе;

-высокая точность измерения требуемых параметров и свое­временное срабатывание исполнительных устройств по поступаю­щим командам;

-максимальный уровень унификации и стандартизации си­стем электрооборудования, что позволяет расширить возможность его широкого применения без доработок на самолетах различного назначения и повысить ремонтоспособность;

-возможность выполнения автоматизированного контроля работоспособности установленного на борту оборудования при проведении предполетной подготовки и неавтоматизированного контроля систем и их элементов при регламентных работах.