Н е г е р м е т и ч н о с т ь си с т е м ы

На величину ошибки оказывает влияние герметичность системы. Движение выхода гидродвигателя при наличии утечек жидкости не на­ чнется до тех пор, пока подача жидкости в рабочие его камеры не пре­ высит величины утечек при данном перепаде давления, обусловленном нагрузкой. В соответствии с этим утечки в гидродвигателе понижают чувствительность и жесткость системы.

УСТОЙЧИВОСТЬ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО УСИЛИТЕЛЯ

Устойчивость системы гидроусилительного управления самолетом определяет безопасность полетов и является одним из основных факто­ ров, характеризующих качество этого управления.

Под устойчивостью гидроусилителя понимают его способность воз­ вращаться в состояние установившегося режима после прекращения действия источника, нарушавшего это равновесие.

Установившийся режим может быть нарушен как изменением зада­ ющего воздействия (входного параметра), так и изменением выходного параметра (внешним возмущающим воздействием в виде изменения аэродинамической нагрузки и пр.).

На устойчивость в значительной мере влияет кинематика механиз­ ма привода распределительного устройства. Так, например, при увели­ чении передаточного числа механизма обратной связи вероятность потери устойчивости повышается. Практически приемлемым с этой точки зрения передаточным числом (см. сгр. 340) является число 3.

На устойчивость системы большое влияние оказывает упругость тру­ бопроводов и жидкости, а также тяг и рычагов, связывающих ручку управления с гидроусилителем и последнего — с управляемым органом, и упругость узла самолета, к которому крепится гидроусилитель.

При некоторых условиях внешнего и внутреннего возмущения и при сочетании этих факторов с массовой нагрузкой и упругостью система может вступить в незатухающие колебания с высокими частотами, при которых могут развиться значительные динамические нагрузки.

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ГИДРОУСИЛИТЕЛЕЙ

Основными причинами, которые могут нарушить устойчивость си­ стемы, являются люфты и недостаточная жесткость системы, в особен­ ности при сочетании этих условий с высокой чувствительностью распре­ делительного устройства. Следящая гидросистема будет устойчивой про­ тив колебаний, если энергия, рассеиваемая системой при ее колебатель­ ных движениях, будет превышать энергию, аккумулируемую при сжа­ тии рабочей жидкости и упругой деформации трубопроводов и прочих механических компонентов гидросистемы.

Упругость механических звеньев системы

Практика показывает, что одним из необходимых условий обеспече­ ния устойчивости следящей системы является жесткость механических передач и соединений.

На рис. 279, а показана схема упругого крепления к конструкции самолета поршневого штока цилиндра гидроусилителя, снабженного чувствительным золотником. Нетрудно видеть, что при наличии упруго­ сти S\ задающий импульс (действие на руль аэродинамической силы), вызывающий смещение выходного звена (силового цилиндра) гидроуси­ лителя, может привести к колебаниям системы. При этом импульсе точка крепления штока из-за упругости сместится и повернет (при зафикси-

343

рованной ручке управления) рычаг обратной связи АВ, при этом сместив золотник. Очевидно, что при известном значении упругости s\ плунжер золотника сможет сместиться настолько, что жидкость поступит в соот­ ветствующую полость силового цилиндра и приведет его в движение, при котором изменится направление движения рычага АВ. Потенциро­ ванная при этом энергия упругости будет способствовать прохождению золотника через равновесное (нейтральное) положение. Если золотник обладает высокой чувствительностью (малой зоной нечувствительности),

может быть вызвано резкими возмущениями как со стороны входного, так и выходного контуров. Так, например, допустим, что выход под дей­ ствием какого-либо внешнего силового импульса (действия воздушного потока на плоскость управления) сместится в ту или иную сторону. По­ ворот руля передастся через выходной контур и дифференциальный ры­ чаг АВ на входной контур, упругое звено $2 которого даст возможность рычагу АВ повернуться и открыть распределительный золотник, что в свою очередь вызовет перемещение силового цилиндра. В результате при известных соотношениях массовой нагрузки и упругостей входного s2 и выходного 53 контуров энергия жидкости вызовет самовозбуждение системы. При этом упругость s2 на входном контуре будет снижать демп­ фирующий эффект массы ручки и тяг управления и уменьшать стабили­ зирующий эффект действия оператора на ручку управления.

Рассмотренная форма неустойчивости зависит также от характе­ ристики обратной связи и от чувствительности системы, усиливаясь с увеличением последней.

Сжимаемость жидкости и деформация трубопроводов

Влияние на устойчивость системы сжимаемости жидкости и упругой деформации трубопроводов аналогично влиянию рассмотренной выше упругости механических ее узлов. В течение части колебательного цикла жидкость, поступающая от насоса, сжимается и расширяет трубопро­ воды, аккумулируя при этом энергию; в последующую часть колебатель­ ного цикла накопленная в жидкости и трубопроводах энергия отдается в систему, прибавляясь к энергии, поступающей от насоса.

Сжимаемость жидкости в значительной степени зависит от количе­ ства нерастворенного в ней воздуха, наличие которого в значительной мере способствует потере устойчивости системы.

3 4 4

Люфт ы. Источником возникновения (возбудителем) колебаний являются также люфты в звеньях, включенных в обратную связь (люфты в цепочке сочленений от ручки управления до распределительного зо­ лотника), которые могут сами явиться причиной возникновения колеба­ ний, а также усиливают колебания, вызванные упругостью рычажной системы и тяг. Так, например, при зазоре в узле крепления силового цилиндра гидроусилителя к конструкции самолета, равном 0,08 мм, устойчивость системы управления самолетом была полностью нарушена. Отмечены также случаи нарушения устойчивости при наличии в рычаж­ ном соединении с несколькими шарнирами люфтов в пределах 0,025—0,05 мм в каждом из них.

В частности, при наличии люфтов во входном контуре может про­ изойти потеря устойчивости из-за осевой неуравновешенности золотника, вызываемой гидродинамическим действием потока жидкости (см. стр. 230); плунжер золотника под действием гидродинамической силы будет смещаться в пределах люфта, что может при высокой чувстви­ тельности золотника сопровождаться реверсами потока жидкости и колебаниями системы.

Влияние гидродинамической неуравновешенности может быть уменьшено увеличением перепада давления жидкости в золотнике, вели­ чину которого часто доводят при максимальном расходе до 7 з рабочего давления.

Тр е н и е . Трение в движущихся узлах с одной стороны демпфирует колебания, а с другой — способствует их возникновению. Поскольку тре­ ние влияет на запаздывание системы, то оно может быть источником не­ затухающих ее колебаний. Влияние трения на механизм колебаний в значительной степени обусловлено разницей коэффициентов трения между скользящими поверхностями в состоянии покоя и движения. При трогании механизма с места преодолевается трение покоя; после сме­ щения с места коэффициент трения понижается, в результате скорость возрастает скачком, величина которого определяется инерцией движу­ щихся частей и упругостью системы.

Вместе с тем сила трения при движении изменяет знак при измене­ нии его направления и тем самым демпфирует энергию колебания си­ стемы.

СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ГИДРОУСИЛИТЕЛЕЙ

Наиболее простым способом повышения устойчивости системы яв­ ляется увеличение перекрытия золотника (увеличение зоны нечувстви­ тельности) и уменьшение усиления системы по скорости. Однако подоб­ ный способ ухудшает качество гидроусилителя по точности. Из изложен­ ного выше (см. стр. 339) следует, что повышение чувствительности и точ­ ности системы достигается применением золотника с минимальными перекрытиями, который к тому же должен обеспечивать при малом ходе достаточно большие проходные сечения для жидкости, тогда как для по­ вышения устойчивости системы против колебаний величину перекрытий следует увеличивать, а проходные сечения уменьшать. Иначе говоря, точность воспроизведения и устойчивость следящего привода взаимно связаны, причем выбор параметров привода с более высокой точностью воспроизведения неизбежно приводит к ухудшению устойчивости.

Для повышения устойчивости следует тщательно балансировать быстро вращающиеся детали и повышать их жесткость, а также избе­ гать совпадения периода собственных колебаний деталей и узлов си­ стемы с периодом возмущающих импульсов. Как правило, следует стре­ миться к уменьшению массы исполнительных органов.

345

Стабилизация утечкой жидкости

Фактором, стабилизирующим систему, является также ее негерметичность, поэтому для повышения устойчивости зачастую вводят в сило­ вом цилиндре искусственные утечки, которые рассеивают часть энергии системы при колебаниях. Демпфирующие свойства утечек обусловлены тем, что с повышением их увеличивается зона нечувствительности (см. стр. 341).

Следует иметь в виду, что введение в систему гидроусилителя искус­ ственной утечки жидкости повышает влияние на скоростные характери-

стики нагрузки выхода при постоянном смещении золотника, т. е. сни­ жает жесткость характеристики привода. В соответствии с этим введение утечек сопровождается повышением погрешности (ухудшением точности воспроизведения), и в особенности при колеблющихся по величине на­ грузках и малых скоростях. Ввиду этого применение утечек для повы­ шения устойчивости системы можно рекомендовать лишь для приводов с высокими скоростями и стабильными нагрузками выхода.

Искусственную утечку жидкости в цилиндре обычно создают шунти­ рованием через сопротивление (дроссель) полостей цилиндра, для этого в его поршне необходимо выполнить небольшое отверстие диаметром 0,5—2 мм (рис. 280, а).

Для стабилизации утечкой не рекомендуется использовать зазоры, обусловленные производственными допусками, поскольку они могут зна­ чительно колебаться для разных экземпляров одного и того же изделия.

Дроссельное отверстие в поршне должно быть таким, чтобы обеспе­ чивалось постоянное сопротивление при изменении вязкости жидкости под влиянием изменения ее температуры (см. стр. 264).

Влияние сопротивления трубопровода

Сопротивление трубопроводов и местные потери демпфируют систе­ му и повышают устойчивость, причем в системах, снабженных золотни­ ками с нулевым и положительным перекрытиями, сопротивления демп­ фируют систему независимо от места их включения, а в системах с отрицательным перекрытием демпфирующее действие оказывают лишь сопротивления в трубопроводах, соединяющих золотник с гидроцилинд­ ром, сопротивления же во входном и сливном его трубопроводах на устойчивость системы влияния не оказывают, а лишь вызывают потерю давления.

Демпфирование сопротивлением осуществляется путем установки дросселей на входе или на выходе жидкости из силового цилиндра или одновременно на входе и выходе (см. рис. 280,6).

Следует иметь в виду, что включение дросселей (сопротивления) понижает быстродействие системы и увеличивает погрешность.

346