1.1.3. Принцип действия гидравлической системы. Определения
Гидравлическая система объемного типа, т.е. в системе входной элемент – гидроцилиндр с поршнем 1 (рис. 1) связан с выходным гидроцилиндром с поршнем 2 перемещающимися внутри системы объёмами жидкости, в результате чего
h2 = h1d12/d22,
где h1 (h2) – соответственно, перемещение поршня 1 (2);
d1 (d2) – соответственно, диаметр поршня 1 (2).
Здесь гидроцилиндр с поршнем 1 играет роль насоса, а гидроцилиндр с поршнем 2 исполнительного устройства. Как известно из курса гидравлики, давление за насосом определяется величиной нагрузки и сопротивлением сети. Без учёта потерь энергии в сети имеем (p – давление; F1(2)- усилие на поршне 1 (2), соответственно)
p = 4F2/πd22, F1 = pπd12/4 и F1 = F2d12/d22.
В случае несжимаемой жидкости объём W, вышедший из гидроцилиндра 1, перемещается в гидроцилиндр 2 и расход Q определяется следующим образом (V1, V2 – скорость перемещения поршня 1 (2), t-время)
Q = W/t = V1πd12/4 = V2πd22/4
и
V2 = 4Q/ πd22.
Для вращательного движения выходного звена угловая скорость Ω определяется
Ω = Q/q,
здесь q - удельный расход на один радиан поворота.
Гидравлическая система ЛА состоит из следующих элементов:
- источников энергии;
- коммуникаций - трубопроводов с гидравлическими агрегатами (элементами систем, рассмотренными во второй части курса гидравлики);
- потребителей, т.е. исполнительных механизмов, непосредственно связанных с объектом управления.
Система управляется или от сигналов пилота или автоматической системы управления.
Таким образом, типовая гидравлическая система ЛА состоит из блоков питания и функциональных подсистем. Блок питания содержит насосы, создающие давление в системе, гидробаки для размещения рабочей жидкости, фильтры и другие необходимые гидравлические агрегаты.
Функциональные подсистемы – это части гидравлической системы, обслуживающие конкретных потребителей (исполнительные устройства). Функциональные подсистемы подключаются к блокам питания через клапан включения-отключения.
По характеру контакта рабочей жидкости в гидробаке с газом или отсутствием такового, системы делятся на:
- системы открытого типа, когда есть непосредственный контакт жидкости с воздухом, например, наддув гидробаков осуществляется от системы СКВ ЛА;
- системы закрытого типа, когда контакта жидкости с воздухом нет (боевые самолёты, Суперджет 100 и др.);
- системы полузакрытого типа, когда объём над жидкостью в баке заполнен инертным газом (азотом). Примером такой системы может служить гидросистема самолёта Ту-144, находящаяся в сложных температурных условиях из-за аэродинамического нагрева. Системой полузакрытого типа является также система самолёта ТУ-204 по основной системе наддува. Азот снижает пожароопасность системы и исключает контакт рабочей жидкости с воздухом, который может вызывать её деструкцию.
Гидравлические системы дозвуковых транспортных самолётов обычно открытого типа, что упрощает конструкцию системы наддува и снижает вес.
Гидросистема может быть централизованной, обслуживающей ряд потребителей, или автономной – обслуживающей один потребитель.
Гидросистемы также могут быть:
-основными, обслуживающими потребителей в нормальных условиях полёта;
-резервными, работающими как основная и имеющими возможность при необходимости подключаться к другим потребителям;
-аварийными, работающими лишь в аварийных ситуациях.
Для обеспечения надёжности и безопасности полётов в нормальных условиях ряд гидросистем могут одновременно обслуживать одних и тех же потребителей. Такие гидросистемы называются кратными.
Источниками гидравлической энергии на самолетах являются гидронасосы. В настоящее время отработаны, выпускаются серийно и эксплуатируются насосы с удельной подачей от 2 до 56 см3/об, выходным давлением до 280 кгс/см2, частотами вращения до 12000 об/мин, мощностью до 160 кВт и подачей до 350 л/мин. КПД насосов достигают: объемный – 0,97, общий – 0,8, энергоотдача – 7 кВт/кгс, ресурсы – десятки тысяч часов для гражданских самолетов. Сравнительный анализ российских гидромашин и зарубежных фирм (Vicers, Parker and Abex и др.) показывает, что отечественные насосы и их зарубежные аналоги находятся практически на одном уровне.