книги из ГПНТБ / Матвеенко, А. М. Расчет и испытания гидравлических систем летательных аппаратов
.pdf
А. М. МАТВЕЕНКО, Я. Н. ПЕЙКО, А. А. КОМАРОВ
РАСЧЕТ И ИСПЫТАНИЯ
ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
Мо с к в а
«М А Ш И Н О С Т Р О Е Н И Е
197 4
М33
УДК 629.7.064.3.001.24
“ У|
гй^иг.ч.чу^', } ^ д \
_1
Матвеенко А. М., Пейко Я. Н., Комаров А. А. Расчет и испытания гид равлических систем летательных аппаратов. М., «Машиностроение», 4974,
180с.
Вкниге приведены данные о современном состоянии и перспективах раз вития гидравлических систем летательных аппаратов, подробно рассмотрен вопрос об оптимизации весовых и объемных показателей гидравлических си стем, изложен графо-аналитический метод анализа режимов работы и расчета гидравлических систем. Описаны лабораторные испытания систем и агрегатов
сиспользованием методов моделирования, обобщен и систематизирован мате риал по летным испытаниям гидравлических систем самолетов и вертолетов гражданской авиации.
Книга предназначена для инженерно-технических работников авиацион ной промышленности. Она также может быть полезна аспирантам и студен
там авиационных вузов.
Табл. 15. Ил. 145. Список лит 39 пазз.
Рецензент канд. техн. наук М. А. Локшин Редактор инж. Г. И. Калашник
31808—406
М
038(01)—74
© Издательство «Машиностроение», 1974 г.
ПР Е Д И С Л О В И Е
Внастоящей книге рассматриваются гидравлические системы летательных аппаратов — сложные электрогидравлические ком плексы, обеспечивающие энергией 20—30 функциональных под систем. Отказы этих подсистем могут создать предпосылки к возникновению летных происшествий. Все это предопределяет их многократное резервирование, что, в свою очередь, резко' увеличивает мощности этих систем на ЛА.
Сложность гидравлических систем, а также трудности, свя занные с их расчетом, летными и стендовыми испытаниями, тре буют тщательного их изучения и исследования.
К сожалению, литературы, |
посвященной вопросам расчета |
и испытания гидравлических |
систем летательных аппаратов, |
крайне мало. Большая часть публикаций посвящена проектиро ванию и расчету агрегатов гидросистем. Это прежде всего широ ко известные работы Т. М. Башты, Н. С. Гамынина, В. Н. Про кофьева, В. А. Хохлова. Даже в книгах, посвященных описанию гидравлических систем [9, 10, 18], проблемы их расчета и испы таний рассмотрены очень кратко.
Настоящая книга должна в известной мере восполнить су ществующий пробел ■— в ней изложены основы анализа, расчета и испытания гидравлических систем летательных аппа ратов.
В гл. 1 дан сравнительный анализ энергосистем различного типа. Приведены систематизированные материалы по гидроси стемам современных летательных аппаратов различных типов. Подробно рассмотрен вопрос об оптимизации весовых, объемных и энергетических показателей гидравлических и газовых систем летательных аппаратов. Этот материал, позволяющий раскрыть сущность процессов передачи энергии в трубопроводных систе мах, в подобном виде в литературе не освещался.
В гл. 2 изложен графо-аналитический метод анализа режи мов работы и расчета гидравлических систем летательных ап паратов. Метод отличается простотой, наглядностью и предна значен главным образом для поверочных расчетов и определения
3
эпюр давления в любой точке системы. Последнее крайне необ ходимо для обоснования мест установки датчиков давления и расхода в испытываемых системах.
В гл. 3 приведены сведения о лабораторных испытаниях си стем и агрегатов гидравлических систем самолета с применени ем методов моделирования.
Заключительная глава посвящена систематизации и обобще нию материала по летным испытаниям гидравлических и газо вых систем самолетов и вертолетов гражданской авиации.
Разд. 1.2, 1.3 и 3.3 написаны совместно с инженером В. М. Фейгенбаумом и кандидатами технических наук М. А. Лок шиным и В. И. Бекасовым.
Все замечания по книге просьба направлять по адресу: Москва, Б-78, 1-й Басманный пер., 3, издательство «Машино строение».
Глава I
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ
•
1.1. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ РАЗЛИЧНЫХ ПО ПРИНЦИПУ ДЕЙСТВИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Бурное развитие авиационной и ракетно-космической техни ки привело к созданию летательных аппаратов различных на значений и классов.
Характерной чертой современного летательного аппарата яв ляется широкая механизация и автоматизация систем управле ния полетом, взлетом и посадкой. Механизация означает пол ную или частичную замену ручного труда экипажа работой машин с привлечением внешних источников энергии. Необходи мость механизации летательных аппаратов объясняется, с одной стороны, возрастающим разрывом между потребными для управ ления мощностями и физическими возможностями человека, а с другой, — резким увеличением числа подлежащих управле нию процессов.
Степень механизациии управления характеризуется наличием специальных устройств и потребляемыми ими мощностями. На рис. 1. 1 приведена диаграмма роста мощностей гидравлических
иэлектрических систем на различных летательных аппаратах.
Вкачестве примера, иллюстрирующего сложность и важность современных силовых систем управления, можно привести гид равлическую систему самолета ХВ-70 [1]. На рис. 1.2 приведена
блок-схема этой системы. В гидравлическую систему входят 12 насосов, 85 линейных и 44 вращательных привода, 120 солено идных и 50 механических клапанов. Общая емкость гидроси стемы 830 л, протяженность трубопроводов 1600 м. Система имеет 3300 паяных и 600 механических соединений.
Гидравлическая система самолета ХВ-70 имеет ряд интерес ных особенностей. Так, в каждой из четырех независимых си стем имеется по три насоса — основной и два вспомогательных, — работающих совместно с основным только в режимах больших потребляемых мощностей. В крейсерском полете вспомогатель ные насосы разгружены по расходу и давлению. Основные на сосы могут работать в качестве моторов, обеспечивая запуск двигателей, что особенно важно для самолета с электросисте-
5
мой переменного тока. Гидравлическая система обеспечивает работу ряда новых функциональных потребителей — отклонения концевых частей крыла, насосов перекачки топлива, привода аварийного генератора. В сочетании с обычными функциональ ными потребителями (управлением в полете по трем каналам, механизацией крыла, шасси, тормоза и т. д.) они образуют сложную электрогидравлическую систему.
Нгидр, кВт |
N3n,HBm |
WOO
WO
10
0,1
Рис. 1.1. Диаграмма роста мощностей электрогидравлпческих систем летательных аппаратов:
I—гидросистемы самолетов: Л—XВ-70 (США); 2—«Конкорд»
(Англия—Франция); 3—F-104 (США);
II—электросистемы: 4—«Эксплорер 12» (США); 5—«Марннер 8» (США); 6—спутник связи; 7—«Аполлон» (США); 8—дальний косми ческий корабль (проект США); 9—самолет «Британия»-100 (Англия)-
10—«Боинг 707» (США); // —«Боинг 747» (США)
В качестве другого примера рассмотрим блок-схему гидрога зовой системы ракеты типа «воздух — воздух» (рис. 1.3). В мо мент отделения от носителя срабатывает пиропатрон в газогене раторе 1 и вытесняет рабочую жидкость из гидроаккумулятора 3 через разрывную мембрану 4 и фильтр 5 к электрогидравлическим рулевым машинкам. Аналогичная система установлена на ракете «Сперроу» [9], что позволило значительно повысить быстродействие и жесткость системы управления (обычно на таких ракетах применялись чисто воздушные системы).
б
Все более сложными становятся гидросистемы вертолетов (рис. 1.4). Основная и дублирующая системы на них одновре менно питают все гидроусилители систем управления и через переключатель 3 — систему управления углом атаки вспомога тельного крыла. Изолированная от систем управления вспомо гательная система обеспечивает функционирование других си стем.
(--------к |
|
|
\5П-Г- |
/^ч |
|
I I |
|
|
I— ■—1 |
^Поворот} |
Г'воздуха^ |
I шасси |
\ЪерШней\ \Тормоза\ I “забор - \ |
|
|
1птпГшп | |
__ j \_нини_ |
1—Ln [пара-^ ГяварийЦ \Люии\ ! ный ге-\ 1 1 I___ i хунератор\
3 |
. . |
|
^Отклонением |
||
I |
носка |
l |
фюзеляжа 1
|
1ч |Ь |
|
f s |
|
|
|
? - 7 |
‘f - t |
^ W |
||
i 6П-Пj |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
[ |
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I-----к" |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
] ВП-ШУ- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
_J |
|
|
|
|
Г |
I |
. . I |
I |
I |
|
|
^Горизонтальное^ j Руль , |
V/кменетР. [“ |
„"j |
|
|
||||||
|
| Элевоны] |
Ш 1Vnodnamt\\Подкат} |
|||||||||
|
I |
оперение |
| \направления\ |
\геометрии,; онУ| |
\топливом |
||||||
|
|
|
Аварийное ~\рва/шйное |
|
|_крь/ла_ |
j |
' |
___I |
|||
\en-m~ |
|
|
Г |
Г 1 |
|
||||||
|
мешнййёскаё |
мехтиаесное |
|
|
|||||||
r ~J~1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
L___I
Рис. 1.2. Блок-схема гидросистемы самолета ХВ-70:
/, 2, 3, 4—блоки питания (БП) дублирующих гидросистем; 5, б, 7, 8, 9,10—переключатели, обеспечивающие питание соответствующих функциональных подсистем от БП-I или БП-П
Технические проблемы механизации и автоматизации систем управления полетом аппарата и его двигательной установкой настолько многосторонни и сложны, что к их решению привле каются специалисты различных областей науки и техники: ме ханики, энергетики, электроники, математики, физики и др.
Основными задачами проектирования систем механизации летательных аппаратов являются:
—выбор рациональных видов энергии;
—разработка эффективных способов передачи энергии от
источников к исполнительным устройствам; .
—формирование вспомогательных функциональных систем управления;
—геометрическая, кинематическая, энергосиловая и динами ческая увязка силового привода с функциональной системой и объектом управления; '
—выбор номенклатуры готовых изделий, составление техни ческих требований на новые изделия и конструктивная разра ботка тех из них, которые не изготовляются специализирован ными, организациями;
7
—специальные (стендовые и летные) испытания систем. Энергетическая система летательного аппарата должна:
—располагать достаточным запасом мощности для выполне ния всех возможных функций;
—сохранять работоспособность независимо от условий эк сплуатации (скорости полета, высоты, температуры, положения
Рис. 1.3. Блок-схема гидрогазовон системы ракеты типа «воздух—воз дух» [9]:
]—газогенер атор; 2—предохр аннтельный клапан; 3—гидроаккумулятор; 4—разрыв ная мембрана; 5—фильтр; 6, 7—электро- гидравлнческне усилители; 3, 9—силовые приводы рулей; 10—штуцера наземной
проверки
•системы в пространстве, пере грузки, гравитационного поля
И пр.); —■обладать достаточным
быстродействием в передаче силового импульса с команд ного на исполнительный ор ган;
—быть компактной по объему, выгодной по весу, простой в монтаже и эксплуа тации;
—иметь достаточно высо кие к. п. д.
Выбор вида энергии и структуры системы определяет ся конкретными требованиями
кней. С одной стороны, жела тельно на каждом летательном аппарате применять один тип энергетической системы. Это уменьшает вес и стоимость си стемы, упрощает ее эксплуата цию. Вместе с тем в целях обеспечения большей живуче сти систем управления целесо образно применить на одном летательном аппарате несколь ко типов дублирующих энерго систем.
Источниками энергии си стем могут служить:
—механический привод от маршевого двигателя;
—электропривод от бортовой сети;
—пневмотурбопривод, работающий на сжатом воздухе, от бираемом от компрессора двигателя;
—бортовые баллоны сжатого воздуха или гидрогазовые ак кумуляторы одноразового действия;
—энергоблоки, работающие на горячем газе или компонен тах ракетного топлива;
—ветродвигатели, работающие от набегающего потока.
8
Наибольшее распространение в самолетных системах полу чил механический привод от маршевого двигателя. В системах одноразового действия нередко более целесообразны баллоны сжатого воздуха и энергоблоки, работающие на горячем газе или компонентах ракетного топлива.
Потребителями энергии (функциональными подсистемами) в системах механизации управления самолетом обычно яв ляются:
Рис. 1.4. Блок-схема гидросистемы тяжелого вертолета:
/. 2—аварийные блоки питания АБП; 3—-переключатель, обеспечивающий питание подсистемы изменения угла атаки крыла от двух систем
— органы управления полетом (рули, винты, механизация крыла, воздухозаборники, силовая установка);
— системы управления взлетно-посадочными устройствами (уборка и выпуск шасси, поворот передней ноги, торможение пвиаколес);
—системы управления вспомогательными потребителями;
—приводные устройства в других бортовых системах (гене раторы переменного тока, компрессоры, насосы теплообменник ков, вентиляторы, топливные насосы);
—прочие устройства и системы (трапы, стеклоочистители, грузовые люки).
На летательных аппаратах других типов соответственно бу дет иным и состав потребителей. Так, например, на вертолетах главными являются системы бустерного. управления винтом.
9