книги из ГПНТБ / Матвеенко, А. М. Расчет и испытания гидравлических систем летательных аппаратов

Глава 4

ЛЕТНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ САМОЛЕТОВ И ВЕРТОЛЕТОВ

4.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Опытные и модифицированные гидравлические системы лета­ тельных аппаратов до внедрения их в эксплуатацию подверга­ ются заводским, государственным, эксплуатационным и в ряде случаев специальным испытаниям. Цель испытаний системы за­ висит от вида испытаний и в каждом отдельном случае форму-' лируется в соответствии с действующими руководящими материа лами по испытаниям авиационной техники. Например, основной целью летных государственных испытаний системы является определение ее пригодности для данного летательного аппарата, а целью эксплуатационных испытаний — оценка надежности си­ стемы и ее ресурса, выявление характерных особенностей техни­ ческой и летной эксплуатации.

До начала летных испытаний гидравлической системы выпол­ няется комплекс лабораторных испытаний, включающий завод­ ские лабораторные и государственные лабораторные испытания всех опытных и доработанных агрегатов и изделий, стендовые испытания натурной гидросистемы с проверкой ее работоспособ­ ности, надежности и долговечности на режимах, имитирующих эксплуатационные условия ее работы, а также так называемые особые условия полета, т. е. возможные отказы отдельных агре­ гатов систем и подсистем в целом.

Одним из наиболее эффективных методов испытаний систем, максимально приближенных к натурным, является, как указыва­ лось в гл. 3, испытания на комплексно-моделирующих стендах.

Летные испытания гидравлической системы являются заклю­ чительным этапом испытаний. Они, как правило, проводятся в комплексе с летными испытаниями летательного аппарата и пре­ дусматривают определение основных параметров системы, тех­ нических и эксплуатационных характеристик в реальных услови­ ях ее работы.

Программа летных испытаний гидросистемы состоит из двух - разделов: наземные испытания и испытания в полете.

;42

Типовая программа испытаний предусматривает выполнение следующих работ: проверку работоспособности систем, последо­ вательность, синхронность и плавность работы механизмов и аг­ регатов, определение внешней и внутренней герметичности, тем­ пературного режима системы,' времени выполнения рабочих опе­ раций механизмами и агрегатами, усилий переключения рукояток (кнопок) кранов управления, линейных перемещений или угловых отклонений подвижных элементов, оценку стабиль­ ности характеристик рабочей жидкости и проверку чистоты си­ стемы, оценку действия отключающих устройств, перехода на аварийную или дублирующую системы, определение давления в линии нагнетания, слива, всасывания, расходов рабочей жидко­ сти в различных участках системы, частоты срабатывания потре­ бителей системы и ряд многих других характеристик системы.

Количество и конкретное содержание полетов зависит от цели того или иного вида летных испытаний.

4.2. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ, ПОДЛЕЖАЩИЕ ОПРЕДЕЛЕНИЮ ПРИ ЛЕТНЫХ ИСПЫТАНИЯХ

Для выявления условий работы и оценки гидросистем долж­ ны определяться сл ед ую щ и е основные характеристики и пара­ метры:

1. Давление и характер его изменения в различных участках гидросистем (нагнетания, слива, всасывания, поддавливания).

2. Температурный режим (температуры рабочей жидкости, корпусов агрегатов, температуры в зоне расположения агрега­ тов).

3.Время выполнения рабочих операций механизмами и агре­ гатами.

4.Расход рабочей жидкости.

5.Внешняя и внутренняя герметичность.

6.Стабильность характеристик рабочей жидкости и чистота системы.

7.Работоспособность систем в заданном для самолета диа­ пазоне высот, скоростей и перегрузок.

8.Производительность и давление аварийных источников пи­ тания, их достаточность.

9.Работоспособность на переходных режимах:

а) при переключении питания гидроусилителей с основных на дублирующие системы;

б) при отключении гидросистем и переходе с гидромеханиче­ ского управления самолетом на ручное.

10. Частота срабатывания агрегатов.

Кроме того, при летных испытаниях оценивается уровень на­ дежности, удобство и особенности эксплуатации и технического обслуживания, контролеспособность, техническая' документация на систему.

143

Для обеспечения контроля условий работы гидросистем в по­ летах па испытаниях должны определяться параметры полета (высота, скорость, отклонения органов управления самолетом и

рулевых поверхностей, перегрузки самолета и обороты двигате­ лей).

Рассмотрим подробнее основные факторы, влияющие на рабо­ тоспособность и надежность гидравлических систем.

Д а в л е н и е . Величина давления в различных участках гид­ росистемы и характер его изменения являются основными пара­ метрами, определяемыми при летных испытаниях гидросистем Каждая гидросистема характеризуется прежде всего номиналь­ ным рабочим давлением. Под номинальным рабочим давлением понимается:

а) для систем с насосом переменной производительности — давление, при котором насос выходит на режим нулевой произ­ водительности;

б) для систем с насосом постоянной производительности, ав­ томатом разгрузки и гидроаккумулятором — давление отключе­ ния насоса от гидроаккумулятора (автомат срабатывает на раз­ грузку насоса);

в) для систем с насосом постоянной производительности без автомата разгрузки— давление начала открытия предохрани­ тельного клапана;

г) для подсистем с пониженным рабочим давлением, напри­ мер для тормозных систем, —давление после редукционного кла­ пана.

Силовые гидросистемы проверяются на герметичность давле­ нием герметичности рт. Давление герметичности для гидросистем самолетов в процессе их летных испытаний и эксплуатации при­ нимается равным номинальному рабочему давлению.

Участки гидросистем после сборки ее на самолете подверга­ ются заводским наземным проверкам испытательным давлением опрессовки. р0 для проверки системы, ее агрегатов, соединений и трубопроводов на прочность после изготовления и сборки.

Прочность гидросистем характеризуется разрушающим дав­ лением рр, при превышении которого система или агрегат могут разрушиться.

Величины указанных давлений нормируются соответствую­ щими ГОСТами и отраслевыми стандартами и зависят от назна­ чения участка гидросистемы (нагнетания, всасывания, слива, дренажа).

Величина давления и характер его изменения в линии нагне­ тания позволяют установить:

— степень разгрузки насоса по давлению (для систем с авто­ матом разгрузки) при рабочем цикле и в период холостого хода;

— частоту срабатывания автомата разгрузки насоса, преде­ лы его регулировки по давлению и устойчивость работы;

144

—величину пульсаций давления рабочей жидкости;

—наличие (или отсутствие) ударных явлений в системе.

Пульсации давления рабочей жидкости в системе весьма не­ желательны, так как они значительно снижают надежность ра­ боты системы и ее долговечность. Они возникают при работе на­ сосов, гидродвигателей и других агрегатов гидросистем.

Пульсации давления, создаваемые гидронасосами, подразде­ ляются на два типа, условно называемые плунжерными и ротор­ ными.

Частота плунжерных пульсаций соп определяется числом плунжеров (или зубьев) в насосе z и частотой вращения насо­

Частота роторных пульсаций давления обусловлена неравно­ мерностью подачи отдельных плунжерных пар насоса, опреде­

ляется iB основном скоростью .вращения ротора насоса и равна

_ п

t0|J— '

Пульсации давления также имеются при работе насосов в режиме кавитации. Характер и величина пульсаций могут резко изменяться при работе двух или нескольких насосов, работаю­ щих на одну общую систему.

Частота высокочастотных пульсаций давлений может дости­ гать 1500 Гц, а амплитуда пульсации — 25% и более от средней величины давления.

При быстром открытии или закрытии прохода для жидкости (например, кранами с электромагнитным управлением) в отдель­ ных участках гидросистем могут возникать резкие изменения давления, приводящие к гидравлическому удару в системе.

Величина и характер изменения давления на линии всасыва­ ния непосредственно влияют на работу насосов системы и зави­ сят от формы и размеров трубопроводов всасывающей линии, вязкости жидкости, величины подпора, создаваемого системой поддавлпваиия рабочей жидкости (системой наддува для гид­ равлических систем открытого типа), расхода жидкости, разно­ сти уровней жидкости в баке и на входе в насос.

При эволюциях самолета вследствие попадания воздуха (га­ за) во всасывающую линию из гидробака может происходить разрыв струи рабочей жидкости, что может привести к ненор­ мальной работе насоса. Эффективность конструкции баков гид­ росистем по обеспечению нормального поддавливания рабочей жидкости на входе насосов при всех эволюциях самолета оце­ нивается по характеру изменения давления на всасывание насо­ са, записанному на осциллограф.

Величина и характер изменения давления на линии слива оказывает непосредственное влияние на работу гидросистемы. При повышении давления на сливе из системы выше установлен­ ных техническими условиями на агрегаты норм снижается полез­

145

ная мощность привода, возможны самопроизвольные срабаты­ вания некоторых агрегатов системы и другие нарушения нор­ мальной. работы агрегатов гидросистемы.

Давление в сливной линии системы в полете может быть вы­ ше, чем при работе механизма на земле, вследствие действия аэродинамических нагрузок, приводящих к увеличению скорости срабатывания механизмов при совпадении направления действия сил давления и сил от аэродинамических нагрузок. В результа­ те увеличения вязкости жидкости при низких температурах дав­ ление в сливной линии может заметно возрасти по сравнению с давлением в этой же линии при разогретой жидкости.

Т е м п е р а т у р н ы й р е ж и м . Основными источниками тепла в гидросистемах являются насосы и различные дроссели­ рующие устройства, регулирующие расход рабочей жидкости.

В любой гидросистеме часть энергии рабочей жидкости рас­ сеивается и переходит в тепло, вызывая дополнительный нагрев. Величину нагрева жидкости и органов можно приближенно оце­ нить, определив энергию Е, расходуемую на нагрев:

E=ApQyvx,

где Др= Рраб Рс\

Q-yT— суммарные утечки в системе; т — время.

Эта энергия тратится на повышение температуры рабочей жидкости:

E = Q yTy c t n A h ,

где у — объемный вес жидкости;

с— удельная теплоемкость;

т■.— механический эквивалент;

At — повышение температуры жидкости. • Другими источниками тепла являются:

—двигатели самолета, которые передают тепло агрегатам, установленным на них или расположенным в непосредственной близости; при этом значительный нагрев агрегатов обусловлен не только большим тепловыделением, которое наблюдается при работе двигателей, но и условиями теплоотдачи в окружающую среду и ухудшением этих условий при полетах на больших высо­ тах вследствие большой разряженное™ атмосферы;

—аэродинамический нагрев поверхностей самолета, что в свою очередь вызывает значительное повышение температуры от­ секов, в которых размещаются агрегаты и трубопроводы систем.

При высоких температурах могут быть механические повреж­ дения подвижных частей агрегатов и исполнительных механиз­ мов вследствие"изменения зазоров из-за теплового расширения материалов, нарушения герметичности по уплотнениям и увели­ чение внутренних утечек жидкости из-за понижения ее вязкости.

146

Низкие температуры окружающего воздуха и рабочей жидко­ сти также оказывают определенное воздействие на работу си­ стемы. При отрицательных температурах возможно увеличение времени выполнения рабочих операций механизмами системы, на­ рушение герметичности уплотнительных устройств, нарушение регулировки. Нарушения герметичности системы часто проявля­ ются при длительной стоянке (в течение нескольких суток) самолета в условиях низких температур окружающего воздуха.

В и б р а ц и о н н ы е и а г р у з к и. При работе системы вслед­ ствие воздействия разнообразных динамических'факторов (пуль­ сации давления, вибрации двигателей и др.) все ее агрегаты под­ вергаются действию вибрационных нагрузок. Поэтому при испы­ таниях систем возникает необходимость измерять параметры вибрации и напряжения в деталях агрегатов, возникающие под воздействием вибрационных нагрузок.

Анализ неисправностей самолетных гидросистем показывает, что'наибольшее количество нарушений в работе систем в про­ цессе их эксплуатации происходит вследствие нарушения герме­ тичности соединений и разрушения трубопроводов систем.

Трубопроводы по ответственности выполяемых функций яв­ ляются одним из основных компонентов самолетных гидроси­ стем. Безотказность гидравлических систем в значительной сте­ пени определяется надежностью трубопроводов, которые в усло­ виях работы гидравлических систем одновременно подвергаются нагрузкам статического и динамического характера (т. е. посто­ янным и переменным нагрузкам).

Кпостоянным относятся нагрузки, обусловленные статиче­ скимрабочим давлением жидкости, и нагрузки, возникающие при монтаже трубопроводов, а также нагрузки, возникающие в ре­ зультате температурных деформаций трубопроводов и элементов конструкции самолетов.

Кпеременным нагрузкам относятся такие, которые обуслов­ лены пульсацией давления рабочей жидкости, возникающей при работе насосов, гидравлических двигателей и других агрегатов гидросистемы, а также нагрузки от вибрации частей самолета и двигателей. Переменные и постоянные нагрузки воздействуют на трубопроводы и вызывают поперечные, радиальные, изгибные

ипродольные колебания. Радиальные, изгибные и продольные колебания трубопроводов возникают от сил внутреннего давле­ ния жидкости, а поперечные— под действием сил пульсации давления жидкости и от вибрации.

Напряжения,""возникающие в трубопроводах, создаются сум­ мой постоянных и переменных нагрузок; основными являются переменные нагрузки, которые при их частой повторяемости при­ водят к подавляющему большинству разрушений трубопроводов.

При полном или частичном совпадении частоты пульсации давления рабочей жидкости или вибрации самолета с собствен­ ной частотой трубопроводов последние могут вступить в резо­

147

нансные колебания, при которых амплитуды колебаний возраста­ ют в несколько раз, в результате чего напряжения в трубопрово­ дах резко возрастают, что может привести к их разрушению.

Разрушение трубопроводов самолетных гидросистем в основ­ ном носят усталостный характер. Поэтому надежность трубопро­ водов, определяемая пределом выносливости, зависит от уровня напряжений и от числа циклов нагружений.

Под пределом выносливости понимается максимальный уро­

Выносливость трубопроводов во многом зависит от совершен­ ства конструкции, качества их изготовления и монтажа. На вы­ носливость влияют искажения'цилиндричиости сечения трубопро­ водов при изгибе, кривизна изгиба, механические дефекты их поверхности, монтажные напряжения, дефекты, приводящие к резонансным колебаниям труб, температурные напряжения.

При расчете напряжений необходимо правильно опреде­ лить наиболее напряженные участки трубопроводов и места на них для установки тензодатчиков. Например, трубопровод, сое­ диняющий насос с автоматом разгрузки, подвержен поперечным колебаниям как от вибраций элементов конструкции самолета и двигателей, так и от сил, создаваемых пульсирующим давлением жидкости. Кроме того, трубопровод подвержен радиальным и изгибным колебаниям, зависящим от сил внутреннего давления.

К трубопроводам, испытывающим периодическое воздействие наибольших нагрузок от пульсирующего давления жидкости и от вибрации, следует отнести трубопроводы, соединяющие насо­ сы с гасителями пульсаций (гидроаккумуляторами), а также трубопроводы, соединяющие насос с автоматами разгрузки, и сливные трубопроводы, ведущие от автомата разгрузки к баку.

Ф и з и ч е с к и е с в о й с т в а и ч и с т о т а р а б о ч е й жи д к о с т и . Физические свойства жидкости во многом опреде­ ляют Конструктивные особенности гидросистемы, ее работоспо­ собность и надежность. Поэтому знание свойств жидкости как рабочей среды, передающей энергию от источников питания к гидродвигателю, необходимо для правильного анализа резуль­ татов испытаний системы, а также возможных неисправностей в ее работе.

Ввиду тяжелых условий работы жидкостей в самолетной си­ стеме к ним предъявляются специальные требования.

В процессе летных испытаний системы под воздействием дросселирования, высокой температуры, контакта с различными материалами, атмосферным воздухом, влагой и других факторов свойства рабочей жидкости постепенно изменяются, а это может повлиять на характеристики системы.

Значительное влияние на работу гидравлической системы оказывают имеющиеся в рабочей жидкости различные механиче­

148

ские примеси (загрязнения), поэтому в процессе всех испытаний систем должен осуществляться контроль за чистотой рабочей жидкости.

Физические свойства рабочей жидкости для самолетных си­ стем, их влияние на работу гидроагрегатов достаточно подробно освещены в отечественной литературе [1].

4.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ САМОЛЕТОВ И ВЕРТОЛЕТОВ

О б ъ е м и с п ы т а н и й и о б о р у д о в а н и е с а м о л е т а . Перед испытаниями гидравлических систем самолета должны быть выполнены следующие подготовительные работы:

. — проверка соответствия систем предъявленной технической документации;

•— разработка программы испытаний;

—составление перечня измеряемых и регистрируемых пара­ метров;

—выбор, подготовка, проверка испытательной контрольноизмерительной аппаратуры, обеспечивающей замер и регистра­ цию необходимых параметров для проведения испытаний:

—препарировка систем испытательной аппаратурой;^

—проверка работоспособности систем и контрольно-записы-

вающей аппаратуры; *

— составление акта приемки систем на испытания.

Перед началом испытаний устанавливается соответствие вы­ полненных на самолете систем предъявленноитехнической доку­ ментации. Для этого сверяются выполненные гидросистемы само­ лета с чертежами на их изготовление (принципиальными и мон­ тажными схемами) и проверяется соответствие номинальных данных установленных гидроагрегатов, указанных в технических условиях, паспортах (формулярах), номинальным данным всей системы.

Перечень всех агрегатов гидросистемы и ее основные техни­ ческие данные вносятся в таблицы, примерная форма которых дана в табл. 4. 1 и 4. 2.

Перечень измеряемых и регистрируемых параметров, опреде­ ленный на основе программы летных и наземных испытаний гид­ равлических систем, рекомендуется дать в форме табл. 4. 3. Он служит для выбора контрольно-измерительной аппаратуры н препарировки гидросистем под ее установку.

На рис. 4. 1—4. 5 приведены принципиальные схемы основ­ ных функциональных подсистем современного пассажирского са­ молета с указанием мест присоединения датчиков измеряемых параметров. ,

При разработке перечня измеряемых и регистрируемых пара­ метров гидросистем и очередности включения испытательной аппаратуры следует иметь в виду, что параметры гидросистем

Т а б л и ц а 4. 1

Сказывается номер акта го­ сударственных лабораторных испытаний и да­ та его утвер­

ждения

необходимо измерять и регистрировать синхронно с параметра­ ми полета самолета, а в некоторых случаях и с параметрами работы двигателей. При определении очередности регистрации параметров самолета и его систем необходимо предусматривать возможность регистрации параметров гидросистем в комплексе с испытаниями других систем самолета.

Определение диапазона измерений в некоторых случаях мо­ жет быть затруднено из-за отсутствия необходимых сведений, поэтому для регистрации некоторых параметров следует преду­ смотреть запас по диапазону измерения или предусмотреть уста­ новку нескольких датчиков с различным диапазоном измерения.

О п р е д е л е н и е д а в л е н и й в р а з л и ч н ы х у ч а с т ­ ках систем. Давление рабочей жидкости в линиях нагнетания (на выходе из насосов) необходимо Для оценки:

1)максимального давления в системе при минимальном (ну­ левом) расходе рабочей жидкости;

2)минимального давления в системе при максимальном рас­ ходе рабочей жидкости при одновременном включении несколь­ ких наиболее мощных потребителей расхода, а также при дейст­ вии в полете аэродинамических нагрузок на механизмы, направ­ ленных в сторону движения выходного звена механизма (гидроагрегата);

3)забросов давления;

4)пульсации давления.

Давление за автоматом разгрузки насосов характеризует ра­ боту автомата разгрузки и совместно работы насосов и гидроак­ кумуляторов.

Давление перед исполнительными механизмами (гидроусили­ телями, силовыми цилиндрами и др.)-и агрегатами гидросистемы характеризует фактические условия работы этих агрегатов.

Давление рабочей жидкости в линии всасывания опреде­ ляется:

150