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

Каковы же принципы, которыми руководствуются при выбо­ ре степени резервирования и схемы подключения гидропривода к гидросистеме? Можно предположить, что выбор схемы под­ ключения определяется тем, насколько опасен для летчика от­ каз рассматриваемого гидропривода.

Все гидроприводы ЛА могут быть разбиты на три группы

(табл. 1.3).

К п е р в о й группе следует отнести гидроприводы, отказ ко­ торых даже при правильных действиях летчика может привести к катастрофе. В эту группу входят гидроусилители рулевых по­ верхностей, вспомогательные гидроусилители и рулевые агрегаты автоматических устройств системы управления полетом, работа­ ющие на взлете и посадке. Гидроприводы первой группы под­ ключаются параллельно к двум одновременно работающим авто­ номным системам. Все элементы распределительных и вспомога­ тельных устройств этих гидроприводов дублированы.

Ко в т о р о й группе следует отнести гидроприводы, отказ ко­ торых при правильных действиях летчика может привести к ава­ рии самолета. К этой группе относятся гидроприводы системы выпуска шасси и системы торможения колес. Сюда могут войти:

—гидропривод изменения стреловидности крыла, если на рассматриваемом самолете невозможна или очень опасна посад­ ка при большой стреловидности крыла (из-за ограниченной дли­ ны ВПП или из-за ограничений по колесам);

—гидроприводы выпуска закрылков и предкрылков, если посадка с выпущенными элементами механизации невозможна или опасна;

—гидроприводы элементов механизации воздухозаборников, если при остановке элементов в некоторых положениях невоз­ можно продолжение полета или затруднено возвращение на аэро­ дром;

—гидроприводы, обслуживающие бомбоотсеки и спецустановки, если посадка с боезапасом недопустима.

Гидроприводы второй группы подключаются последователь­ но к основной и резервной системам.

К т р е т ь е й группе следует отнести гидроприводы, отказ которых при правильных действиях летчика не приводит к ка­ тастрофе или аварии. В эту группу входят гидроприводы воз­ душных тормозов, разворота 'передней стойки, антенны РЛС, впрыска воды, толкателя ручки управления, вращение генера­ тора, компрессора, топливного насоса и т. п. (см. табл. 1.3). Сюда можно включить также гидроприводы изменения стрело­ видности, элементов механизации крыла, элементов механиза­ ции воздухозаборника, спецустановок и других агрегатов, если при их отказе возможно возвращение на аэродром и обеспечена безопасная посадка самолета. Гидроприводы третьей группы подключаются к одной гидросистеме.

41

На некоторых самолетах могут быть отступления от предла­ гаемого деления, обосновать которые позволяет более тщатель­ ный анализ. Так, например, последовательное подключение гид­ ропривода воздушных тормозов к основной и резервной систе­ мам на самолетах F-106, F-111 объясняется тем, что поверхности воздушных тормозов выполняют здесь дополнительные функции. На самолете F-106 они являются створками контейнера тормоз­ ного парашюта, а на самолете F-111 — створками шасси. Отказ гидропривода воздушных тормозов на этих самолетах приводит к невозможности выпуска тормозного парашюта на самолете F-106 и к невыпуску шасси на самолете F-111. Что касается гид­ ропривода изменения стреловидности крыла, то параллельное его подключение к двум одновременно работающим автономным си­ стемам на самолете F-Ш определяется в основном экономией веса. Действительно, если бы гидропривод крыла был подключен к одной гидросистеме, а вторая использовалась бы в качестве резервной (что вполне допустимо с точки зрения безопасности), мощность ее необходимо было бы увеличить вдвое (это связано с увеличением веса системы).

Итак, выбор схем подключения гидроприводов, степени их резервирования и структуры гидросистемы определяется только из условий обеспечения безопасности полета. Исходя из оценки последствий отказа гидроприводы можно разделить на три группы. С целью обеспечения безопасности гидроприводы второй группы подключают последовательно к основной и ре­ зервной (обычно негидравлической) системам; гидроприводы первой группы подключаются к двум одновременно работающим автономным системам. Таким образом, необходимым условием обеспечения безопасности является наличие на самолете двух автономных систем. Использование отсечного клапана в общей системе, с помощью которого при появлении неисправности отключаются все потребители, кроме гидроусилителей системы управления, делает гидросистемы, состоящие из двух автоном­ ных систем, практически равноценными гидросистемам, состоя­ щим из трех автономных систем, по надежности и живучести.

F-105D, F-4C, A3J-1, F-111 и «Ягуар») используются автономные гидросистемы закрытого типа, т. е. гидросистемы, в которых ра­ бочая жидкость не контактирует непосредственно с воздухом. Таким образом, большинство известных иностранных фирм — Норт-Америкен, Мак-Доннелл, Локхид, Р.ипаблик, ДженералДейнемикс (США), Бреге (Франция) и БАК (Англия), созда­ вая самолеты рассматриваемого типа, используют в своих конст­ рукциях гидросистемы закрытого типа.

Избыточное давление на входе в гидронасос закрытой систе­ мы создается за счет трансформации рабочего давления в гид­ робаке специальной конструкции (бак гидроподдавливания на

43

самолетах F-100D, F-105D, «Ягуар») воздухом, подаваемым от компрессора двигателя или из баллона в гидробак, снабженный; плавающей герметичной перегородкой, отделяющей воздушную полость от гидравлической (системы F-104, F-111).

Система закрытого типа обладает рядом преимуществ перед системой «открытого» типа. В закрытой системе:

—поддавливание на входе в гидронасос обеспечивается при любом положении самолета в пространстве, при длительном действии перегрузок, в том числе отрицательных и нулевых;

—улучшаются условия работы жидкости в гидросистеме вследствие уменьшения по сравнению с открытыми системами количества растворенного воздуха. В системе исключен непо­ средственный контакт рабочей жидкости с воздухом, а установ­ ленный в магистрали низкого давления сепаратор позволяет при заправке отделить и вывести в атмосферу большую часть раство­ ренного в заправляемой жидкости воздуха. Установлено, что ра­ бочая жидкость в закрытой гидросистеме может эксплуатиро­ ваться при температурах, на несколько десятков градусов пре­ вышающих допустимую для гидросистем открытого типа;

—повышается запас устойчивости системы «гидроусили­

тель— поверхность управления» вследствие уменьшенного со­ держания растворенного в рабочей жидкости воздуха;

— улучшается очистка рабочей жидкости, так как объем жидкости в открытой системе при прочих равных условиях пре­ вышает объем закрытой системы на величину запаса, обеспечи­ вающего нормальную работу гидронасосов при действии нулевых

иотрицательных перегрузок, поэтому при одинаковых расходах

иоднотипных фильтрах интенсивность фильтрации в закрытой системе будет выше.

Впервые появившиеся в эксплуатации системы закрытого ти­ па уступали в весовом отношении открытым системам. После со­ здания конструктивно объединенных с сепараторами бачков гидроподдавливания, вытесняющих более тяжелые пружинные гид­ робачки и исключающих необходимость использовать четырехполостные гидроаккумуляторы, веса открытой и закры­ той систем, имеющих в своем составе в основном агрегаты с компенсированными объемами, стали практически одинаковыми. Вес закрытой системы, включающей агрегаты с некомпенсиро­ ванными объемами, может оказаться несколько большим веса открытой системы. Однако, как видно из табл. 1.2, общие и вспо­ могательные системы многих самолетов (в том числе созданных

впоследнее время фирмами разных стран, например, F-111 и «Ягуар») являются системами закрытого типа. Вероятно, преи­ мущества гидросистем закрытого типа, указанные выше, преоб­ ладают над некоторым проигрышем в весе.

О с н о в н ы е и с т о ч н и к и п и т а н и я . В качестве основных источников питания в гидросистемах почти всех рассматриваемых иностранных самолетов используются насосы переменной произ­

44

водительности с приводом от двигателя (рис. 1.26 и табл. 1:2) = Исключением является насос вспомогательной системы самоле­ та F-105D, установленный совместно с генератором переменного тока на отдельном турбоприводе, питаемом воздухом от комп­ рессора силовой установки. Такое решение не обладает очевид­ ными преимуществами. Ни на одном из созданных после F-105D самолетов подобная конструкция не использовалась.

На рис. 1.26 видно, что для одно- и двухдвигательных само­ летов основным является вариант размещения двух насосов на

45

росистеме, состоящей из трех автономных систем, в бустерных системах используется по одному, а во вспомогательной — по два насоса с приводом от разных двигателей. Обе схемы обеспе­ чивают сохранение работоспособности всех потребителей при останове одного двигателя.

В гидросистеме, состоящей из д в у х автономных систем, ис­ пользуют противопожарные электрогидравлические краны, уста­ новленные на линиях всасывания перед каждым из четырех на­ сосов. При возникновении пожара на одном из двигателей лет­ чик с помощью этих клапанов перекрывает подачу жидкости к насосам, установленным на горящем двигателе, что предотвра­ щает возможность опорожнения обеих систем из-за нарушения герметичности шлангов, трубопроводов и их соединений. При этом необходимо, чтобы горячие зоны двигателей были отделены друг от друга противопожарными перегородками, а трубопрово­ ды и шланги, расположенные в зоне возможного пожара, были бы отсечены обратными клапанами пли специальными устройст­ вами от остальной части системы.'

В гидросистеме, состоящей из т р е х автономных систем, про­ тивопожарные клапаны не используются. Объясняется это, ве-' роятно, тем, что после пожара на одном из двигателей и полного опорожнения двух систем — одной бустерной и вспомогатель­ ной, — вторая бустерная система остается работоспособной, что обеспечивает возможность управления самолетом и функциони­ рование некоторых приводов.

Можно полагать, что случай пожара на одном из двигателей является расчетным для гидросистем самолетов рассматривае­ мого типа. В этом смысле схема гидросистемы самолета, на каждом двигателе которого установлено по одному насосу (са­ молеты F-5A н «Ягуар»), равноценна гидросистеме, состоящей из трех автономных систем — при пожаре на двигателе одна си­ стема остается работоспособной, и поэтому противопожарные клапаны не нужны. Такая гидросистема проще в эксплуатации и обслуживании, имеет меньший вес по сравнению с гидросисте­ мой с двумя насосами в каждой автономной системе (самолеты F-101 и F-111) и при достаточно надежных насосах может не уступать последней по надежности и живучести.

Во всех автономных системах каждого самолета устанавли­ ваются, как правило, насосы одинаковой производительности, и только на самолетах F-100D, F-105D, A3j-1 используется по два типа насосов.

На рис. 1.27 показаны графики, которые иллюстрируют за­ висимость производительности QHнасосов автономных систем от взлетного веса <3ВЗЛ самолета (рис. 1.27, а), и от величины мак­ симальной тяги Ртах двигателей на форсаже (рис. 1. 27, б) основ­ ных источников питания гидросистемы.

46

Эти зависимости выражаются следующими соотношениями:

Рис. 1.27. Зависимость производительности Q„ насосов автономных систем от взлетного веса С„зл (а) и тяги Рт двигателей (б)

По полученным зависимостям составлена табл. 1.4, в которой для большинства реализованных схем (см. рис. 1.26) даны вы­ раженные через Оиэл или Ртах абсолютные и относительные ве­ личины мощностей отдельных насосов и величины суммарных мощ­ ностей насосов гидросистемы. Из таблицы видно, что гидросисте­ ма, состоящая из двух автономных систем, по мощности имеет преимущества перед гидросистемой, состоящей из трех автоном­ ных систем. Реализация вместо гидросистемы, состоящей из двух автономных систем, гидросистемы, состоящей из трех автоном­ ных систем, для самолета заданного взлетного веса требует увеличения суммарной мощности насосов в 1,2—1,5 раза.

Из табл. 1.4 также видно, что для осуществления всех вари­ антов гидросхем необходимо иметь на двигателе два привода под насосы максимальной мощности jVh. о с возможностью уста-

47

+Н.б N н.б) “ 4-/VН,б

N H.6, N„'о, 7V„.BCII — суммарная мощность гидронасосов одной автономной системы (бустерной, общей, вспомогательной)

49

системами, мощность насосов каждой из которых Л%. б = 0,35 (см. табл. 1.4),

в которой гидроусилители обслуживаются бустерной и общей си­

Таким образом, при выборе насосов, автономных систем неодновременность работы гидроусилителей в различных каналах управления не учитывается. Суммарная мощность насосов выби­ рается равной (три автономные системы) или несколько боль­ шей (две автономные системы) суммарной мощности всех гид­ роусилителей, обслуживаемых автономной системой.

А в а р и й н ы е и с т о ч н и к и п и т а н и я . В гидросистемах рассматриваемых иностранных самолетов в качестве аварийных источников питания используются насосы постоянной произво­ дительности, приводимые, во вращение электродвигателем (са­ молет «Мираж») или турбиной, выдвигаемой в воздушный поток

(самолеты F-100D, F-102, F-104, F-105D, F-106, F-4C, SAAB-A35

и АЗj-1). Из табл. 1.2 следует, что аварийные насосные станции (АНС) устанавливаются в одной из бустерных систем однодви­ гательных самолетов.

Двухдвигательные самолеты аварийными насосными стан­ циями не оборудуются, за исключением самолетов F-4C, АЗj-1, поставляемых флоту США (самолеты F-4, поставляемые в ВВС США, аварийными насосными станциями не оборудованы). При отказе обоих двигателей и невозможности их запуска посадка самолета запрещена (согласно действующим в ВВС США инст­ рукциям летчик в этом случае должен покинуть самолет).

На рис. 1.29 показана зависимость производительности Q на­ сосной станции от максимального потребного расхода гидроуси­ лителей стабилизатора Qr.y. ст (в расчете на одну систему). Со­ отношение

показывает, что производительность АНС практически равна по­ требному расходу гидроусилителей в продольном канале при ра­ боте их от одной системы. Указанное соотношение является, вероятно, нормой для выбора производительности АНС и учиты­ вает потребные расходы не только гидроусилителей системы про­ дольного управления (которые, по имеющимся данным, даже при посадке редко превышают 50% максимальных), но и гид-

50