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

Qr.y.cT

роусилителей путевого и поперечного каналов управления. На этом же рисунке показана зависимость

которая с учетом выражения (1.63) позволяет получить

Из соотношения (1.65) видно, что посадка с авторотирую­ щими Двигателями без АНС невозможна, так как производитель­ ность приводимых насосов на оборотах авторотации у земли не превышает, по имеющимся данным, 8% Qh. б, что в 5—7 раз меньше необходимой производительности (47% Qn. б).

На рис. 1.30 показана зависимость производительности АНС

Как видно из графика на рис. 1.30, точки, соответствующие производительности АНС самолетов «Мираж» и F-100D, лежат значительно ниже прямой (в логарифмических координатах), соответствующей указанному соотношению. Можно полагать, что недостаток производительности аварийных насосных станций на этих самолетах компенсируется гидроаккумуляторами, рабо­ тающими совместно с АНС.

В табл. 1.6 даны характеристики АНС для различных само­ летов.

Таблица 1.6

На самолете F-105D во вспомогательной системе установлен гидроаккумулятор выпуска АНС емкостью 1640 см3 с давлением

52

зарядки 56 кгс/см2. При выпуске аварийной насосной станции аккумулятор подключается к бустерной системе, обеспечивая пи­ тание гидроусилителей до выхода турбины АНС на рабочий режим.

привода аварийного насоса целесообразно при небольших мощ­ ностях АНС (до 3 л. с.). При мощности АНС, равной 2 л. с., ем­ кость аккумуляторной батареи составляет 40 А-ч. Кроме того, необходимо устанавливать дополнительный аварийный гидроак­ кумулятор в бустерную систему.

В связи с существующей тенденцией перевода самолетных энергосистем на переменный ток уменьшаются емкости или пол­ ностью исключаются аккумуляторные батареи, в результате чего использование АНС с приводом от электродвигателей следует считать неперспективным.

2. Наиболее распространенным и целесообразным является применение воздушной турбины в качестве привода аварийного насоса. При этом установку дополнительных гидроаккумулято­ ров в бустерную систему для снижения мощности АНС следует считать неоправданной. Так как мощность воздушной турбины падает с уменьшением скорости полета, необходимо снизить мощность приводимого ею аварийного насоса за счет уменьше­ ния его производительности или давления. Очевидно, что рацио­ нально уменьшать давление и стремиться сохранить производи­ тельность АНС, так как на посадке шарнирные моменты падают, а потребные скорости перекладки рулей растут.

Сравним АНС самолетов F-100D и F-104 (см. табл. 1.6). Производительность АНС самолета F-100D равна 7,4 л/мин при 210 кгс/см2, система работает совместно с дополнительным гид­ роаккумулятором, компенсирующим недостаток ее производи­ тельности. Производительность АНС самолета F-104 при той же мощности 3,5 л. с. равна 15 л/мин при давлении 105 кгс/см2; си­ стема обеспечивает питание гидроусилителей без помощи допол­ нительного гидроаккумулятора, что безусловно выгоднее в ве­ совом отношении. При низком рабочем давлении (98 кгс/см2 на самолете F-4C и 105 кгс/см2 на самолете F-104), развиваемом АНС, гидроаккумулятор не может быть эффективным и поэтому не используется.

Особенности гидравлических систем тяжелых самолетов и вертолетов

Анализ гидросистем управления сверхзвуковых маневренных самолетов показывает, что они имеют, как правило, две и реже три автономных системы. Наиболее ответственные функциональ­ ные участки — системы управления по трем каналам во всех са­ молетах дублируются по исполнительным приводам и питанию

53

дважды. Для двухдвигательных самолетов двойное дублирова­ ние по питанию легко обеспечивается, а для однодвигательных требует установки специальных аварийных насосных станций.

Гидравлические системы тяжелых транспортных, дозвуковых и сверхзвуковых пассажирских самолетов (так называемых вто­ рого и третьего поколений) существенно отличаются от рассмот­ ренных выше систем. Одной из отличительных особенностей этих самолетов является применение на них необратимых бустерных систем управления по всем каналам и секционирование управ­ ляемых поверхностей. По приведенной классификации (см. табл. 1.3) системы управления относятся к системам первой группы — их отказ является предпосылкой к катастрофе. Имен­ но они предопределяют количество систем на самолете и состав блоков питания каждой из них.

Практически все тяжелые самолеты имеют четыре независи­ мых системы (самолеты С-5А, L-1011, «Боинг» 747, Ту-144) или три (самолеты С-141, ДС-10, «Боинг» 737, Ту-154), в зависимо­ сти от концепции проектирования, предусматривающей три или два возможных отказа в полете, не создающих предпосылок к катастрофе.

Анализ секционированных систем управления показывает, что число секций на полуразмахе элеронов или полетных интер­ цепторов доходит до пяти (самолеты «Боинг» 727, «Боинг» 747, ДС-10, С-5А), на полуразмахе стабилизатора до трех и на руле направления до двух-трех. Питание гидроусилителей секций мо­ жет осуществляться от различного количества систем (напри­ мер, от двух или трех при имеющихся на борту четырех системах) для обеспечения управляемости самолета при самых неблаго­ приятных сочетаниях отказов двигателей и насосов.

Жесткие требования по надежности для самолетов, перевозя­ щих сотни пассажиров одновременно, потребовали введения го­ рячего резервирования для ряда подсистем второй группы (отказ которых может создать предпосылки к аварии). Так, на самолете С-5А дублируются системы управления предкрылками, закрыл­ ками и посадочными интерцепторами, на самолете «Боинг» 727 — закрылками и тормозами.

В системах широко используются переключатели, позволяю­ щие объединять системы и клапаны отключения, отсекающие подсистемы третьего и второго типов при падении давления в системе. При недопустимости смешения жидкостей систем при­ меняются агрегаты передачи мощности —■«насос — двигатели»

(самолеты ДС-10, L-1011, С-5А).

Тяжелые самолеты, имеющие по два, три и четыре двигате­ ля, позволяют реализовать большое число разнообразных схем размещения и соединения насосов. Одинаково часто встречаются схемы размещения двух насосов каждой системы на одном дви­ гателе или разнесения их на различные двигатели (в том числе левые и правые). На самолете «Боинг» 747 каждая из четырех

54

систем имеет четыре насоса (по одному на каждом из двига­ телей) .

Интересными следует считать системы самолетов ДС-9 и VC-10. В системе самолета ДС-9 рабочее давление на взлете и посадке составляет 210 кгс/см2, а на марше 105 кгс/см2, что резко снижает нагруженность системы. Система самолета VC-10 — де­ централизованная, имеющая 11 автономных электрогидравлических приводов (электродвигатель — насос— гидроусилитель), получающих питание от двух (независимых на время взлета и посадки) электросистем переменного тока.

Статистическая обработка данных по системам тяжелых са­ молетов позволила найти следующие неравенства:

— для самолетов с бустерным управлением

На тяжелых самолетах разнообразны типы и схемы включе­ ния аварийных источников питания. Это электроприводные на­ сосы, ветрянки, вспомогательные силовые установки и их комби­ нации. Имеются самолеты с АНС в каждой системе (ДС-9, «Боинг» 747) или в части систем (Ту-154, «Боинг» 737). На само­ летах ДС-8 и «Трайдент» АНС образует резервный блок питания, подключаемый к любой из систем.

Рассмотрим коротко особенности гидравлических систем вер­ толетов. Способность вертолета даже при отказе двигателя со­ вершать посадку с авторотирующим винтом и значительно мень­ шими скоростями, чем у современного самолета, а также возмож­ ность установки гидронасосов систем управления на редукторах несущих винтов (что позволяет им развивать номинальные обо­ роты и при авторотирующих двигателях) предопределяют отно­ сительную простоту гидросистем вертолетов. Так, в гидросисте­ мах вертолетов не дублируют более чем дважды бустера систем управления и практически не резервируют все другие вспомога­ тельные системы (как правило, всего на вертолете три незави­ симые системы).

К особенностям гидросистем вертолетов следует отнести при­

менение [Н]:

— на легких вертолетах систем с рабочим давлением 80— 100 кгс/см2, что объясняется необходимостью иметь в гидроуси­ лителях управления несущим винтом некоторый минимальный объем жидкости для демпфирования динамических нагрузок при отказе блоков питания гидросистем;

— в системах управления отечественных вертолетов схем дублирования с переключателями, обеспечивающими питание гидроусилителей от одного из двух различных насосов (вертоле­

55

Г л а в а 2

МЕТОДЫ АНАЛИЗА РЕЖИМОВ РАБОТЫ И РАСЧЕТА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Реальные гидрокомплексы на летательных аппаратах весьма многообразны. В одних случаях, например на ракетах класса «воздух—воздух» [9],—это относительно простые системы из од­ ного насоса и двух-трех рулевых машин, в других случаях,

Рис. 2. I. Расчетные схемы гидравлических (газовых) систем лета­ тельных аппаратов:

а—одноконтурная; б—двухконтурная; а—трехконтурная; а—тупиковая; д—кон­ турно-тупиковая

например, на современном сверхзвуковом лайнере, — это чрез­ вычайно сложные гидрокомплексы, обслуживающие 15—20 функ­ циональных подсистем. Поэтому целесообразно с точки зрения расчетной схематизации рассмотреть в дальнейшем особенности работы следующих схем (рис. 2. 1):

57

—четырехконтурных (тормозные щитки);

—многоконтурных (разрезные, многосекционные органы уп­ равления) ;

—тупиковых (тормозные системы) — рис. 2. 1, г;

—контурно-тупиковых (одновременно работающие контур­ ные и тупиковые системы) — рис. 2. 1,6.

Под контурной понимается схема с циркуляционным потоком жидкости, а под тупиковой — схема с потребителем односторон­ него действия.

Ниже будет рассмотрен графо-аналитический метод анализа режимов работы и расчета гидравлических систем, развивающий известный графо-аналитический метод [19] определения скорости

течения жидкости в заданном трубопроводе (известны его длина I и диаметр cl) при заданном перепаде давления на нем — Ар- Этот графический метод предусматривает построение для трубо­ провода зависимости величины потерь давления Ар при ламинар­ ном и турбулентных режимах течения от расхода

Apn — knQ и ApT = /eTQ2.

•Расход (или скорость течения) в трубопроводе определится после наложения на полученную зависимость характеристики источника питания ра. n=f(Q) (рис. 2. 2, а).

На рис. 2.2, б и б показаны примеры построения суммарных характеристик последовательно и параллельно соединенных тру­ бопроводов по уравнениям:

— последовательное соединение

В первом случае производится сложение графических зави­ симостей Ap(Q) по давлению (так как Qв =Q i =Q 2=Q3), во вто­ ром— сложение по расходу (так как Ар а = Api = Арч.—Ар3), для

чего введен специальный знак 0 .

Далее будет показано, что графо-аналитическим методом можно анализировать работу любых авиационных систем, име­ ющих в квазистационарных режимах нелинейные характеристики для источников питания ри.n=/(Q) и трудно аналитически вы­ ражаемые зависимости нагрузки на приводах от хода R=f(s). Для этого необходимо иметь зависимости Ap=f(Q) для всех ос-

58

\

новных агрегатов системы и уметь строить (основываясь в основ­ ном на правилах сложения по давлению и расходу) суммарные характеристики сети. Применение для расчета режимов работы

гидравлических систем чисто аналитических методов (сводящих­ ся, как правило, к методу последовательных приближений) при­ водит к значительным затратам времени из-за необходимости раздельно рассчитывать каждый из возможных режимов работы системы.

2.1. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ И РАСХОДНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ГИДРОСИСТЕМ

Свойства любого элемента гидрогазовых систем с точки зре­ ния его функций и режимов работы могут выражаться через ряд

59

Гидравлической характеристикой условимся называть такую функцию двух переменных, из которых хотя бы одно перемен­ ное — гидравлический параметр.

Зависимости между двумя гидравлическими параметрами

Рвых=НЯ), Ар = рвх — PBhix=f(Q) условимся называть расход­ ными характеристиками.

Рассмотрим расходные и гидравлические характеристики для наиболее часто встречающихся элементов гидросистем.

Рис. 2.3. Расходная характеристика трубопровода

Т р у б о п р о в о д ы и м е с т н ы е с о п р о т и в л е н и я . Рас­ ходные характеристики для трубопроводов в зависимости от ре­ жима течения жидкости имеют вид

ков — прямолинейного и квадратичного, соединенных переходной зоной (рис. 2. 3).

Для расчетов удобно не строить каждый раз зависимости Ap=f(Q), а пользоваться готовыми характеристиками (экспе­ риментальными или расчетными). Аналогично определяются и расходные характеристики местных сопротивлений (поворотов, сужений, дросселей, фильтров и т. д.), т. е. таких элементов, па­ раметры которых не меняются в процессе работы.

И с т о ч н и к и - п и т а н и я . Наиболее распространеннымиис­ точниками питания современных силовых систем управления яв­ ляются аксиально-поршневые насосы постоянной и переменной

60