книги из ГПНТБ / Динамика полета и конструкция крылатых летательных аппаратов

водки, ее натяжение и демонтировать самолет и его проводку уп­ равления. В местах изменения направления тросов и через.каждые 3,5 м ло прямой линии устанавливаются текстолитовые ролики, тре­ ние между которыми и стальным тросом меньше, чем при дюрале­ вых роликах. Для уменьшения трения оси роликов снабжены шари­ коподшипниками, а угол охвата ролика тросом не должен быть большим.

Основными достоинствами управлений с. гибкой проводкой сле­ дует считать: наименьший вес и стоимость проводки; наименьший потребный объем для прокладки; легкость обхода агрегатов, ме­ шающих прямолинейной проводке управления.

К недостаткам следует отнести: наличие упругих люфтов и вы­ тяжку тросов в процессе их работы; значительно большие силы тре­ ния и износ, чем при жесткой проводке управления, а следователь­ но, и'меньшая долговечность; невысокая живучесть. Все это затруд­ няет использование гибкой .проводки управления в современной ско­ ростной авиации. '

В 'ряде случаев являетср целесообразным осуществление сме­ шанной проводки управления: на прямолинейных участках— гиб­ кой, в местах изломов проводки п изменения направления движе­ ния — жесткой. Свойства подобного управления — средине между' гибким и жестким управлением, но имеется недостаток — увеличе­ ние разнотипности деталей.'

§ 5.4. СИЛОВЫЕ ПРИВОДЫ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Причины распространения в современной авиации силовых приводов

На всем протяжении развития авиации имело место непрерыв­ ное увеличение скоростей полета самолетов всех типов и назначе­ нии, что в свою очередь сопровождалось непрерывным ростом энер­ говооруженности самолета и увеличением веса’ его частей. Эти об­ стоятельства привели к существенному увеличению аэродинамиче­ ских и инерционных нагрузок, действующих на такие части самоле­ тов, как посадочные закрылки и щитки механизированных крыльев, аэродинамические (тактические) тормоза, створки бомбовых лю­ ков, убирающиеся шасси, управляемые носовые колеса и, наконец, рулевые поверхности.

При приведении в движение за короткое время перечисленных выше частей современных самолетов, например при уборке и выпу­ ске посадочных закрылков или шасси самолета, мускульная сила человека является недостаточной и требуется применение силовых приводов.значительной мощности, использующих тот или иной вид

энергии.

Как отмечалось выше, в современной авиации большое распро­ странение имеют беспилотные управляемые летательные «аппараты, которые для приведения в действие органов управления, очевидно, требуют наличия силовых приводов.'

440

Таким образом, современные летательные аппараты снабжены многочисленными силовыми приводами, безотказная надежная ра­ бота которых в сильнейшей мере обусловливает надежность и без* отказность действия всего летательного аппарата.

Общие требования к силовым приводам

К силовым .приводам предъявляются следующие требования:

—безотказность действия силового привода (или его надеж* ность) в условиях Эксплуатации летательного аппарата;

—мощность, развиваемая системой силового привода, должна обеспечивать потребную скорость перемещения управляемого агре­ гата (быстроту срабатывания) в заданных условиях полета при за­ данных величине скоростного напора (высоте и скорости полета), эксплуатационных перегрузках, температурах и давлениях воздуха

ит. п.;

—наименьший вес и габариты на единицу развиваемой мощно­ сти при заданной прочности и жесткости;

—возможно большая живучесть (неуязвимость);

—долговечность службы, под которой подразумевается дли­ тельное сохранение работоспособности системы как в процессе ее работы, так и при хранении летательного аппарата на складе;

—многократность действия системы в полете;

—плавность и точность срабатывания;

—простота технического обслуживания и пользования систе­

мой;

—безопасность системы (в пожарном и взрывоопасном отно­ шениях) ;

—в ряде случаев требуется возможность фиксации управляе­ мого агрегата в любом промежуточном положении (взлетно-поса­ дочных закрылков, аэродинамических тормозов, реверсов тяги дви­ гателей, рулевых поверхностей, подвижных стрелковых установок

ит. д.).

В специальных требованиях к системам силовых приводов в за­ висимости от назначения и типа летательного аппарата и управляе­ мого агрегата предъявляются числовые значения требуемый свойств и условия будущей эксплуатации.

В современной авиации используются три системы силовых при­ водов: воздушная, гидравлическая и электромеханическая. Все си­ стемы имеют источник энергии, систему передачи энергии, силовые агрегаты, приводящие в движение соответствующие части летатель­ ных аппаратов, и, наконец, устройства, управляющие силовыми аг­ регатами (краны управления, золотники, переключатели, следящий системы и т. д.).

441

Принципиальная схема воздушной системы, ее основные свойства и области применения

Источником энергии воздушной системы является сжатый воз­ дух, находящийся .в бортовых баллонах или нагнетаемый в систему воздушным компрессором, который приводится в движение двига­ телем летательного аппарата (фиг. 5.3).

К исполнительным силовым цилиндрам сжатый воздух подается по дюралевым или стальным трубопроводам. Отработанный воздух выпускается в атмосферу через крины управления. Таким образом, воздушная система силового привода является расходной системой, и для обеспечения многократности действия давление в бортовых расходных баллонах должно в несколько раз превышать давление

в исполнительных рабочих цилиндрах. Это обстоятельство в свою очередь требует наличия в воздушной системе редукторов, пони­ жающих давление примерно со 150—200 до 50—30 и ниже атмо­

сфер.

Понижение давления воздуха сопровождается его охлаждением, поэтому во избежание образования ледяных пробок в трубопрово­ дах в систему включают влагопоглощающие фильтры и осушители воздуха. Контроль работы системы осуществляется с помощью ма­ нометров, измеряющих давление в соответствующих звеньях воз-- душной системы, которая, кроме того, снабжается рядом обратных клапанов, предохранительных клапанов, автоматом давления, пере­ водящим компрессор на холостой ход после полной зарядки, бортовыми баллонами, аварийными баллонами с аварийными клапанами.

Достоинства воздушной системы:

— наименьший весчна единицу развиваемой мощности: по срав­ нению с гидравлической — в 1,5 раза, электромеханической — в 2 раза;

442

— 'быстрота срабатывания. Например, .время открытия и закры­ тия створок бомбового, люка по 1 сек., время уборки шасси 3—5 сек., в то время как для выполнения этих операций при гидро­ системе требует в 2—3 раза больше времени;

— малая зависимость темпа работы от температуры окружаю­ щего воздуха;

. — безопасность в пожарном отношении;

—меньшая стоимость по сравнению с другими вследствие мень­ шего количества деталей воздушной системы.

Недостатками системы воздушного силового привода являются:

—сложность фиксирования управляемого агрегата в промежу­ точных положениях;

—ударность, недостаточная точность срабатывания и некоторое запаздывание начала движения, обусловливаемые сжимаемостью воздуха;

—недостаточная долговечность и трудность герметизации со­ членений вследствие наличия полусухого трения и высыхания уп­ лотнений (силовые цилиндры, штуцерные соединения);

—резкое падение производительности компрессора с подъ­ емом самолета на большую высоту (10—12 км)\

—опасность взрыва баллонов высокого давления при попада­ нии в них снарядов (большой запас потенциальной энергии сжатого воздуха).

Наиболее рационально применение воздушной системы в тех случаях, когда управляемый агрегат имеет только два крайних по­ ложения, например створки бомбовых люков, убирающееся шасси

ит. д.

Далее, она применяется, когда по соображениям пожарной опасности .нельзя применять гидравлический силовой привод. На­ пример, силовой привод реверсов тяги ТРД. Выгодно применять воздушную систему с бортовыми баллонами у летательных аппара­ тов с малым временем полета, например у управляемых снарядов типа «воздух-воздух» или «земля (вода) :воздух», или когда вес и стоимость системы играют существенную роль.

vГидравлическая система и ее основные свойства

Принципиальная схема гидросистемы применительно к самолету изображена на фиг. 5.4.

Источником энергии является насос, приводимый в движение двигателем самолета, реже — специальными электродвигателями. Насос засасывает гидросмесь из бака и накачивает ее в аккумуля­ тор, из которого жидкость по трубопроводам через соответствую­ щие краны управления подается к силовым цилиндрам, вызывая перемещение поршневого штока в нужном направлении.

Автомат давления, или разгрузочный клапан, переводит насос на холостой ход как только в аккумуляторе достигается нормальное давление для гидросистемы, что уменьшает износ насоса и излиш­

443

нее нагревание жидкости. Контроль работы системы осущест­ вляется с помощью манометра. Долговечность повышается путем очистки жидкости от механических .примесей в фильтре. Аккумуля­ тор сглаживает явление гидравлических ударов при перекрытии кранов управления и позволяет производить управление агрегатами при остановленном двигателе или поврежденном насосе.

Кроме того, аккумулятор обеспечивает дополнительную подачу жидкости .при повышенных расходах, обусловливаемых одновре­ менной работой нескольких агрегатов. Иногда система дополняется аварийной системой с ручным насосом.

Рабочим телом обычно служит смесь из 50% этилового спирта и 50% глицерина для лета и 70% этилового спирта и 30% глице­ рина для зимы по объему. Смесь обладает достаточной смазываю­ щей способностью, а также химически нейтральна. Для снижения веса гидросистемы выгодно повышать рабочее давление,' которое достигает 100—250 am. Однако при высоких давлениях затруд­ няется герметизация сочленений (уплотнений).

Достоинства гидравлического силового привода:

—плавность работы;

—возможность остановки управляемого агрегата в любом про­ межуточном положении и точность управления;

—многократность действия; '

—удовлетворительная долговечность.

К недостаткам гидравлического силового привода следует от­ нести:

—относительно большой вес, примерно в полтора раза боль­ ший, чем вес воздушной системы той же мощности;

—пожарную опасность;

444

— зависимость темпа работы от температуры окружающего воздуха;

— миогодетальность, а следовательно, большую стоимость, чем у воздушной системы.

Электромеханический силовой привод

Источниками энергии являются электрогенераторы, приводимые во вращение двигателями самолетов или специальными турбинами, или же электроаккумуляторы.

Преобразователями энергии являются электродвигатели, кото­ рые в свою очередь с помощью редукторов преобразуют вращатель­ ное движение в возвратно-поступательное или вращательное дви­ жение требуемой интенсивности управляемого агрегата.

Передача энергии осуществляется по проводам. Напряжение в электросети обычно составляет 24 в, что диктуется соображениями безопасности.

Тбмотка возбуждения

Нажимной переключптельф

Фиг. 5.5

В целях снижения веса применяются малогабаритные много-

обороты в минуту, то при заданной мощности в целях создания крутящих моментов достаточной величины для приведения в дей­ ствие управляемых агрегатов необходимо обороты п уменьшать.

Кроме того, в электромеханическую систему входят: распреде­ лительные устройства, пульты управления (рубильники, нажимные контакты), концевые выключатели, останавливающие управляемые агрегаты в их крайних положениях, контрольные приборы, штеп­

445

сельные разъемы, плавкие предохранители и д'ругие детали

(фиг. 5.5).

Существуют два типа электромеханических силовых приводов— групповой и индивидуальный.

Г р у п п о в о й п р и в о д с одним центральным электродвига­ телем и механической трансмиссией к управляемым агрегатам (фиг. 5.5) применяется на малых самолетах. Достоинствами этого типа привода являются:

—полная синхронность движения управляемых агрегатов, что очень важно, например, при управлении посадочными закрылками, размещаемыми на правом и левом полукрыльях;

—простота фиксации в нужных положениях.

Кнедостаткам группового привода следует отнести: большой потребный объем для прокладки трансмиссии и ее значительный вес при больших .размерах самолета.

Достоинствами такой системы являются: уменьшение веса, особен­ но при больших размерах летательных аппаратов, большая живу­ честь, но при этом затрудняется обеспечение синхронизированного движения парных Агрегатов, например крыльевых ‘ аэродинамиче­ ских тормозов.

Общими достоинствами электромеханических силовых приводов являются:

— возможность остановки управляемого агрегата в любом поло­ жении и высокая точность управления;

—простота передачи энергии по проводам и отсутствие затруд­ нений при выводе электропроводки из герметических кабин;

—независимость темпа работ от температуры окружающего воздуха и его давления;

—возможность широкой централизации управления и приме­ нения автоматики;

—плавность работы;

—высокая живучесть и незначительная пожарная опасность.

К недостаткам электромеханических силовых приводов отно­ сятся:

—значительный удельный вес, примерно в два раза больший по сравнению с воздушной системой;

—'высокая стоимость;

§ 5.5. УПРАВЛЕНИЕ С ПОМОЩЬЮ УСИЛИТЕЛЕЙ (БУСТЕРОВ)

Основной причиной применения в пилотируемой авиации уп­ равления с помощью усилителей, или, короче, бустерных управле­ ний, является увеличение скоростей полетов и размеров самолетов,

446

что приводит к резкому возрастанию шарнирных моментов рулей, для отклонения которых требуются усилия, превышающие мускуль­ ную силу человека. Поэтому в систему управления самолетом при­ ходится вводить вспомогательные силовые цилиндры, в частности гидравлические (гидроусилители) со следящей системой. Как было показано в § 6.4 раздела II, i при использовании усилителей могут иметь место два случая: либо работа по отклонению рулевых поверхностей в значительной степени совершается за счет усили­ теля, а на долю летчика оставляется лишь небольшая ее часть, либо эта работа совершается только за счет энергии усилителя. В первом, случае бустериое управление получило название «обратимого бустерного управления». Применяется преимущественно у самолетов с дозвуковой скоростью полета. Принципиальная схема его изобра­ жена на фиг. 6.6.

гЦ - l . Нагнетающая магистраль

Во втором случае, когда 'бустер полностью выполняет работу по отклонению рулей, управление получило название «необратимого бустер.ного управления». Применяется оно у пилотируемых сверх­ звуковых самолетов (фиг. 5.7) и беспилотных КЛА (фиг. 5.8).

Сущность работы обратимого бустерного управления заклю­ чается в следующем. 'При отклонении ручки на себя тяги проводки управления перемещают поршни золотника вправо, соединяя на­ гнетающую магистраль с левой полостью' силового цилиндра, пра­ вая полость которого при этом подсоединяется к сливной магистра­ ли. Очевидно, что поршень силового цилиндра начнет перемещаться вправо, совершая основную работу по отклонению руля высоты вверх. ‘

Действительно, из условия равновесия дифференциальной ка­ чалки следует, что

Р ш = Р т + Р б -

447

Так как Р6 ^=Рт — и Рт=Р„ Л , то

Следовательно,

Ам .

1уг а + Ь ‘

Обозначив -,— = Кш, имеем

п г

м„

Р .= ■К„ а + Ь

а

Таким образом, усилие на ручке по сравнению с простой меха-

числом бустера (усилителя). .

448

Гидроусилитель будет работать до тех пор, пока летчик не пре­ кратит движение ручки та себя. Прекращение движения тяги впра­ во приводит к тому, что цилиндр -золотника, связанный качалкой и тягами с рулем, надвинется на поршень золотника. Последний, пе­ рекрыв нагнетающую магистраль, остановит работу ■силового ци­ линдра, и перемещение руля .высоты прекратится. При этом пор­ шень усилителя гидравлически -будет заперт в цилиндр, однако это не. лишает чувства давления та командном .рычаге, поскольку диф­

ференциальная качалка может поворачиваться относительно верх­ него своего шарнира.

Резкое смещение центра давления рулей прй переходе от дозву­ ковой скорости полета к сверхзвуковой не позволяет получить при­ емлемые регулярность и значения давлений-на командных рычагах при применении бустерного управления обратимого типа, что при­ вело к осуществлению -бустерного управления необратимого типа.

Если у самолета осуществлено. бустерное управление необрати­ мого типа, то летчик затрачивает усилие лишь для передвижения поршня распределительного золотника и на преодоление усилия за­ грузочных устройств, искусственным образом создающих давление на командном рычаге (фиг. 5.7).

Принцип -работы необратимого бустерного управления аналоги­ чен работе предыдущей системы, т. е. движение командного рыч-ага приводит к перемещению поршня распределительного золотника, которое соответственным образом подключает нагнетающую и от­ водящую магистрали гидросистемы к силовому цилиндру бустера. При остановке движения командного рычага шток силового ци­ линдра через тягу обратной ‘связи и дифференциальную качалку перемещает поршни золотника в нейтральное положение, запирая силовой цилиндр -бустера, тем самым прекращая его работу.

Изображенный на схеме электромеханизм с помощью рычагов типа «ножниц» позволяет отключить распределительный золотник бустера от ручки пилота, что необходимо при• включении рулевой' машинки автопилота.