Матвеенко А.М. (ред.) - Системы оборудования летательных аппаратов - 2005
.pdfСостав и принципы действия современных систем оборудования 21
ft, км
Рис. 1.2. Области применения различных средств аварийного покидания JIA:
1 — область прыжков с парашютом, принудительного покидания вертолета, спасения пас сажирского отсека фюзеляжа на парашютах; 2 — область применения открытых КК, обору дованных телескопическим или комбинированным стреляющим механизмом, системой ста билизации с использованием комплекта кислородного оборудования с ВКК или ВС; 3 — область аналогична области 2, но с применением аэродинамической защиты от воздействия воздушного потока и эффективной системы стабилизации; 4 — область аналогична области 3, но с применением дополнительного усовершенствованного защитного снаряжения; 5 — область применения индивидуальных герметических капсул (m/(cxf ) < 1000 кг/м2); 6 — об ласть применения индивидуальных и групповых отделяемых кабин (m/(cxF) > 1000 кг/м2)
■энергичном вводе в поток парашютной спасательной системы и быстром наполнении основного купола парашюта;
■интенсификации и автоматизации всего процесса спасения.
Спасете экипажей на больших индикаторных скоростях полета ЛА может быть обеспечено безопасной траекторией движения ка тапультируемой системы с экипажем относительно ЛА, защитой его от воздействия воздушного потока и недопустимых перегрузок при свободном движении катапультируемой системы.
Современное снаряжение — высотно-компенсирующие кос тюмы (ВКК), гермошлемы (ГШ), высотные скафандры (ВС) при наличии средств фиксации летчика в КК обеспечивают его защи ту при катапультировании на скоростях до Vt = 1200 км/ч, а при наличии на кресле средств аэродинамической защиты — до V/ = = 1200... 1350 км/ч.
Спасение экипажей на больших индикаторных скоростях по лета ЛА может быть обеспечено применением катапультируемых
систем закрытого типа, индивидуальных герметических капсул или отделяемых кабин.
22 Состав современных систем оборудования JIA, стартовая масса
Безопасность применения катапультируемых систем на боль-
тттих индикаторных скоростях полета определяется величиной пе регрузки, действующей на экипаж после отделения системы от JIA.
Величина предельно переносимой перегрузки может быть обес печена соответствующим выбором параметра m/(cxF) (т — масса катапультируемой системы с экипажем; сх и F — коэффициент со противления и площадь миделя системы) и применением эффек тивных средств стабилизации.
Спасение экипажей на больших высотах и числах М полета JIA может быть осуществлено с помощью систем стабилизации при спуске катапультной установки после оставления JIA и ИСОЖ в условиях малой плотности и низких температур.
Катапультирование в открытой катапультной установке в ус ловиях сверхзвуковых скоростей при числах М > 1,5...2 сопровож дается повышением местного давления потока на человека. Вы сотное и защитное снаряжение в этих условиях должно обеспе чивать необходимую защиту членов экипажа.
При аварийном покидании JIA на больших высотах и числах М полета, особенно при спасении с воздушно-космического JIA, требуется эффективная защита экипажа и катапультируемой сис темы от аэродинамического нагрева, от действия больших пере грузок при входе системы в плотные слои атмосферы.
Нагрев катапультируемой системы происходит вследствие пере хода кинетической и потенциальной энергии в тепловую, определя емую скоростью и высотой полета в момент оставления J1A Необ ходимо предотвратить или ограничить до определенных пределов теплоприток к телу человека от нагретой поверхности снаряжения и тем самым исключить возможность ожогов кожи. В случае при менения открытых КК переносимость «тепловой границы» будет определяться величиной равновесной температуры tB в зоне пол ного торможения потока. Современные материалы, применяемые для изготовления снаряжения летчика, допускают температуру 200 °С и ограничиваются теплопритоком q = = 1400 Вт/м2.
Для снижения величины максимальных перегрузок при этом целесообразно кабину выполнять так, чтобы она обладала аэро динамическим качеством.
В соответствии с рассмотрением областей применения различ ных средств аварийного покидания на рис. 1.2 определена об ласть, ограниченная кривыми ВТ и ДЕ, в которой возможен го ризонтальный полет ЛА.
Нижняя условная граница определена индикаторной скоро стью Vt = 1600...1800 км/ч, а далее нагревом конструкции ЛА (tt — = 800 °С), верхняя — минимально эволютивной скоростью гори зонтального полета КП 1)ПЭ. Там же вверху нанесена условная кри вая АБ для Vt = 100 км/ч как граница динамического потолка са
Состав и принципы действия современных систем оборудования 23
молетов с возможностью применения КК открытого типа в соче тании с кислородным оборудованием и высотным снаряжением.
В левой части рисунка обозначены условные границы по до пустимому удельному теплопритоку q < 1400 Вт/м2 от аэродина мического нагрева, проникающему через снаряжение к телу че ловека, по нагреву элементов кресла до равновесной температуры tB = 200 °С и /в = 300...400 °С. При Vt > 1400 км/ч для обеспечения спасения экипажа можно применять отделяемые кабины, кото рые наряду с обеспечением спасения экипажа в широком диапа зоне высот и скоростей полета могут упростить снаряжение эки пажа и улучшить физиолого-гигиенические условия в полете.
Все это убедительно показывает, что для полетов самолетов в новых диапазонах высот и скоростей необходимо непрерывное совершенствование систем аварийного спасения экипажей.
Рассмотрим другой пример — развитие системы управления (СУ) самолетами.
Дополнительные источники энергии для выполнения опе раций управления на самолетах впервые были применены в 1930-е гг. для уборки-выпуска шасси и тормозных колес, а затем
идля привода элементов механизации крыла.
Всвязи с ростом скоростей полета и массы JIA потребовалось установить следящие приводы на всех поверхностях управления. Основные этапы развития СУ самолетов подробно изложены
в разд. 11.1.
Качественно новый этап развития систем управления JIA позволяет говорить о влиянии «активных» СУ на конфигурацию самолета [46], поскольку возможности таких систем полностью реализуются лишь на самолетах с особой аэродинамической ком поновкой, адаптивной к режимам полета, в ряде случаев — статиче ски неустойчивой, с управляемым вектором тяги. На рис. 1.3 по казано, как изменяется облик самолета с «активными» СУ подъ емной, боковой силами и вектором тяги двигателя. На рис. 1.3, а
Рис. 1.3. Облик самолета с непосредственным управлением подъемной и боковой силами:
а — с шестью управляющими поверхностями и вектором тяги; б — с десятью управляющими поверхностями
24 Состав современных систем оборудования J1A, стартовая масса
показан самолет, у которого используются цельноповоротные по верхности управления (три по курсу — два хвостовых руля направ ления и один подфюзеляжный и три по тангажу — две консоли крыла и плоское сопло двигателя), а на рис. 1.3, б — самолет, у ко торого применены адаптивное крыло (управляемые в полете пред крылки, закрылки и элероны), создающее управляющие силы сов местно с цельноповоротным горизонтальным оперением (ЦПГО), а также руль направления и воздушный тормоз.
Активные системы могут перераспределять подъемную силу вдоль крыла по сигналам перегрузки раздельным отклонением за крылков и элеронов. При этом равнодействующая подъемной силы будет ближе к плоскости симметрии самолета, что уменьшит дей ствующий изгибающий момент и, как следствие, снизит массу крыла.
Для высокоманевренных самолетов при одновременном от клонении закрылков, предкрылков и горизонтального оперения по специальным законам (с помощью электрогидравлических приводов) появляется возможность управлять подъемной силой, не выходя на большие углы атаки. При этом уменьшаются разме ры горизонтального оперения.
Применение адаптивного крыла самолета с изменяемой кри визной в зависимости от условий полета позволяет (для самолета F-111 [47]) увеличить радиус действия на 15%, установившиеся перегрузки — на 20 %, высоту полета — на 25 %, аэродинамичес кое качество — на 20%.
Активные СУ, как показывают результаты испытаний, снижа ют уровень перегрузок при полете в турбулентной атмосфере, что увеличивает ресурс конструкции JIA и улучшает условия работы экипажа. На рис. 1.4 в форме частотных характеристик приведены результаты летных испытаний, свидетельствующие об эффектив ном уменьшении вертикальной и боковой перегрузок.
1И |
_7 |
.рад'1 |
|
|
|
.рад |
Рис. 1.4. Демпфиро |
||
(Рр.б, ЦПГО |
d*p.H |
|||
|
|
|
вание колебаний вер |
|
|
|
|
тикальной и боковой |
|
|
|
|
перегрузок |
самоле |
|
|
|
та, вызванных упру |
|
|
|
|
гими деформациями |
|
|
|
|
фюзеляжа: |
|
|
|
|
только систе |
|
|
|
|
мой управления поле |
|
|
|
|
том; |
системой |
|
|
|
управления |
полетом и |
|
Частота, Гц |
Частота. Гц |
системой подавления |
|
|
упругих колебаний |
Оценка совершенства систем оборудования JIA |
25 |
Для работы перечисленных систем активного управления не обходимо создание новых типов высокоточных надежных электрогидравлических приводов, датчиков, СУ с использованием вы числительных машин. Одной из особенностей таких систем яв ляются многократно резервированные гидравлические системы значительных мощностей.
1.3. ОЦЕНКА СОВЕРШЕНСТВА СИСТЕМ ОБОРУДОВАНИЯ ЛА
Вопрос о степени совершенства применяемых на ЛА систем оборудования возникает всякий раз, когда при проектировании сравниваются конкурирующие варианты и выявляются преиму щества и недостатки того или иного решения. В большинстве слу чаев приходится рассматривать особенности систем и их элемен тов с самых различных сторон.
В государственных общесоюзных стандартах (например, ГОСТ 2.114—95) выделены следующие основные группы показателей качества продукции.
1.Показатели назначения, в том числе:
■показатели функциональные и технической эффективности (производительность, мощность, грузоподъемность, скорость
ит.д.);
■показатели конструктивные (масса, габаритные размеры и т.д.);
■показатели состава и структуры (например, для материалов, природного сырья и топлива такими показателями являются процентное содержание легирующих добавок в сталях, содер жание серы в коксе, концентрация различных примесей в кис лотах и т.д.).
2. Показатели надежности, в том числе:
■показатели безотказности (вероятность безотказной работы, средняя наработка на отказ и т.д.);
■показатели долговечности (средний ресурс, назначенный ре сурс, гамма-процентный ресурс и т.д.);
■показатели ремонтопригодности (время восстановления рабо тоспособного состояния и т.д.);
■показатели сохраняемости (средний срок сохраняемости и т.д.).
3.Показатели экономного использования сырья, материалов, топлива, энергии и трудовых ресурсов (удельный расход основных видов сырья, материалов, топлива и энергии на единицу основ ного показателя качества продукции; удельная масса изделия на единицу основного показателя качества; коэффициент использо вания материальных ресурсов — отношение полезного расхода к расходу на производство единицы продукции или работы и т.д.).