Пневматические системы
Лекция 1
Дисциплина «Гидромеханические системы летательных аппаратов»
Часть.1. Гидравлические системы летательных аппаратов
Раздел.1. Гидравлические системы (ГС). Общие вопросы
Введение
Согласно учебному плану учебный цикл дисциплин гидравлики и жидкостно-газовых систем летательных аппаратов (ЛА) состоит из трёх частей:
1) гидравлика;
2) устройства (элементы конструкции) жидкостно-газовых систем (ЖГС);
3) гидромеханические системы ЛА.
Первые две части уже были рассмотрены в курсе «Гидравлика».
Дисциплина «Гидромеханические системы ЛА» посвящена изучению жидкостно-газовых систем современных ЛА, которые представляют собой сложную совокупность гидравлических, пневматических, механических и электрических устройств, обеспечивающих выполнение заданных функций. На современном ЛА гидромеханические системы выполняют следующие основные функции: управление ЛА; управление взлетно-посадочной механизацией; уборка и выпуск шасси; управление движением ЛА на земле; обеспечение подачи топлива к двигателям на всех этапах эксплуатации; обеспечение жизнедеятельности экипажа и пассажиров в полете и на земле.
К жидкостно-газовым системам относятся:
гидравлические системы (ГС);
топливные системы (ТС);
системы кондиционирования воздуха (СКВ) и автоматического регулирования давления (САРД) в гермокабине самолёта;
противопожарные (ППС), противообледенительные (ПОС) системы и др.
Указанные системы объединяет то, что рабочее тело в них – жидкость или газ. Физические процессы, протекающие в них, и описывающий данные процессы математический аппарат рассмотрены в курсе гидравлики. Наибольшее число функций на ЛА выполняют гидравлические системы.
Анализ энергетических систем
На этапе проектирования ЛА возникает задача выбора вида внешних источников энергии при создании системы, приводящей в движение исполнительные механизмы.
Принципиально на современном ЛА системы могут быть:
1) гидравлическими с механическим приводом насосов, которые непосредственно используют энергию силовой установки ЛА;
2) электрическими, работающими от бортовой сети;
3) пневматическими, работающими от баллонов сжатого воздуха или воздуха, отбираемого от системы кондиционирования воздуха (компрессора двигателя);
4) системы с ветродвигателями, работающими от скоростного напора набегающего потока.
Следует подчеркнуть, что современные системы обеспечения функционирования ЛА обычно смешанного типа: гидравлические с элементами пневматики (дренаж и наддув, привод турбонасосных установок и др.) и электрическими подсистемами (например, измерение и индикация параметров, передачи управляющего сигнала и др.); электромеханические; пневматические с электрическими подсистемами. Однако в качестве основы классификации таких систем будем рассматривать основное рабочее тело («источник энергии»), используемое для обеспечения их функционирования. Например, в гидравлических системах наибольшее распространение получил механический привод источников энергии - гидронасосов от двигателя (через редуктор коробки самолетных агрегатов). Гидронасос создает давление жидкости, что является источником энергии гидравлической системы.
Для правильного выбора типа используемой энергии необходимо сделать сравнительный анализ характеристик указанных энергетических систем.
Гидросистема
Преимущества:
- высокая массовая эффективность, особенно для резервированных гидроприводов в системе управления, так как резервирование обеспечивается установкой двух, трех или четырех гидроприводов, работающих совместно. Масса ГС составляет всего 1–2% взлетной массы современных тяжелых самолетов;
- широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости выходного звена (например, диапазон регулирования частоты вращения гидромотора может составлять от 2500 об/мин до 30-40 об/мин, а в некоторых случаях, у гидромоторов специального исполнения, доходит до 1-4 об/мин, что для электромоторов трудно реализуемо);
- самосмазываемость трущихся поверхностей при применении минеральных и синтетических масел в качестве рабочих жидкостей;
- гидравлические силовые приводы при передаче больших мощностей с выходными скоростями, потребными для привода рулевых поверхностей, конструктивно значительно проще электромеханических;
- высокий уровень надежности;
- жесткость нагрузочных характеристик, т.е. скорость движения выходного звена изменяется в ограниченных пределах при изменении величины нагрузки;
- точностью позиционирования, т.е. достаточно простая (с учетом практической несжимаемости рабочего тела) конструктивная реализация промежуточных положений исполнительных устройств;
- простота осуществления различных видов движения — поступательного, вращательного, поворотного;
- возможность частых и быстрых переключений при возвратно-поступательных и вращательных прямых и реверсивных движениях.
Недостатки:
- нестабильность характеристик рабочей жидкости при изменении температуры и механических воздействиях;
- сложность в обеспечении внутренней и внешней герметичности;
- необходимость фильтрации рабочей жидкости;
- пожароопасность;
- необходимость защиты гидросистемы от проникновения в неё воздуха, наличие которого приводит к нестабильной работе гидропривода, большим гидравлическим потерям и нагреву рабочей жидкости;
- в сравнении с пневмоприводом — невозможность эффективной передачи гидравлической энергии на большие расстояния вследствие больших гидравлических потерь.
Электрическая система
Преимущества:
- самая высокая (из рассматриваемых систем) скорость передачи информационного импульса 3·103 м/с (для сравнения у ГС - 1·103 м/с);
- системы удобны при монтаже и обслуживании, имеют достаточно высокий общий КПД;
- данные системы используются как системы малых мощностей (до 3,5 – 4 кВт), когда не играют существенной роли инерционность и жесткость (например, аварийные системы, дистанционное управление другими системами).
Недостатки:
- для электропривода с двукратным резервированием необходимы редукторы, сумматоры момента, стопоры отказавшего двигателя, пара "винт-гайка". Это увеличивает массу системы в 3–5 раз по сравнению с аналогичной по характеристикам ГС;
- большая инерционность (т.е. велико время выхода на режим и остановки привода после отключения питания, малы предельные угловые скорости при разгоне);
- недостаточная жёсткость системы, т.е. значительное падение скорости выходного звена при увеличении нагрузки;
- меньшая по сравнению с гидравлическими системами надёжность, силовая напряжённость и точность позиционирования.
Пневматические системы
Преимущества:
- сравнительно высокая массовая отдача;
- пожаробезопасность (рабочее тело – воздух, азот);
- характеристики рабочего тела незначительно меняются с изменением его температуры;
- развивают большую разовую мощность.
Недостатки:
- трудность фиксации промежуточных положений;
- ударный характер работы в конце хода;
- запаздывание в передаче энергии;
- сложность герметизации;
- образование конденсата.
Газовые системы используются в основном как аварийные, системы малых мощностей и при разовых кратковременных воздействиях.
Таким образом, проведенный анализ показал, что гидравлические системы объективно доминируют на ЛА. Они работают совместно с электрическими управляющими устройствами и пневматическими аварийными системами. С изменением уровня развития техники будут меняться и сами системы, и области их применения.