Реверсивные устройства

4.6.1. Работа реверсивных устройств, основные принципы

Для обеспечения хорошего тормозного эффекта, в том числе и на загрязненной ВПП (с водой или слякотью), а также, для уменьшения износа тормозов, транспортные ВС оборудуют реверсивными устройствами. Реверсивное устройство позволяет создавать осевую силу, направленную в сторону, противоположную движению. Для этого реверс перенаправляет поток выхлопных газов двигателя на угол примерно 120 градусов. На рисунке 51. показано направление потока воздуха во время работы реверсивного устройства.

Рис. 51. Направление вторичного воздушного потока для создания

силы обратной тяги [2]

На турбовентиляторных двигателях с высокой степенью двухконтурности реверс перенаправляет только поток воздуха второго контура, т.к. именно в этом контуре создается большая часть тяги. Благодаря этому осевая сила, создаваемая реверсом, является достаточной для торможения ВС. Изменение направления только потока воздуха второго контура не требует установки механических дефлекторов в горячей части газовоздушного тракта. В результате, реверсивное устройство имеет более простую кинематическую схему с меньшей массой и меньшей стоимостью.

Поскольку эффект торможения при помощи реверсирования тяги не зависит от сцепления покрышек колес с полосой, реверсивное устройство обеспечивает эффективное торможение ВС на загрязненных ВПП с пониженными коэффициентами сцепления.

Использование реверсивного устройства на ВПП с нормальным состоянием покрытия позволяет, при том же эффекте торможения, меньше использовать колесные тормоза. Что, в свою очередь, обеспечивает пониженный износ и, соответственно, увеличивает ресурс тормозных дисков.

Недостатком применения на ВС реверсивных устройств является увеличение веса гондолы двигателя. Для уменьшения этого эффекта конструкторы широко применяют композитные материалы при разработке реверсивных устройств и гондол двигателей.

Как правило, все двигатели на самолете оборудуются реверсивными устройствами. Но есть и исключения. Например, на самолете А-380 в целях снижения общего веса реверсивные устройства установлены только на двух внутренних двигателях.

Реверсивные устройства разрабатываются только для использования на земле. Они оборудуются специальными приспособлениями, предотвращающими срабатывание в полете. Во время посадки реверсивное устройство срабатывает кратковременно после касания самолета по команде пилота. Более высокий эффект торможения достигается при более высоких скоростях пробега, потому что эффективность реактивной тяги реверсивного устройства имеет наивысшее значение при наиболее высоких скоростях самолета. С уменьшением скорости ВС эффект снижается [9].

В штатной ситуации реверс тяги используется на скоростях не ниже 80 узлов (41 м/с). Пилот устанавливает режим реверса тяги настолько, насколько ему это необходимо. Эта процедура обеспечивает использование реверса тяги с наивысшей степенью эффективности и предотвращает засасывание грязи в двигатель на низких скоростях при пробеге. Это является наиболее эффективным путем использования реверсивного устройства с точки зрения уменьшения расхода топлива и снижения износа тормозов.

4.6.2. Типы реверсивных устройств

Реверсивные устройства различаются по типу своих подсистем. Такими подсистемами являются [1]:

- система отклонения воздушного потока;

- система привода;

- система управления.

Система отклонения воздушного потока включает в себя узлы конструкции, необходимые для отклонения воздушного потока в режиме реверса тяги. Для перехода из режима прямой тяги в режим реверса тяги некоторые компоненты системы отклонения воздушного потока делаются подвижными. Для осуществления их перемещения установлена система привода. Она управляется пилотами с помощью РУД и системой управления реверса. Система разработана для перекладки компонентов реверса в одно из двух положений. Ими являются положение прямой тяги (убранное) и положение реверса тяги (выпущенное).

4.6.2.1. Система отклонения воздушного потока

Существуют различные типы отклоняющих устройств. Основными являются следующие два:

· Реверсивное устройство каскадного (решетчатого) типа;

· Реверсивное устройство с поворотными створками.

Реверсивное устройство каскадного типа включает в себя передвижные наружные панели, которые, перемещаясь назад, открывают решетки, установленные на неподвижном корпусе вокруг вторичного воздушного потока. На рисунке 52. показан этот принцип отклонения воздушного потока.

Рис. 52. Реверс каскадного типа V2500-A5 на самолете А320 в положении обратной тяги. Подвижные корпуса перемещены назад, а блокировочные створки перекрывают доступ в сопло вторичному воздушному потоку [2]

На подвижных панелях установлены створки блокирующего устройства. При перемещении панелей назад эти створки разворачиваются против воздушного потока. В этом положении створки блокируют проход воздушного потока в направлении сопла. Таким образом, воздушный поток второго контура двигателя выходит через решетки, которые отклоняют и ускоряют его в обратном направлении. При таком типе реверсивного устройства создаются более низкие нагрузки на привод и возможно более точное управление воздушным потоком в режиме обратной тяги.

Реверсивное устройство с поворотными створками имеет четыре поворотных створки, установленные в проемах неподвижного корпуса. В открытом положении поворотные створки блокируют своей задней частью проход воздушного потока в направлении сопла. А в целом створка работает как отклоняющая заслонка для воздушного потока. Такой тип реверсивного устройства имеет меньшее количество подвижных частей и упрощенную кинематику в сравнении с реверсом решетчатого типа. Кроме того, при более низком весе достигается необходимая жесткость конструкции. Он создает большее тормозное усилие в режиме обратной тяги, и поэтому нагрузка на привод здесь получается выше в сравнении с реверсивным устройством решетчатого типа сопоставимого размера. На рисунке 53. показан такой тип реверса двигателя CFM56-5A/5B.

Рис. 53. Реверсивное устройство двигателя CFM56-5A/5B на самолете А320 с четырьмя поворотными створками в положении обратной тяги [2]

Подобное реверсивное устройство впервые было использовано на самолете Airbus A-320. Также оно используется на самолетах А340-200/-300 с двигателями CFM56-5С и самолете А330 с двигателями Trent 700. Реверсивное устройство решетчатого типа используется во многих конструкциях воздушных судов и поэтому его конструкция до сих пор является самой распространенной.

4.6.2.2. Система привода реверса

Для приведения в действие реверсивного устройства больших турбовентиляторных двигателей используются два типа систем:

· Гидравлическая;

· Пневматическая.

Гидравлическая система состоит из нескольких приводов, узла регулирующего клапана и стопорных устройств. Привода, перемещающие подвижные панели или отклоняющиеся створки, установлены в системе реверса. Гидравлические затворы узла регулирующего клапана контролируются системой управления реверсивным устройством. На рисунке 54. показаны компоненты системы привода реверсивного устройства двигателя V2500.

Рис. 54. Гидравлическая система активации реверса V2500-A5 [2]

Узел регулирующего клапана этой системы установлен с внутренней стороны пилона двигателя перед конструкцией реверса. Регулирующий клапан управляется системой FADEC. В убранном положении во время работы двигателя в режиме прямой тяги давление в систему активации реверса не подается. Подвижные части удерживаются в этом положении с помощью механических замков. Эти замки являются компонентами системы активации. Они могут быть либо отдельно установленными элементами, либо встроенными в гидроприводы. Также могут применяться оба типа замков в одной системе.

Пневматическая система активации состоит из одного или двух шариковинтовых приводов, приводимыми в действие при помощи гибких валов пневматическими моторами. Воздух в пневматические моторы подается из КВД. Шариковинтовые приводы передвигают подвижные корпуса. Такая система активации используется только для реверсов каскадного типа. Для управления системой активации установлена система контроля. Для непосредственного управления системой перемещения реверса используется система контроля с воздушными клапанами. На рисунке 55. показаны компоненты пневматической системы двигателя CF6-80C2.

Рис. 55. Компоненты пневматической системы активации реверсивного устройства двигателя CF6-80C2, применяемой на самолетах А300-600 [2]

Функцию блокировки в убранном положении осуществляет тормоз, установленный в пневматическом моторе. В большинстве конструкций пневматический мотор заключен в один корпус вместе с тормозом, зубчатым перебором и клапаном регулировки направления. Таким образом, эти компоненты формируют пневматический привод системы реверса.

4.6.2.3. Системы управления реверсом тяги

Применяемые системы управления реверсом основываются либо на контурах управления, установленных на планере, либо на логике системы управления реверсом в компьютере FADEC. Система управления реверсом контролирует включение в работу гидравлических или пневматических управляющих клапанов и обеспечивает необходимую индикацию в кабине пилотов.

4.6.3. Конструкция реверса

4.6.3.1. Неподвижные элементы

Капот ТРДД покрывает газогенератор и также формирует газовый тракт вторичного контура, начиная от корпуса вентилятора (промежуточный корпус) до сопла с помощью своей внутренней обечайки. Капот состоит из двух половин, прикрепленных к пилону двигателя. Капоты легко открываются для проведения работ по техническому обслуживанию газогенератора. Из-за своего поперечного сечения (вид сзади) половинки капотов получили название С-каналов (C-ducts). Система отклонения воздушного потока реверса встроена в наружную обечайку обтекателя (капота). Т.о. данный обтекатель обычно называется капотом реверса. Капот реверса состоит из неподвижной и подвижной частей.

Неподвижная часть образована внутренней обечайкой переднего корпуса, продольной балкой и, в зависимости от конструкции, элементами внешней обечайки. Внутренняя обечайка играет роль обтекателя газогенератора. Передний корпус связывает вместе всю конструкцию с продольными балками и передает рабочие нагрузки на корпус вентилятора двигателя. Он соединен с корпусом вентилятора при помощи самоконтрящихся фитингов. На рис. 56. показана неподвижная конструкция реверса двигателя V2500 со снятыми подвижными панелями.

Рис. 56. Неподвижная часть реверса с профилированными решетками [2]

4.6.3.2. Подвижная часть и компоненты системы активации

Подвижная часть реверса каскадного типа состоит из подвижных панелей с блокирующими створками. В положении прямой тяги подвижные панели покрывают каскады профилированных решеток, а блокирующие створки выпущены на внутреннюю поверхность переносного рукава. В положении обратной тяги каскады раскрыты, и блокирующие створки повернуты в воздушный тракт для блокировки потока воздуха вентилятора. Т.о. воздушный поток вторичного контура двигателя выходит через решетки в направлении, заданном ими. На рис. 57. показаны данные компоненты в положении обратной тяги.

Рис. 57. Поперечное сечение реверса каскадного типа (с профилированными решетками) в положении обратной тяги. Блокирующие створки поворачиваются в воздушном тракте вторичного потока. Виден один из приводов. Своим передним концом он прикреплен к переднему корпусу реверса [2]

У реверса створчатого типа подвижной частью являются четыре поворотные створки. На рис. 58. показано поперечное сечение реверса створчатого типа с поворотной створкой в положении обратной тяги.

Рис. 58. Реверсивное устройство створчатого типа, использованное на двигателе самолета А320. Каждая поворотная створка имеет собственный привод [2]

В положении прямой тяги створки закрывают отверстия в неподвижном корпусе реверса. В положении обратной тяги они отклоняют вторичный воздушный поток двигателя в направлении, заданном углом установки створок и ограничительной планкой в передней части створки.

Приводы обычно смонтированы на переднем силовом шпангоуте реверса. Если предусмотрены отдельные замки, они так же установлены на переднем шпангоуте. Обычно гидравлические магистрали и гибкие валы, соединяющие приводы, также установлены на переднем силовом шпангоуте корпуса реверса.

Для определения положения блокирующих створок или подвижных панелей установлены переключатели. На реверсах каскадного типа для определения положения подвижных панелей компьютером FADEC используются преобразователи линейного перемещения LVDT (Linear Variable Differential Transducer).

4.6.4. Система управления реверсивными устройствами на

самолете А320

Реверсивные устройства самолетов семейства А320 управляются с помощью блока ЕЕС соответствующего двигателя. Подобные конструктивные принципы разработки используются на всех самолетах Airbus с двигателями, управляемыми FADEC.

Реверс на двигателе CFM56 самолетов семейства А320 представляет собой реверсивное устройство с отклоняющимися створками. Здесь установлены четыре привода створок и четыре механических замка, открывающихся давлением гидросистемы. Блок ЕЕС напрямую управляет гидравлическими клапанами. Также он соединен с переключателями уборки и выпуска четырех отклоняющихся створок. Запорный клапан, стоящий выше по потоку от модуля гидравлических кранов, перекрывает подачу давления гидросистемы в систему реверса. Он открывается только в случае обнаружения соответствующим бортовым компьютером, что РУД одного двигателя установлен в положение выпуска реверса, а РУД другого двигателя в положении МГ. Для выпуска должны быть удовлетворены следующие условия:

· РУД в положении выпуска реверса;

· РУД другого двигателя находится на площадке МГ;

· Двигатель запущен;

· Гидросистема создает необходимое давление;

· Присутствие сигнала от бортовых систем о том, что самолет на земле.

На рисунке 59. показана упрощенная схема системы управления реверсом.

Рис. 59. Система управления реверса семейства самолетов А320 (упрощенная) [2]

Реверсивное устройство срабатывает только на запущенном двигателе, в случае если самолет на земле. При переводе РУД в положение реверса, блок ЕЕС переключает гидравлические клапаны в позицию на включение реверса. Сначала, с помощью давления гидросистемы, снимаются с блокировки замки створок, затем срабатывают приводы. По достижении отклоняющими створками крайнего выпущенного положения, блок ЕЕС перекрывает запорный клапан внутри модуля гидравлических клапанов для стравливания давления в системе. Во время выдвижения отклоняющих створок блок ЕЕС удерживает двигатели в режиме МГ. После регистрации блоком ЕЕС полного выпуска всех створок, он разгоняет двигатель до выбранного режима реверса. При переводе в режим реверса, РУД может быть сразу установлен в необходимое положение, поскольку здесь нет внутренних блокировок. Блокировка для задержки разгона двигателя осуществляется программно с помощью блока ЕЕС. Поэтому во внутренних блокировках РУД нет необходимости. Это упрощает кинематическую схему РУД.

После перевода РУД в диапазон углов прямой тяги блок ЕЕС полностью убирает отклоняющиеся створки и отключает гидравлическое давление. Если все сворки корректно встали на замки, то они остаются в убранном положении. Не вставшая на замок створка будет приподнята на несколько градусов с помощью упругого уплотнения и давления воздуха. Благодаря этому блок ЕЕС получит сигнал о снятии створки с замка и снова создаст давление в системе для её уборки. Во время обнаружения блоком ЕЕС створки реверса, не вставшей на замок убранного положения, он посылает соответствующий сигнал в кабину пилотов.

Во время перекладки реверсивного устройства блок ЕЕС посылает данные о текущем его положении в систему индикации кабины пилотов. При обнаружении блоком ЕЕС отказа в системе реверса, он посылает соответствующее сообщение в систему аварийного оповещения.

Сложнейшим отказом системы является выход из строя основного и вторичного замков убранного положения отклоняющей створки при работе двигателя в режиме прямой тяги. В этом случае створка выпускается под действием давления воздушного потока. Блок ЕЕС снижает режим работы двигателя до МГ для уменьшения тормозящего эффекта выпущенной створки.