Файл: Матвеенко, А. М. Расчет и испытания гидравлических систем летательных аппаратов.pdf

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

производительности. Другие типы насосов (радиально-поршне­ вые, шестеренные, винтовые, лопастные) применяются при ма­ лых рабочих давлениях и значительно реже [21].

Напомним, что при обеспечении необходимого давления на входе в насос объемного типа расход на выходе полностью оп­ ределяется скоростью вращения его вала и рабочим давлением. На рис. 2.4 приведены зависимости p —f(Q) для насоса с пере­ ливным клапаном и насоса переменной производительности.

тельности; АВ—область работы (теоретическая) объемного насоса прн росте давления на выходе; ВС—область работы переливного клапана а или регулятора производительности 6; QK л—расход через клапан

Схемы и основные характеристики трех типов блоков пита­ ния показаны на рис. 2. 5. Для каждого из блоков необходимо рассматривать два режима работы: первый — работа собственно насоса объемного типа при Q= const, второй — режим p « const. Второй режим обеспечивается переливным клапаном, или регу­ лятором производительности, или аккумулятором. В последнем случае давление в аккумуляторе р&1<, естественно, не постоянно,

точке 1 определяет давление pi и расход Qi на выходе из насоса.

При появлении в системе нагрузки R на ее преодоление тра-

D

тится рабочее давление — (F — активная площадь силового

F

цилиндра) и режим работы системы и блока питания опреде­ ляется точками 2 и 2', которые позволяют определить давление

на выходе насоса р2, потери на сети Ар и нагрузке р = — , рае- д'

61

62