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

11

Одним из важнейших параметров является скорость передачи импульса в системах. Речь идет о скорости передачи информа­ ционного импульса. В этом отношении электрические системы вне конкуренции. Известно, что уже созданные дискретные вы­ числительные машины могут производить до 106 и более опера­ ций в секунду.

До недавнего времени пневматические (и гидравлические) вычислительные устройства имели быстродействие до 10— 100 операций в секунду, однако в настоящее время (после раз­ работки элементов пневмоники, работающих только на взаимо­ действующих струях) предельным считается быстродействие около 10000 операций в секунду. Это позволит целый ряд систем управления летательными аппаратами и двигателями делать струйными (системы стабилизации, трехканальные демпферы и т. д.).

Быстродействие силовых приводов различных систем можно-

считать пропорциональными (для вращательных приводов) отно­ шению действующего момента к моменту инерции подвижных элементов, равного для электросистем примерно 1000 1/с2, для гидросистем —10000 1/с2.

В работе Ю. Г. Корнилова [17] показано, что процесс останов­ ки пневматических и гидравлических приводов (линейных) опи­ сывается уравнением

гидросистем и 6,6 -10~2 с для пневмосистем [9].

12

Особо следует отметить простоту, малоинердионность и при­ емлемые выходные скорости (что не требует понижающих ре­ дукторов) силовых линейных гидравлических и пневматических приводов, не имеющих аналогов в электромеханических систе­ мах.

Параметр предельной силовой напряженности оценивает пре­ дельно возможные усилия, развиваемые в различных энергоси­ стемах на единицу активной поверхности. Известно, что для электросистем крутящий момент ограничен магнитными силами, действующими между ротором и статором, и насыщение лучших магнитных материалов происходит при тангенциальных усили­ ях в 10—20 кгс/см2. В гидравлических и газовых системах уже сейчас применяются рабочие давления 280 кгс/см2 и ожидается их дальнейшее повышение.

Удельная весовая отдача источников [4, 10, 3.1] различных си­ стем составляет 6—8 кгс/кВт для воздушных компрессоров, 2— 4 кгс/кВт для генераторов постоянного тока, около 2 кгс/кВт для генераторов переменного тока с приводами постоянных оборотов и около 1 кгс/кВт для интегральных приводов-генераторов пере­ менного тока; 0,4—0,1 кгс/кВт для гидронасосов переменной производительности.

Удельная весовая отдача приводов для различных систем со­ ставляет: 2—4 кгс/кВт для электродвигателей; 10—30 кгс/кВт для электрических силовых цилиндров (двигатели, редукторы, пара винт—:гайка); 0,1—0,4 кгс/кВт для гидромоторов; 0,4— 0,3 кгс/кВт для гидравлических и пневматических силовых ци­ линдров.

Удельная весовая отдача сетей * для рассматриваемых систем составляет [4]: 0,2—0,05 кгс/кВт-м для систем постоянного тока; 0,1—0,02 кгс/кВт-м для трехфазных систем переменного тока; 0,09—0,04 кгс/кВт-м для гидросетей; 0,05—0,02 кгс/кВт-м для пневмосетей.

Удельная весовая отдача аккумуляторов составляет 0,01 кгс/кВт для электрических аккумуляторов; 0,5 кгс/кВт для пневмобаллонов; 0,6—0,8 кгс/кВт для гидроаккумуляторов.

Сравнение %-характеристик [26] (интенсивности отказов) ба­ зовых элементов различных энергосистем показывает, что интен­ сивности отказов элементов гидросистем и пневмосистем, как правило, ниже, чем электромеханических систем.

Приведенные данные по стоимости элементов систем относят­ ся к судостроительной промышленности (в которой широко при­ меняются и авиационные гидроагрегаты), и их следует рассмат­ ривать как приближенные [12].

Сформулируем общие выводы из сравнения энергосистем.

1.Электромеханические системы силового привода обладают

свойством практически мгновенно, независимо от расстояния

* Об оценке весовой отдачи гидросетей см. разд. 1.2.

13

передавать большие мощности. Они удобны в монтаже, обслужи­ вании и обладают хорошей эксплуатационной живучестью.

Недостатки электромеханических систем, ограничивающие их применение д качестве силовых приводов летательных аппаратов:

—плохие весовые и габаритные характеристики;

—большая инерционность и недостаточная жесткость при­

вода;

—сравнительно высокая стоимость агрегатов;

—трудности охлаждения, снижение надежности агрегата и изоляции при работе на больших высотах. .

Области применения электромеханических систем:

—силовой привод малых мощностей (до 3,5—4 кВт);

—силовой привод в системах, где инерционность и жесткость не играют решающей роли;

—дистанционное управление другими типами приводов;

—резервные (дублирующие) и аварийные системы.

2. Гидравлические системы силового привода удовлетвори­ тельны по весовым характеристикам, обладают высокой энерго­ емкостью, их разовая мощность легко увеличивается благодаря применению газожидкостных аккумуляторов. Они экономичны, надежны, достаточно жестки и приемисты (обладают высоким быстродействием).

Недостатки гидросистем:

—недостаточный тепловой диапазон работы из-за нестабиль­ ности характеристик рабочей жидкости и уплотнений;

—повышенная пожарная и взрывная опасность (при исполь­ зовании современных рабочих жидкостей);

—утечки и загрязненность в местах соединений;

—чувствительность исполнительных устройств (особенно сле­ дящих) к загрязнению рабочих тел.

Область применения гидросистем — силовой привод больших

мощностей, нагрузок, высокой жесткости и быстродействия.

3. Газовые системы силового привода имеют бесспорные преи­ мущества перед электромеханическими и гидравлическими си­ стемами по весу, стабильности характеристики рабочего тела, пожаробезопасности, чистоте соединений, способности развивать большие разовые мощности.

Недостатки газовых систем:

—малая энергоемкость;

—отрицательное действие упругости воздуха (ударные на­ грузки в конце хода, трудности фиксации поршня, запаздывание передачи энергии от источника к потребителю);

—трудности герметизации;

—образование конденсата в рабочих объемах системы.

14

—силовой привод устройств кратковременного разового действия;

—■резервные и аварийные системы;

—комплексные гидрогазовые системы.

Проведенное сравнение энергосистем показывает, что каждая энергосистема имеет свои (присущие только ей) достоинства и недостатки. Поэтому в ракетной и авиационной технике широко распространено комплексирование энергосистем в различных сочетаниях: электрогидравлические, гидропневматические, электрогидропневматические и др. Например, в гидропневмосистемах применяется дистанционное электроуправление кранами включе­ ния, распределительными устройствами, замками, первыми кас­ кадами гидроусилителей.

Известны случаи применения пневмотурбоприводов для гидронасосов (сжатый воздух, питающий пневмотурбопривод, отбирается от компрессора ТРД). Характерной особенностью такого привода является низкий к. п.д. по сравнению с механи­ ческим приводом от двигателя.

Применяются и пирогидравлические системы (в ракете типа «воздух — воздух» «Сперроу», США) [9]. В последнее время интенсивно разрабатываются, испытываются и внедряются [13] струйные устройства, которые в комплексе с уже известными и хорошо разработанными гидрогазовыми силовыми приводами позволяют создать системы управления летательными аппара­ тами и их стабилизации совершенно нового типа.

1.2. ОПТИМИЗАЦИЯ ВЕСОВЫХ И ОБЪЕМНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ

ПО ВЕЛИЧИНЕ РАБОЧЕГО ДАВЛЕНИЯ

Как уже указывалось, в последние годы в связи с широким распространением бустерных систем управления (для граждан­ ских и военных самолетов), а также появлением новых систем (таких, как системы управления воздухозаборниками и запуска двигателей, изменения геометрии крыла, системы заправки топливомчВ воздухе и т. д.) мощности бортовых систем резко воз­ росли и достигли сотен киловатт («Конкорд», С-5А) и даже ты­ сяч киловатт (ХВ-70).

Естественно, что для самолетов, подобных ХВ-70, оставаться в рамках старых, традиционных конструкций и на тех же уров­ нях давлений (210 кгс/см2) было бы невозможно. При весовой отдаче порядка 5—10 кгс/кВт для эксплуатирующихся гидроси­

(205 000 кгс). Это недопустимо много. Обычно вес гидросистемы составляет 5% взлетного веса для легких самолетов и 1—0,5%

15