Гидравлическая система летательных аппаратов: вертолета и самолета

Гидравлические системы используются в качестве приводов летательных аппаратов. Их широкое применение объясняется рядом преимуществ по сравнению с электрическими и механическими приводами. В данной статье перечислены преимущества и недостатки гидроприводов, выявлены сходства и различия гидравлических систем вертолетов и самолетов.

Ключевые слова: летательный аппарат, авиастроение, система управления, гидравлическая система (гидравлический привод), гидродвигатель, гидронасос, гидромуфта, закон Паскаля, самолет, авиационное масло, вертолет.

Развитие современного общества, высокий темп жизни, большой поток информации требуют от человека своевременного принятия решений, быстрого перемещения в пространстве, рационального использования времени. В связи с этим совершенствуются изделия машиностроения, технические средства и оборудование.

Проблемы современной авиации

За последние 30–40 лет скорость полета летательных аппаратов (ЛА) изменилась до сверхзвуковой. Данное изменение вызвало существенные проблемы в управляемости воздушных судов (ВС), решение которых возможно путем усовершенствования старых и внедрения новых средств механизации и автоматизации в гидравлическую систему.

Понятие гидравлического привода (гидравлической системы)

Гидравлический привод представляет собой совокупность устройств, предназначенных для передачи механической энергии и преобразования движения посредством рабочей жидкости. Гидравлические приводы относятся к классу замкнутых гидросистем. [1, стр 140]

Основными составными частями гидропривода являются гидродвигатели и гидронасосы (либо гидромуфты), которые являются гидромашинами. Все агрегаты гидравлической системы соединяются посредством трубопроводов, по которым перемещается рабочая жидкость.

Гидромашины — это преобразователи механичесой энергии в энергию потока рабочей жидкости.

Преимущества и недостатки

 во-первых, он универсален и прост при передачи энергии;

 во-вторых, у него малый вес и габариты агрегатов;

 в-третьих, он обладает высоким быстродействием и плавностью регулирования;

 в-четвертых, он экономичен и безопасен в использовании.

Учитывая все вышеперечисленные преимущества, конструкторы пришли к выводу, что применение гидравлической системы наиболее рационально в конструкции ЛА, для которой характерно использование агрегатов с меньшими габаритами и весом, обеспечивающих стабильную работу и высокую надежность.

Главный недостаток ГС — работа агрегатов системы под высоким давлением: здесь преобладает повышенный износ деталей, в результате которого происходит загрязнение рабочей жидкости, поэтому гидравлическая система должна подвергаться своевременному техническому обслуживанию.

Типы гидравлических систем (гидравлических приводов)

Сегодня ученые многих научных организаций ведут исследования по усовершенствованию типов гидросистем (гидроприводов) и их регулирующих устройств. На данный момент в машиностроении часто используются два типа гидроприводов: объемный и гидродинамический.

Объемный представляет собой систему, в которой рабочий орган (гидронасос) и рабочая жидкость взаимодействуют между собой в герметичной рабочей камере, попеременно сообщающейся с входом и выходом гидромашины.

Динамический привод представляет собой систему, в которой рабочий орган (гидравлическая муфта) и рабочая жидкость взаимодействуют между собой в проточной полости, постоянно сообщенной с входом и выходом гидромашины.

Гидросистема летательных аппаратов включает гидравлические насосы, гидравлические двигатели, трубопроводы с рабочей жидкостью, дроссельные и регулирующие устройства, различные предохранительные клапаны, гидроусилители и другие вспомогательные гидроагрегаты, которые объединяют в гидроблоки.

На современных ЛА устанавливают ротативные поршневые насосы и гидромоторы с радиальным и осевым расположением цилиндров. Чаще всего используется осевой тип расположения цилиндров, в котором поршни движутся в пространстве при больших скоростях и малых крутящих моментах. Детали таких моторов и насосов являются телами вращения, просты в изготовлении и работают при высоких давлениях.

При использовании электродвигателя в качестве привода насоса повышается надежность гидросистемы и в случае неисправности авиационного двигателя, ее выход из строя невозможен.

Изучая гидросистемы летательных аппаратов (ЛА), мы сравнили гидравлические системы вертолетов и самолетов, выявили их конструктивные сходства и различия, полученные данные внесли в таблицу 1 (см. Таблицу 1)

Гидравлический привод самолета (см. Рис.2) предназначен для управления механизмами и системами, которые отвечают за безопасность полета.

Рис. 1. Гидравлическая система самолета

Гидросистема самолета состоит из сетей источников давления и потребителей [4].

Сеть источников давления создает и регулирует рабочее давление, распределяет и размещает по потребителям запас жидкости.

Сеть потребителей состоит из компонентов, предназначенных для запуска определенного механизма.

Гидротрансформатор — резервный агрегат, который состоит из двух нерегулируемых моторов-насосов. Во время его работы один из моторов-насосов работает в качестве гидромотора и вращает второй, создающий давление рабочей жидкости в системе питания.

На самолетах используют гидросистемы с насосами постоянной или переменной производительностью. Последний тип производительности применяется гораздо чаще. Здесь жидкость может двигаться одновременно в двух направлениях, что невозможно в насосах с постоянной производительностью, а увеличение давления происходит за счет аксиально-плунжерных насосов.

В большинстве случаев на самолетах в качестве рабочей жидкости используют авиационное масло АМГ-10. Но на таких самолетах как Ил-86, Ил-96, Ил-114, Ту-204, Ту-214 применяется другое авиационное масло — НГЖ-5У. Во многом характер работы системы зависит именно от свойств рабочей жидкости.

Гидравлический привод вертолета[3] предназначен для облегчения управления вертолетом и состоит из основной, дублирующей и вспомогательной систем.

Основная гидросистема обеспечивает работу комбинированных агрегатов управления, установленных в продольном, поперечном, путевом управлениях и в управлении общим шагом.

Дублирующая гидросистема выполняет функции основной гидросистемы и включается в работу автоматически при отказе основной гидросистемы.

В энергетическую часть гидросистемы входят: насос переменной производительности; гидроблоки; насосная станция; гидроаккумуляторы; воздушно-масляный теплообменник; клапаны; гидравлический редуктор; трубопроводы и др.

Большая часть агрегатов гидравлической системы размещена в редукторном отсеке. Насосы переменной производительности установлены на приводах главного редуктора, что обеспечивает их нормальную работу в случае отказа двигателей и перехода вертолета на режим авторотации.

Гидроблоки предназначены для питания насосов и подачи рабочей жидкости под давлением к гидроприводам. Они расположены сзади главного редуктора, в непосредственной близости от насосов. В баках гидроблоков содержится рабочая жидкость, предназначенная для питания гидросистемы. Между собой баки гидроблоков соединены трубопроводами [3, стр 43].

В качестве рабочей жидкости используется авиационное масло АМГ-10 (ГОСТ 6794–75), которое работает в интервале температур окружающей среды от -60 до +55 ̊ C. Данное масло применяется в гидросистемах вертолетов Ми-8, Ми-26, Ми-35, Ка-26 [5].

Из таблицы 1 видно, что принцип работы гидросистемы на самолете и вертолете одинаковый и основан на законе Паскаля.

Рис. 2. Схема гидравлической системы вертолета: 1–Гидравлический комбинированный агрегат путевого (ножного) управления; 2–Фильтры тонкой очистки; 3–Гасители пульсации; 4–Ручной насос; 5–Гидропанель управления трапом; 6–Силовой цилиндр трапа; 7–Гидропанель внешней подвески и клиренса; 8–Гидропанель бортовая; 9–Плунжерные насосы основной системы; 10–Гасители пульсации; 11–Воздушно-масляный теплообменник; 12–Гидроблок БГ-16; 13–Гидроблок БГ-17; 14–Панель агрегатов вспомогательной системы; 15–Гидроаккумуляторы вспомогательной системы; 16–Плунжерные насосы дублирующей и вспомогательной систем; 17–Гидравлический редуктор; 18 –Насосная станция; 19–Гидравлические комбинированные агрегаты продольного и поперечного управления и управления общим шагом; 20–Трубопроводы; 21–Рукава фторопластовые; 22–Заливные горловины; 23–Переливная труба; 24–Гидроаккумулятор основной системы; 25–Гидроаккумулятор дублирующей системы

Заключение

Гидравлическая система предназначена для управления отдельными агрегатами и подсистемами летательных аппаратов. Ее применение в управлении делает воздушное судно более устойчивым и управляемым, а так же стабильным и надежным в работе.

Литература:

1. Альдшуль А. Д. Гидравлика и аэродинамика: учебник // А. Д. Альдшуль.-М:1987. — 416с.
2. Башта Т. М. Гидравлические приводы летательных аппаратов: учебник // Т. М. Башта. — 4-е издание, перераб. и доп. — М: изд. «Машиностроение», 1967–495с
3. Сорокин А. В. Конструкция вертолетов: учебное пособие // А. В. Сорокин -Ростов-на-Дону: кафедра «Авиастроение», 2010–153с
4. [Электронный ресурс].- Режим доступа:http://www.avia.pro/- Гидравлическая система самолета. — (31.03.2016)
5. [Электронный ресурс].- Режим доступа:http://www/bibliotekar.ru(31.03.2016)