Работа невидимых сил: давление

Работа невидимых сил: давление
    В мире правильных перемещений Современный самолет содержит в себе множество устройств, снабжающих работу движущихся частей, таких как элементы механизации крыла, аэродинамические рули, шасси, двери и совокупность руления колесами передней стойки шасси. Среди этих устройств — гидравлические, электромеханические и пневматические приводы.

Крыльями самолет, как мы знаем, не машет, но в нем много движущихся частей. Это в первую очередь аэродинамические рули (рули высоты, руль направления, элероны), вместе с тем и механизация крыла (закрылки, предкрылки, интерцепторы), шасси, грузовые двери. Что именно приводит в перемещение все эти устройства?

Традиционно в роли приводов выступала ветхая хорошая гидравлика — на данный момент ее неспешно вытесняют электромеханические совокупности. Электромеханика несложнее и имеет собственные плюсы, но сказать о том, что гидравлика безнадежно устарела, запрещено. Наоборот, гидравлические совокупности развиваются, становясь все более действенными и находя собственный место в конструкциях лайнеров новейших поколений.

Электро против гидро

На заре авиации управление рулями осуществлялось посредством мускульной силы человека — пилот нажимал на педаль, посредством тяг либо тросов упрочнение передавалось к соответствующему аэродинамическому элементу, и тот начинал двигаться. Все это длилось , пока скорости и размеры рулей летательных аппаратов не выросли так, что человеку выяснилось просто не под силу «ворочать» и дальше аэродинамические поверхности в набегающем потоке воздуха.

Тогда на помощь пришла гидравлика. Насос, имеющий привод от авиадвигателя, нагнетал давление масла в совокупности, а клапаны, механически связанные с совокупностью управления (с теми же тросами), в необходимое время раскрывались и запускали работу поршней, помогавших человеку совладать с рулями. С возникновением совокупности Fly-by-wire клапаны стали электромеханическими и руководили ими методом подачи электрического сигнала из кабины пилота.

Следующим шагом, как помой-му подсказывает нам естественный движение событий, будет полная замена гидравлических приводов на электрические — для чего связываться с трубопроводами и насосами с находящейся в них жидкостью под огромным давлением, в случае если возможно провода к электромотору? Отчего же данный переход до сих пор не случился, задали вопрос мы Юрия Лебедева — менеджера по проектам русского отделения широко известной корпорации Eaton, специализирующейся на производстве и разработке высокотехнологичной начинки для лайнеров всех ведущих авиапроизводителей в мире.

«Тенденция налицо — постепенный переход от гидравлики к электромеханике происходит, но нужно осознавать, что это путь продолжительный, — говорит Юрий Лебедев. — Начало ему было положено уже давно: еще в Boeing 727 и 737 ставили электроприводы на второстепенные аэродинамические элементы наподобие закрылков, и на механизм перекладки стабилизатора. Дело но в том, что преобразование электроэнергии в механическую в условиях воздушного судна воображает определенные неприятности с позиций и КПД, и весовых черт самолета. Попросту говоря, замечательный электропривод, что нужен для поворота руля на громадном лайнере, оказывается через чур тяжелым, и в этом смысле гидравлика до тех пор пока вне конкуренции.

Другое дело — малые формы. К примеру, разрабатывая совокупность приводов для бизнес-джетов компании Embraer, мы деятельно применяли решения, которые связаны с электроприводами. В силу собственных размеров механизация и рули в этих самолетах не испытывают столь громадных аэродинамических нагрузок, а потому электромоторы смогут сохранять приемлемые размеры.

То же касается беспилотников. Так как в итоге, в случае если сказать о армейском их применении, электромеханическая совокупность управления дает громадные преимущества в живучести. В случае если пуля пробьет трубопровод, вся гидравлическая совокупность лишится жидкости и прекратит трудиться.

В случае если окажется перебитым электрический провод, прекратит трудиться только то устройство, которое он питал».

Единство в гибриде

Как бы то ни было, но в совокупности управления громадными лайнерами наподобие А 380 гидравлика занимает до тех пор пока очень заметное место. Действительно, в контексте великой борьбы конструкторов за экономичность и против лишнего веса (чего требуют от авиастроителей авиакомпании, шокированные постоянным ростом цен на авиационный керосин) гидравлические совокупности претерпевают важные технологические мини-революции.

Гигант А 380 — хороший пример внедрения так называемых электрогидростатических приводов — гибридных совокупностей, воображающих собой приводимый в перемещение электродвигателем насос, что закачивает гидравлическую жидкость в ту либо иную полость поршня. Гидроэлектромеханическое устройство есть, так, единым агрегатом, к которому нет необходимости тащить трубопровод с гидравлической жидкостью.

Использование этих гибридов снижает потребность в централизованной гидравлической совокупности лайнера, уменьшает ее функции. И тут хорошо отыскать в памяти о том, что трубопроводы, удерживающие в себе жидкость под большим давлением, делаются из стали либо титана, а потому от протяжённости и количества труб, очевидно, без шуток зависит вес лайнера.

Гибридные приводы играются в конструкции А 380 ключевую роль, например, выступая в качестве главных приводов для рулей и элеронов высоты, и резервных приводов для руля направления и некоторых спойлеров. Но в самом громадном в истории пассажирском лайнере употребляется и классическая гидравлическая совокупность — с передачей давления жидкости по трубопроводам. Действительно, и тут не обошлось без новых веяний.

Давить посильнее

«Eaton стал одной из первых компаний, каковые стали создавать авиационные гидравлические совокупности с давлением 350 атм — в частности, для А380, — говорит Юрий Лебедев. — На данный момент на большинстве эксплуатируемых во всемирной авиации лайнеров давление в гидравлике поддерживается на уровне 210 атм. В этот самый момент таковой скачок! Сперва у нас были проекты армейского назначения — мы кроме того экспериментировали с совокупностями, в которых давление превышает 350 атм.

Позже стали работать и с гражданскими воздушными судами. Спроектировав гидравлику для А380, нам удалось сократить вес на целую тонну, что для коммерческой авиации очень важное преимущество. Дело в том, что совокупность с более большим давлением повышает КПД гидравлики и разрешает снизить вес отдельных элементов.

В чем польза повышенного давления? Площадь всех потребителей (поршней) значительно уменьшается — так как при большем давлении им возможно передать ту же энергию, приложив ее к меньшей площади. Уменьшается площадь — значительно уменьшается вес.

Помимо этого, значительно уменьшается сечение трубопроводов, что кроме этого трудится на понижение веса.

Действительно, все не так конкретно. Повышение давления ведет за собой, к примеру, смену материала, из которого делаются корпусы приводов. В случае если для самолетов с 210 атм они производятся из сплавов алюминия, то при переходе на большое давление используются уже сталь и титан — это более тяжелые металлы. Из титаного сплава же делаются и трубопроводы.

Так, далеко не всегда конструкция, трудящаяся с большим давлением, снабжает выигрыш по весу. Важное преимущество удается взять только на громадных лайнерах типа А380 либо Boeing 787?.

Применение более большого давления в гидравлических совокупностях имеет собственной целью не только понижение веса. Для военных самолетов большое давление разрешает динамичнее двигать рулями, соответственно, более деятельно маневрировать. В случае если посмотреть на западные ответы, то, к примеру, в F-22 используется переключение режимов с низкого давления на высокое в зависимости от профиля полета.

Для маневренности лучше применять большое давление. Переключение в обратную сторону дает экономию горючего, поскольку увеличение давления все-таки требует дополнительной энергии».

Самолет с облегчением

Корпорация Eaton тесно сотрудничает и с отечественными авиастроителями, разрабатывая, например, гидравлическую совокупность для будущего среднемагистрального лайнера МС-21, создаваемого в стенках корпорации «Иркут». Эта машина, в соответствии с заявлениям разработчиков, будет воплощать в себе новейшие авиастроительные разработки (в частности, широкое применение композитов) и покажет намного более высокие экономические характеристики если сравнивать с эксплуатируемыми сейчас автомобилями.

В МС-21 будет использована гидравлическая совокупность со стандартным давлением, но в ее конструкции воплотятся разнообразные уникальные инженерные ответы. В базе этих ответов как конструкторские новации, так и работа с новыми материалами, разрешающими заметно снизить вес самолёта и оборудования в целом. К примеру, одна из современных тенденций — переход в изготовлении эластичных шлангов для гидросистем с резины к кевлару и тефлону, что делает шланг более легким и долговечным.

«В работе над МС-21 корпорация «Иркут» уделяет громадное внимание весовым чертям разрабатываемого лайнера, — растолковывает Юрий Лебедев, — и все снова создаваемые совокупности внимательно рассматриваются как раз с данной точки зрения. Мы кроме этого стараемся отыскать самые правильные ответы, стремясь не только уменьшить вес компонентов отечественных совокупностей, но и верно разместить эти компоненты на самолете, дабы сократить, к примеру, протяженность гидравлических трубопроводов.

Оптимизация положения элементов гидросистемы ведет к хорошему трансформации весовых черт. Перед нами стоит амбициозная задача создать совокупность с самым высоким для самолетов гражданской авиации соотношением создаваемой энергии к весу».

Молнии и керосин

Создание топливной совокупности современного лайнера — задача не меньше сложная, чем разработка гидравлических совокупностей. В действительности топливных совокупностей в самолете пара.

Совокупность распределения горючего в самолета поддерживает весовой баланс между крыльями, в случае если, скажем, откажет один из двигателей. В этом случае забор горючего из бака крыла, к которому подвешен двигатель, закончится и особые насосы начнут перекачивать излишек горючего в бак другого крыла, дабы сохранить равновесие автомобили. Вторая функция — уменьшение нагрузки на крылья по мере расходования горючего.

Для этого насосы всегда перекачивают горючее из бака, размещенного в центроплане, в крылья. Помимо этого, проводится регулярная вентиляция баков.

Вторая топливная совокупность — совокупность подачи горючего конкретно в двигатель. Тут инженерам Eaton кроме этого приходится трудиться над увеличением давления в совокупности, поскольку это снабжает более полное сгорание горючего в повышение и двигатель его КПД.

При работе над новым поколением лайнеров, состоящих в основном из композитных подробностей, приходится учитывать кое-какие нюансы, которые связаны с новыми материалами. К примеру, в случае если молния, попавшая в железное крыло, ни к каким негативным последствиям не ведет — электричество в воздух, то в железных контурах в композитного крыла наводятся токи, каковые смогут вести к образованию дуг. И это уже весьма не очень приятно.

Для Boeing 787 индукция в крыла стала одной из самых критичных неприятностей. Дабы совладать с ней, при конструировании топливной совокупности используются два принципа. Первый — это металлизация композитного крыла, встраивание в него особых железных шин, благодаря которым появившиеся токи возможно «заземлять», а правильнее, сбрасывать в воздух.

Второй способ — прерывание контуров. Для этого железные трубы разделяются в определенных местах диэлектрическими вставками.

Статья размещена в издании «Популярная механика» (№107, сентябрь 2011).

Что может быть причиной пониженного давления и упадка сил? — Доктор Комаровский


Темы которые будут Вам интересны:

Читайте также: