Другие журналы

научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана

НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Издатель ФГБОУ ВПО "МГТУ им. Н.Э. Баумана". Эл № ФС 77 - 48211.  ISSN 1994-0408

Агрегаты хранения жидкости авиационных гидросистем.

# 12, декабрь 2012
DOI: 10.7463/0113.0513812
Файл статьи: Шумилов_P.pdf (616.78Кб)
авторы: профессор, д.т.н. Шумилов И. С., Солотёнков Н. П., Виноградова Т. Г.

УДК 62-522.2

Россия, МГТУ им. Н.Э. Баумана

Россия, ООО «Туполев»

shumilov-it@yandex.ru

 

К ним относятся гидравлические и дренажные баки с системой наддува или поддавливания. Гидробаки предназначены: для хранения необходимого запаса жидкости; обеспечения подачи жидкости в насосы на всех режимах полёта, включая положительные и отрицательные перегрузки по трём координатным осям самолёта; для сепарации газа, если нет в ГС дополнительных устройств; для компенсации объёмов рабочей жидкости при изменениях её температуры и давления, ошибках обслуживающего персонала при дозаправке ГС жидкостью, при работе дифференциальных агрегатов, расчётных утечках рабочей жидкости в эксплуатации; для уменьшения пенообразования; для ограничения давления в баке; для сброса излишков жидкости и т. д.

рисунок 1.JPG

Рисунок 1 -  Простейшая схема ГБ открытого типа.
1-оболчка; 2-заливная горловина (не рекомендуется к применению); 3-наддув; 4-датчик дистанционного уровнемера; 5-противоперегрузочная перфорированная перегородка; 6-питание насоса; 7-сливной кран; 8-слив из ГС; 9-визуальный уровнемер (в настоящее время применяется редко).

 

Гидробаки бывают открытого и закрытого типов. Гидробаки открытого типа (рис. 1) представляют собой тонкостенную ёмкость, позволяющую содержать заданное количество жидкости и обеспечивать выше приведённые требования, при этом гарантируется заданная статическая и циклическая прочность его оболочки.

Гидробаки открытого типа имеют простую и надёжную конструкцию без подвижных частей, но обладают большими габаритами и требуют наличия дренажного бака (рис. 1, 2.), а также сложной и тяжёлой системы его наддува, не обеспечивают работу насосов при длительных перегрузках, включая отрицательные. Без применения специальных противоперегрузочных камер, ухудшают условия эксплуатации рабочей жидкости из-за её постоянного контакта с воздухом или азотом.

Дренажные баки подключаются к основным и служат для сброса жидкости, пены и её паров при ошибках во время заправки ГС жидкостью и расчётных колебаниях уровня жидкости в баке. Дренажные баки предохраняют конструкцию и воздушную среду самолёта от жидкости и её паров. Дренажный бак устанавливается один на все баки ГС, если позволяют компоновочные условия, или на каждый бак ГС свой дренажный бак (рис. 2 и  3.)

 

Рис.2 - Пример схемы подключения ДБ.jpg

 

Рисунок 2 - Пример схемы подключения дренажного бака.
1-основной бак, 2-штуцер системы наддува, 3-дренажный бак, 4-кран для слива жидкости из дренажного бака, 5-трубопровод для несанкционированного сброса излишков жидкости и пены за борт.

 

Рисунок 3 -  Пример конструкции дренажного бака.
1-корпус, 2-горловина, 3-штуцер для трубопровода, соединяющего дренажный бак с основным, 4 и 5-горловина и штуцер для трубопровода сброса излишков жидкости и пены, 6-горловина, 7-штуцер слива жидкости и пены на регламентных работах, 8-перфорированная перегородка.

 

На рис. 4. показан пример системы наддува баков открытого типа с наддувом воздухом, которая функционирует от баллонов высокого давления (до 150 кг/см2) с сухим газом (воздухом), обеспечивая высокую надёжность благодаря отсутствию влаги в заправленном в баллоны газе. Предусмотрены аварийные системы наддува от системы кондиционирования воздуха (СКВ), где присутствует влажный воздух, требующий специальных устройств для осушения поступающего воздуха от СКВ.

Гидробаки открытого типа широко применяются на пассажирских, транспортных и неманёвренных самолётах, например: ТУ-134, Ту-154, Ту-144,Ту-204,Ту-334,  Ил-86, Ил-96, В -707, В-727, В-737, В-747, А-300,А-310,А-320 и др.

 

Рис. 4.jpg

Рисунок 4 - Пример системы наддува гидробаков открытого типа с баллоном воздуха высокого давления, применяемой на самолёте Ту-154 [1].
1-регулятор давления, 2-воздушный баллон, 3-обратный клапан, 4-воздушный фильтр, 5- воздушный фильтр, 6-манометр, 7-клапан сброса давления, 8- манометр, 9-предохранительный клапан, 10-регулятор давления, 11-дренажный бак ГС №3, 12-сливной кран, 13-влагоотделитель, 14-редуктор, 15-бортовой зарядный штуцер, 16-запорный клапан, 17-дренажный бак ГС №1 и №2.

 

Гидробаки закрытого типа в отличии от гидробаков открытого типа не имеют прямого контакта  жидкости с воздухом или азотом благодаря наличия подвижного разделительного поршня, наиболее часто применяемого на манёвренных ( F100-105, F111, Ягуар, Су, МиГ, беспилотные ЛА и др.) и некоторых пассажирских (L-1011, DC-9, DC-10 и др.) самолётах, или гибкой мембраны (металлического сильфона, как, например, на Конкорде).

 

рисунок 5.JPG

Рис. 5. Схема блока питания ГС с гидробаком закрытого типа [2].
1-корпус, 2-неподвижный блок, 3-поршеннь, 4-уплотнение, 5-подвижный блок, 6-пружина, 7-насос, 8-фильтр, 9-предохранительный клапан (ПК) линии нагнетания, 10-теплообменник, 11-ПК линии слива из корпуса бака.

 

Гидробаки закрытого типа позволяют повысить ресурс рабочей жидкости и её жёсткость из-за существенного уменьшения в ней количества растворимого воздуха или газа, позволяют применить вакуумирование рабочей жидкости при её заправке в ГС. Гидробаки закрытого типа имеют меньшие габариты, некритичны к пространственному расположению, некритичны к перегрузке, имеют более простую систему наддува. Однако имеют много подвижных частей, сложнее в изготовлении, имеют ограниченный ресурс, меньшую по сравнению с баками открытого типа надёжность.

На рис. 5 представлен пример схемы блока питания ГС с гидробаком закрытого типа. В этой схеме  имеется пружина 6, взаимодействующей с подвижным штоком 5. Усилие Рпр сжатой пружины обеспечивает необходимое давление всасывания pвс=4Рпр/π(D2-d2) на входе в насос при запуске двигателя самолёта. После запуска давление всасывания обеспечивается в основном за счёт поддавливания рабочим давлением pн  гидросистемы в соответствии с соотношением  

,                                        (1)

где второе слагаемое может работать или не работать после запуска двигателя в зависимости от предъявляемых требований конструктора. На рис. 6 представлена конструктивная схема гидробака закрытого типа.

 

Рисунок 6.JPG

Рисунок 6 - Конструктивная схема гидробака закрытого типа [4].
1-поршень, 2-корпус, 3-  , 4-шток, 5-пружина, 6-направляющая внутренняя, 7-поршеннь поддавливания с направляющей внешней, 8-уплотнение, АА-штуцер стравливания воздуха, В-штуцер линии нагнетания ГС, С и Е-штуцера линии слива ГС, А и
F-штуцера линии всасывания ГС, G-полость поддавливания поршня с давлением pн.

 

Расчёт основных геометрических размеров гидробака открытого типа (рис. 7.).

рисунок 7.jpg

 

Рисунок 7 -  Расчётная схема простейшего гидробака открытого типа для определения его основных геометрических размеров.
Высота h1 определяется свободным протеканием жидкости между патрубком и днищем бака. Площадь Fкщ кольцевой щели должна быть  ≥ площадиFвс всасывающего патрубка, тогда

.                                             (2)

1.               Высота h2 необходима при отрицательной перегрузке по оси y. При  в h1 находится газ, а жидкость под действием  будет перетекать через перфорированную перегородку в верхнюю часть бака. Объём перетечек жидкости Vпер =, где Qпер - расход жидкости через n отверстий перфорации в перегородке в течение времени действия отрицательной перегрузки.

, .                                 (3)

В большинстве конструкций гидробаков разделительная перегородка выполняется без перфорации, а для удаления воздуха (газа) используется противоперегрузочный клапан и в этом случае Qпер=0.

Необходимо учитывать уход жидкости из бака при работе агрегатов с дифференциальными площадями поршней гидроцилиндров, например, шасси, интерцепторов и т.д.

,                                                    (4)

где -объём жидкости, забираемый из бака при работе дифференциальных агрегатов во время действия отрицательной перегрузки, - объём жидкости, необходимый для выполнения полного цикла движения дифференциального агрегата за время , -время действия отрицательной перегрузки.

.

Необходимо не допускать всасывания воздуха (газа) в магистраль питания насоса при максимально близком положении уровня жидкости к всасывающему патрубку и предусмотреть запас высоты на воронкообразование :

.                                            (5)

Целесообразно коструктивно не допускать перетечек жидкости через противоперегрузочную перегородку и тогда .

2.               h3высота всасывающего диффузора

, , .                               (6)

3.               После окончания действия отрицательной перегрузки придонный воздушный пузырь перемещается под противоперегрузочную перегододку, занимая высоту , и удаляется в верхнюю часть бака через отверстия в ней. Засасывание воздуха и образования воронки не должно происходить. Дефлектор улучшает условия всасывания жидкости, уменьшает вероятность образования воронки (необходимая величина уменьшается) и засасывания воздуха:

 .                              (7)

4.                                 -для компенсационного запаса жидкости.

Компенсация объёма жидкости для работы агрегатов с дифференциальными площадями поршня гидроприводов - .

Компенсация температурного расширения жидкости:

, , .                  (8)

Компенсация изменения объёма жидкости при изменении давления от до . . При этом учитывается объём жидкости в магистралях и агрегатах высокого давления.

, , .                 (9)

Компенсация ошибки уровнемера, которая зависит от типа прибора и может достигать несколько процентов от измеряемого объёма:

.

Компенсация ошибки заправки жидкости в бак. Зависит в основном от «человеческого фактора», задаваясь  объёмом жидкости, запрвляемым в бак ошибочно, получим

.

Компенсация внешних утечек жидкости по всем подвижным и неподвижным уплотнениям во всей гидросистеме в целом во время полёта и стоянки самолёта, которая регламентируется Руководством по эксплуатации самолёта и может составить суммарный объём жидкости , тогда

.

Интегральный уровень жидкости в баке над противоперегрузочной перегородкой составит

.                             (10)

5.                                 Газовая полость  над максимальным уровнем жидкости обычно составляет ~10÷15 % от общего объёма жидкости в баке. При этом система наддува баков гарантирует поддержание необходимого давления в баках при возникновении 3-х последовательных отказов в системе наддува.

.

6.                                 Суммарная высота гидробака открытого типа составляет

                            (11)

7.               Соотношение диаметра d и высоты h (принимая для упрощения написания выкладок ) гидробака открытого типа влияет на массу тонкостенной оболочки [3], которая по прочности должна выдерживать давление наддува, и выбирается обычно по компоновочным соображениям и минимума массы m. Приняв необходимый общий объём бака за V, запишем:

Vd2h/4

и общая площадь А внешней оболочки  гидробака

А=Ацилиндра+2Sднаdh+2πd2/4=4V/dd2/2.                   (12)

Графически эти зависимости представлены на рис. 8.

 

 м

Рис. 8. Зависимость площади А поверхности оболочки ГБ от его диаметра d при различных его объёмах V=Const.
1 – площадь  А1 при
V1=40л; 2- площадь  А2 при V2=60л; 3- площадь  А3 при V3=80л; 4- площадь донных частей бака πd2/2 при V1; 5- площадь цилиндрической части бака 4V/d при V1.

 

При одинаковой толщине стенки оболочки ГБ для цилиндрической части и дна и крышки зависимости площади от диаметра могут быть пропорционально преобразованы в за­висимости массы гидробака от его диаметра, имеющую вполне определён­ный минимум при dопт. При проектировании гидробака предпочтительно выбирать его диаметр вблизи dопт, если позволяют компоновочные условия в данном отсеке самолёта.

Расчёт основных геометрических размеров гидробака закрытого типа существенно упрощается, благодаря отсутствию противоперегрузочной камеры, отсутствию открытого уровня жидкости и возможности образованию воронки, отсутствию крупных объёмов газа. Высота ГБ  в основном определяется ходом поршня, который составляет

                       (13)

 

Список литературы

 

1. Волошин Ф.А., Кузнецов А.Н., Покровский В.Я., Соловьев А.Я.  Самолёт  Ту-154. Конструкция и техническое обслуживание: учеб. пособие : в 2 кн. М.: Машиностроение, 1975. Кн. 1. 291 с.; Кн. 2. 250 с.

2. Системы оборудования летательных аппаратов / Под ред. A.M. Матвеенко и
В.И. Бекасова. М.: Машиностроение, 1995. 368 с.

3. Шумилов И.С. Системы управления рулями самолётов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. 472 с.

4. Wang Zhanlin, Li Peizi. Airplane Fluid Drive and Servocontrol. China National Defense Industry Press, 1980.

Поделиться:
 
ПОИСК
 
elibrary crossref ulrichsweb neicon rusycon
 
ЮБИЛЕИ
ФОТОРЕПОРТАЖИ
 
СОБЫТИЯ
 
НОВОСТНАЯ ЛЕНТА



Авторы
Пресс-релизы
Библиотека
Конференции
Выставки
О проекте
Rambler's Top100
Телефон: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)
  RSS
© 2003-2023 «Наука и образование»
Перепечатка материалов журнала без согласования с редакцией запрещена
 Тел.: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)