Виды энергетических систем и принцип их работы

В зависимости от вида используемой энергии энергетические системы делятся на:

– гидравлические;

– пневматические;

– электрические.

В гидравлических системах рабочим телом является жидкость, в пневматических – газ; в электрических – электрический ток.

Принцип действия гидросистемы сводится к преобразованию энергии привода источника давления в энергию давления жидкости, которая через распределительные устройства передается к потребителю и производит работу. Принцип действия пневмосистемы основан на использовании энергии сжатого газа (азота, воздуха) и аналогичен гидросистеме.

3.3. Гидравлическая система: назначение,
основные эксплуатационные ограничения, состав,
основные агрегаты и их назначение

Назначение. Гидравлическая система (гидросистема, гидравлический комплекс) ВС предназначена для питания рабочей жидкостью приводов систем управления самолетом и механизации крыла, систем управления шасси, стеклоочистителей, дверей и люков, лестниц, входных трапов, носового кока, реверсивно-тормозных устройств. В качестве рабочей жидкости применяются: авиационное масло гидравлическое АМГ-10, жидкость из минеральных масел НГЖ-4 и их зарубежные аналоги. Рабочее давление жидкости – 150 или 210 кг/см².

Надежность, живучесть и долговечностьгидросистемы обеспечивается совершенством конструкции агрегатов, многократным резервированием как источника энергии, так и гидроприводов, автоматизацией управления, контроля работы и информации экипажа. Наличие двух, трех или четырех гидросистем обеспечивают соответствующее резервирование потребителей.

Пример 1. Гидравлическая система самолета Як-42.

На самолете Як-42 гидравлическая система выполнена в виде двух автономных систем: основной и аварийной [2, рис. 3.1, 3.2]. Механизация крыла (предкрылки, закрылки, интерцепторы), уборка и выпуск шасси, торможение колес управляются от двух систем. Гидроусилитель РН, имеющий механическое резервирование, а также менее ответственные потребители и потребители, которые работают только на земле – поворот колес передней опоры, стеклоочистители, носовой кок, спойлеры, задний входной трап управляются от одной системы.

Пример 2.Гидравлическая система самолета Ту-154.

На самолете Ту-154 три гидравлические системы: 1, 2, 3. Гидроусилители РВ, РН и элеронов, система выпуска шасси управляются от всех трех гидросистем, управление закрылками – от двух; остальные системы – от одной. Система торможения продублирована отдельной системой аварийного торможения.

Пример 3.Гидравлический комплекс самолета Ан-124.

На самолете Ан-124 гидравлический комплекс состоит из 4-х автономных гидросистем – 1-я ГС, 2-я ГС, 3-я ГС, 4-я ГС. Каждая рулевая поверхность
управляется от всех четырех гидросистем, а другие ответственные потребители (закрылки, шасси и т. д.) – от двух систем. Часть потребителей работает только от одной гидросистемы.

Преимуществами гидросистемы являются: сравнительно малые массы и габариты источников давления, малая инерционность частей исполнительных механизмов (в отличие от электродвигателей), плавность работы потребителей и возможность фиксации их в промежуточном положении, широкий диапазон развиваемых сил и скоростей потребителей.

Недостатки – большая масса агрегатов, трубопроводов и рабочего тела, увеличение вязкости жидкости с понижением температуры, что приводит к увеличению времени срабатывания потребителей; зависимость работы агрегатов от окружающей температуры; повышение утечек и опасность пожара с ростом температуры жидкости, кавитация жидкости (выделение воздуха из жидкости и образование воздушных пробок) с подъемом на высоту. Повреждения агрегатов и трубопроводов, связанные с потерей герметичности, могут привести к выбросу жидкости, что приведет к отказам гидросистемы.

Гидравлическая система самолета состоит из сети (системы) источников давления и сети (систем) потребителей.

В сети источников давления установлены источники давления, управляющие распределительные устройства, предохранительные устройства и др., а в сети потребителей – гидроприводы, управляющие распределительные устройства и др. Основные агрегаты системы с насосом постоянной производительности показаны на рис. 12, основные агрегаты системы с насосом переменной производительности - на рис. 13.

В каждой из сетей имеются: элементы управления, контроля и сигнализации – рычаги, переключатели, рукоятки (элементы управления); элементы контроля – приборы, речевая информация, кадры КИСС; элементы сигнализации – светосигнальные табло, лампы, мнемознаки, сирена, звуковой сигнал в наушники.

Гидроприводы потребителей преобразуют энергию жидкости в механическую работу. К ним относятся гидроцилиндры (в системе уборки и выпуска шасси, в системах управления дверями и т. д.), гидроусилители (в системах управления), приводы стеклоочистителей.

Рис. 12. Схема гидравлической системы с насосом
постоянной производительности

Рис. 13. Схема гидравлической системы с насосом
переменной производительности

К управляющим распределительным устройствам в гидросистемах относятся краны с электродистанционным управлением и краны с ручным управлением.

Источниками давления в гидросистеме являются насосы. Они подразделяются:

– по назначению – на основные и резервные;

– по конструкции – на шестеренчатые, плунжерные (аксиально-поршневые) и насосы, состоящие из двух: плунжерного и шестеренчатого;

– по виду привода – с приводом от самолетного двигателя, от электродвигателя, от гидродвигателя, от воздушной турбины, с ручным приводом.

Шестеренчатыенасосы имеют постоянную производительность, которая зависит от частоты вращения двигателя, плунжерные – переменную (регулируемую) производительность. Переменная производительность насосов плунжерного типа зависит от давления за насосом: чем выше давление, тем ниже производительность насоса. Насосы шестеренчатого типа более надежны, т. к. просты в изготовлении, но в гидросистемах с такими насосами требуется установка дополнительного агрегата – автомата разгрузки для переключения подачи жидкости в бак при выключенных потребителях. В гидросистемах с насосами переменной производительности такое переключение осуществляется автоматически регулятором насоса. Примером насоса, состоящего из двух, является насос НП107 в гидросистеме самолета Ан-124. Этот насос состоит из основного и откачивающего. Основной насос – плунжерного типа переменной подачи – служит для создания давления в гидросистеме. Второй насос – шестеренчатый – прокачивает жидкость в зависимости от температуры в гидробак.

Преимуществом гидросистемы с насосами переменной производительности является плавная разгрузка насосов, что уменьшает гидроудары. Недостатком систем с насосами постоянной призводительности является необходимость установки автомата разгрузки, который создает колебания давления, за счет чего сокращается долговечность работы системы.

Резервными источниками давления в гидросистеме могут быть насосные станции, гидротрансформаторы, турбонасосные установки, ручные насосы. Все они различаются по типу привода и по конструкции. Гидротрансформаторы имеют привод от гидродвигателя и работают только при наличии давления жидкости (Ан-124). Турбонасосные установки в качестве привода имеют воздушную турбину, работа которой осуществляется сжатым воздухом, отбираемым от компрессора авиадвигателя (Ан-124) или скоростным напором воздуха (Ту-204).

Кроме того, в качестве резервного источника давления может использоваться гидроаккумулятор, источником энергии которого является сжатый азот. В гидросистеме самолета Ту-154 гидроаккумулятор аварийного торможения обеспечивает аварийное торможение колес, на самолете Ан-12 гидроаккумулятор в левой гидросистеме при падении давления ниже 120 кг/см² обеспечивает торможение колес, аварийное флюгирование винтов и останов двигателей, на самолете Як-42 гидроаккумулятор аварийной тормозной системы обеспечивает аварийное и стояночное торможение колес шасси и управление задним входным трапом.

Пример. Источники давления самолета Ан-124.

На самолете Ан-124 основными источниками давления в каждой гидросистеме служат два насоса НП107 переменной подачи с приводом от соответствующего двигателя. В каждой гидросистеме, кроме основных насосов, предусмотрены резервные источники питания – гидротрансформаторы НС53, турбонасосные установки ТНУ86А и электроприводные насосные станции НС55А-5.

Контролируемые параметры гидросистемы – давление жидкости, уровень жидкости в гидробаке и температура жидкости.

Давление жидкости контролируются по манометрам, табло, мнемознаками (Ил-76, Ил-86, Ан-124), записью в МСРП (Ил-86), по кадру «ГС» КИСС (Ту-204). В зависимости от типа самолета оно может быть 150 или 210 кг/см². При отказе узлов или агрегатов, переключающих систему на режим минимальной производительности (режим «холостого хода»), и срабатывании предохранительных клапанов давление может возрасти до 180 или 240 кг/см² соответственно. При утечке жидкости в гидросистеме давление может понизиться до нуля. В этом случае при падении давления ниже определенного значения загораются светосигнальные табло, предупреждающие экипаж об отказе гидросистемы. Мнемознаки представляют собой зеленые линии со стрелками на мнемосхеме гидросистемы, которые горят при нормальной работе насосов (на Ан-124).В МСРП записывается давление ниже 150 кг/см² (Ил-86). В кадре «ГС» КИСС при нарастании давления за насосами индекс (насоса) белого цвета переходит в рабочее положение зеленого цвета.

Уровень жидкости контролируется по указателям масломеров (Ту-154), системой измерения гидросмеси (Як-42), по светосигнальным табло и лампам (Як-40), записью в МСРП (Ан-124), по кадру «ГС» КИСС (Ту-204, Ил-86). Система измерения гидросмеси обеспечивает цветную подсветку шкалы, а светосигнальные табло или лампы сигнализируют критические уровни жидкости: максимальный или минимальный. В МСРП записывается минимальный уровень в гидробаке. На кадре «ГС» КИСС высвечивается контур бака и цифровое количество жидкости.

Температура жидкости контролируется по термометрам (Ил-76), на кадре «ГС» КИСС (Ту-204), по табло при минимальном уровне (Ан-124), и величина ее зависит от места установки датчика термометра в гидросистеме. Например, на самолете Ил-76 датчик установлен на гидробаке и нормальная температура должна быть не выше 80 °С, а при установке датчика в трубопроводе нормальная температура не выше 120 °С. На самолете Ту-204 датчик установлен в гидробаке и температура жидкости может быть в пределах –20 ...+100 °С.

3.4. Пневматическая система: назначение,
основные эксплуатационные ограничения,
источники давления

Назначение. Пневматическая система (пневмосистема) используется в быстродействующих сервоприводах малой энергоемкости. Она обеспечивает:

– управление заслонками в различных системах (например, противообледенительной на Ил-62);

– аварийное торможение колес (Ил-62), торможение колес, уборка и выпуск шасси и управление механизацией крыла (Як-18Т);

– запуск двигателей, флюгирование винтов и останов двигателей.

Преимуществами пневмосистемы являются: меньшая по сравнению с гидросистемой масса, безопасность в пожарном отношении.

Недостатки пневмосистемы: большое запаздывание при срабатывании системы, ударный характер срабатывания потребителей, сложность фиксации исполнительного механизма в промежуточном положении, необходимость смазки трущихся частей, возможность замерзания конденсата и отказ системы, взрывоопасность.

Источники давления пневмосистемы – баллоны, компрессоры двигателей. Рабочий газ – нейтральный (углекислый) или воздух.

Эксплуатационные данные – рабочее давление в пневмосистемах. Например, на самолете Ил-62 в системе аварийного торможения баллоны заряжаются азотом до давления 180...210 кг/см². Контроль давления осуществляется по манометрам.

3.5. Электрическая система: назначение,
основные эксплуатационные данные

Назначение. Электрическая система (электросистема, система электроснабжения, электрооборудование) служит для питания электроэнергией потребителей. Потребителями электроэнергии являются:

– противообледенительные и обогревательные устройства;

– пусковые устройства для запуска авиационных двигателей и ВСУ;

– электроприводы (электродвигатели, электромагниты и др.);

– осветительные и светосигнальные устройства;

– приборное и радиооборудование ВС.

Виды систем электроснабжения:

– система трехфазного переменного тока постоянной частоты с номинальным напряжением 200/115 В и номинальной частотой 400 Гц;

– система однофазного переменного тока с номинальным напряжением 115 В и номинальной частотой 400 Гц;

– система трехфазного переменного тока напряжением 36 В и частотой 400 Гц;

– система постоянного тока напряжением 27 В.

Преимуществами электросистем являются: быстрота передачи электроэнергии, легкая электропроводка, возможность автоматизации процессов, простота дублирования и локализации повреждений.

Недостатки электросистем: большая масса генераторов, аккумуляторов, электродвигателей, редукторов; понижение надежности при разряжении воздуха; запаздывание исполнения вследствие большой инерционности исполнительных устройств; внесение помех в работу радиооборудования.