РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Работа невидимых сил: Давление

Самолет – это не только «стальные руки-крылья» и «пламенный мотор». Внутри любой современной крылатой машины работают невидимые постороннему взгляду системы, от которых во многом зависит как безопасность, так и экономическая эффективность лайнера. И в этой сфере есть свои проблемы, свои радикальные новшества, своя гонка технологий
Тэги:
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Крыльями самолет, как известно, не машет, однако в нем немало движущихся частей. Это прежде всего аэродинамические рули (рули высоты, руль направления, элероны), но также и механизация крыла (закрылки, предкрылки, интерцепторы), шасси, грузовые двери. Что именно приводит в движение все эти устройства? Традиционно в роли приводов выступала старая добрая гидравлика — сейчас ее постепенно вытесняют электромеханические системы. Электромеханика проще и имеет свои плюсы, но... говорить о том, что гидравлика безнадежно устарела, нельзя. Напротив, гидравличе­ские системы развиваются, становясь все более эффективными и находя свое место в конструкциях лайнеров новейших поколений.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Электро против гидро

На заре авиации управление рулями осуществлялось с помощью мускульной силы человека — пилот нажимал на педаль, с помощью тяг или тросов усилие передавалось к соответствующему аэродинамическому элементу, и тот начинал двигаться. Все это продолжалось до тех пор, пока размеры рулей и скорости летательных аппаратов не выросли настолько, что человеку оказалось 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 системе, а клапаны, механически связанные с системой управления (с теми же тросами), в нужное время открывались и запускали работу поршней, помогавших человеку совладать с рулями. С появлением системы Fly-by-wire клапаны стали электромеханическими и управляли ими путем подачи электрического сигнала из кабины пилота.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Следующим шагом, как вроде бы подсказывает нам естественный ход событий, должна стать полная замена гидравлических приводов на электрические — зачем связываться с насосами и трубопроводами с находящейся в них жидкостью под огром­ным давлением, если можно просто протянуть провода к электромотору? Почему же этот переход до сих пор не произошел, спросили мы Юрия Лебедева — менеджера по проектам российского отделения всемирно известной корпорации Eaton, специализирующейся на разработке и производстве высокотехнологичной начинки для лайнеров всех ведущих авиапроизводителей в мире.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

«Тенденция налицо — постепенный переход от гидравлики к электромеханике происходит, но надо понимать, что это путь долгий, — говорит Юрий Лебедев. — Начало ему было положено уже достаточно давно: еще в Boeing 727 и 737 ставили электроприводы на второстепенные аэродинамические элементы вроде закрылков, а также на механизм перекладки стабилизатора. Дело однако в том, что преобразование электрической энергии в механическую в условиях воздушного судна представляет определенные проблемы с точки зрения и КПД, и весовых характеристик самолета. Попросту говоря, мощный электропривод, который необходим для поворота руля на большом лайнере, оказывается слишком тяжелым, и в этом смысле гидравлика пока вне конкуренции.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Другое дело — малые формы. Например, разрабатывая систему приводов для бизнес-джетов компании Embraer, мы активно использовали решения, связанные с электроприводами. В силу своих размеров рули и механизация в этих самолетах не испытывают столь больших аэро­динамических нагрузок, а потому электромоторы могут сохранять приемлемые размеры.

То же касается беспилотников. Ведь в конце концов, если говорить о военном их применении, электромеханическая система управления дает большие преимущества в живучести. Если пуля пробьет трубопровод, вся гидравлическая система лишится жидкости и перестанет работать. Если окажется перебитым электрический провод, перестанет работать лишь то устройство, которое он питал».

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Единство в гибриде

Как бы то ни было, но в системе управ­ле­ния большими лайнерами вроде А 380 гидравлика занимает пока весьма заметное место. Правда, в контексте великой борьбы конструкторов за экономичность и против лишнего веса (чего требуют от авиастроителей авиаперевозчики, шокированные по­сто­ян­ным ростом цен на авиакеросин) гидравлические системы претерпевают серьезные технологические мини-революции.

Гигант А 380 — хороший пример внедрения так называемых электрогидростатических приводов — гибридных систем, представляющих собой приводимый в движение электродвигателем насос, который закачивает гидравлическую жидкость в ту или иную полость поршня. Гидроэлектромеханическое устройство является, таким образом, единым агрегатом, к которому нет необходимости тянуть трубопровод с гидравлической жидкостью. Применение этих гибридов снижает потребность в централизованной гидравлической системе лайнера, сокращает ее функции. И здесь неплохо вспомнить о том, что трубопроводы, удерживающие в себе жидкость под высоким давлением, делаются из стали или титана, а потому от количе­ства и протяженности труб, разумеется, серьезно зависит вес лайнера.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Гибридные приводы играют в кон­струк­ции А 380 важную роль, в частности, выступая в качестве основных приводов для элеронов и рулей высоты, а также резервных приводов для руля направления и некоторых спойлеров. Однако в самом большом в истории пассажирском лайнере используется и традиционная гидравлическая система — с передачей давления жидкости по трубопроводам. Правда, и здесь не обошлось без новых веяний.

Давить сильнее

«Eaton стал одной из первых компаний, которые стали создавать авиа­ционные гидравлические системы с давлением 350 атм — в частности, для А380, — рассказывает Юрий Лебедев. — В настоящее время на большинстве эксплуатируемых в мировой авиации лайнеров давление в гидравлике поддерживается на уровне 210 атм. И тут такой скачок! Сначала у нас были проекты военного назначения — мы даже экспериментировали с системами, в которых давление превышает 350 атм. Потом стали работать и с гражданскими воздушными судами. Спроектировав гидравлику для А380, нам удалось сократить вес на целую тонну, что для коммерче­ской авиации весьма серьезное преимущество. Дело в том, что система с более высоким давлением повышает КПД гидравлики и позволяет снизить вес отдельных элементов.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

В чем выгода повышенного давления? Площадь всех потребителей (поршней) уменьшается — ведь при большем давлении им можно передать ту же энергию, приложив ее к меньшей площади. Сокращается площадь — уменьшается вес. Кроме того, уменьшается сечение трубопроводов, что также работает на снижение веса.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Правда, все не так однозначно. Увеличение давления ведет за собой, например, смену материала, из которого делаются корпусы приводов. Если для самолетов с 210 атм они производятся из сплавов алюминия, то при переходе на высокое давление применяются уже титан и сталь — это более тяжелые металлы. Из титана же делаются и трубопроводы. Таким образом, далеко не всегда конструкция, работающая с высоким давлением, обеспечивает выигрыш по весу. Серьезное преимущество удается получить лишь на больших лайнерах типа А380 или Boeing 787″.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Использование более высокого давления в гидравлических системах имеет своей целью не только снижение веса. Для военных самолетов высокое давление позволяет динамичнее двигать рулями, а значит, более активно маневрировать. Если взглянуть на западные решения, то, например, в F-22 применяется переключение режимов с низкого давления на высокое в зависимости от профиля полета. Для маневренности лучше использовать высокое давление. Переключение в обратную сторону дает экономию топлива, так как повышение давления все-таки требует дополнительной энергии».

Самолет с облегчением

Корпорация Eaton тесно сотрудничает и с отечественными авиастроителями, разрабатывая, в частности, гидравлическую систему для будущего среднемагистрального лайнера МС-21, создаваемого в стенах корпорации «Иркут». Эта машина, согласно заявлениям разработчиков, будет воплощать в себе новейшие авиастроительные технологии (в частности, широкое использование композитов) и продемонстрирует значительно более высокие экономические характеристики по сравнению с эксплуатируемыми ныне машинами. В МС-21 будет использована гидравлическая система со стандартным давлением, однако в ее конструкции воплотятся разнообразные оригинальные инженерные решения. В основе этих решений как конструкторские новации, так и работа с новыми материалами, позволяющими заметно снизить вес оборудования и самолета в целом. Например, одна из современных тенденций — переход в изготовлении гибких шлангов для гидросистем с резины к тефлону и кевлару, что делает шланг более легким и долговечным.

«В работе над МС-21 корпорация "Иркут" уделяет большое внимание весовым характеристикам разрабатываемого лайнера, — объясняет Юрий Лебедев, — и все вновь создаваемые системы пристально рассматриваются именно с этой точки зрения. Мы также стараемся найти самые точные решения, стремясь не только уменьшить вес компонентов наших систем, но и правильно разместить эти компоненты на самолете, чтобы сократить, например, протяженность гидравлических трубопроводов. Оптимизация положения элементов гидросистемы ведет к позитивному изменению весовых характеристик. Перед нами стоит амбициозная задача создать систему с самым высоким для самолетов гражданской авиации соотношением производимой энергии к весу».

Загрузка статьи...