Конструкция и лётная эксплуатация воздушных судов. Особенности магистральных самолётов

Бафтинг представляет собой колебания элементов конструкции, обусловленные быстро изменяющимися аэродинамическими силами, вызванными срывным обтеканием впереди лежащих частей самолета. Срыв потока может происходить с крыла при полете на больших углах атаки.

Срыв потока может наступать на околозвуковых скоростях полета вследствие образования ударной волны и отрыва пограничного слоя с поверхности крыла. Это так называемый скоростной бафтинг. Наиболее часто встречается бафтинг хвостового оперения. Спектр частот пульсирующих нагрузок, действующих на оперение, находящееся в вихревом потоке за крылом, весьма широк, и, следовательно, колебания могут возникнуть на частоте, близкой к частоте собственных колебаний конструкции (резонанс).

Под воздействием срыва потока с крыла может возникнуть, например, бафтинг горизонтального оперения. При этом оперение начинает вибрировать, и амплитуды его колебаний быстро нарастают. Разрушение конструкции при бафтинге может происходить по истечении некоторого времени – вследствие явления усталости, а может происходить очень быстро (если энергия возбуждающих сил велика). Кроме того, затенение хвостового оперения приводит к потере эффективности руля высоты, что сказывается на управлении самолетом.

Так как основной причиной бафтинга являются срывы потока при обтекании отдельных частей самолета, то борьба с ним ведется, главным образом, путем улучшения аэродинамической компоновки самолета. Положительные результаты достигаются за счет выноса горизонтального оперения из зоны спутной струи или повышения изгибной жесткости оперения и фюзеляжа.

В ряде случаев полностью устранить бафтинг практически не удается. Поэтому для таких самолетов вводят ограничения на некоторых режимах полета.

Рассмотрим прямое крыло, у которого линия центров давлений расположена впереди оси жесткости. В потоке воздуха при положительном угле атаки на крыле создается подъемная сила, момент от которой закручивает его в сторону увеличения угла атаки. Такая деформация приводит к росту подъемной силы и дальнейшему увеличению угла атаки, и так до тех пор, пока упругий момент, соответствующий кручению крыла, не уравновесит момент аэродинамических сил. В некоторых условиях равновесие крыла оказывается невозможным, и оно под воздействием нагрузки апериодически отклоняется от положения равновесия. Явление статической неустойчивости конструкции в потоке воздуха принято называть дивергенцией, или перекручиванием, крыла, а скорость полета, при превышении которой равновесие между упругими и аэродинамическими моментами конструкции невозможно, – критической скоростью дивергенции.

Критическая скорость дивергенции возрастает с увеличением жесткости крыла при кручении.

Потеря эффективности и реверс элеронов

При отклонении элеронов на консолях крыла создаются дополнительные аэродинамические силы: направленная вверх на половине крыла с опущенным элероном и вниз на половине крыла с элероном, отклоненным вверх. Это приводит к нарушению равновесия самолета относительно оси х, возникновению кренящего момента в сторону крыла с поднятым элероном.

Под эффективностью элеронов обычно понимают реакцию самолета на их отклонение. Если при отклонении элеронов угловая скорость крена нарастает быстро, элероны эффективны. Если самолет вяло реагирует на отклонение элеронов, то эффективность их низка. Реверс элеронов – это обратное действие элеронов, т. е. явление, при котором движение крена происходит в сторону крыла с опущенным элероном.

Потеря эффективности элеронов и реверс элеронов связаны с упругостью конструкции, обуславливающей такие деформации крыла, при которых происходит уменьшение эффективности кренящего момента и даже изменение его знака. При отклонении элеронов на участках крыла, занятых элеронами, возникает дополнительная нагрузка. Упругое крыло от этой нагрузки закручивается. Так как элероны расположены у задней кромки крыла, то крыло с опущенным элероном закручивается на уменьшение углов атаки сечений, а с поднятым элероном – на увеличение углов атаки. Чем больше приращение подъемной силы вследствие закрутки крыла, тем меньше силы на крыле, обусловленные отклонением элеронов, и ниже эффективность последних.

Величина приращения подъемной силы, вызванная закруткой крыла, растет с увеличением скоростного напора, а величина приращения подъемной силы, обусловленная отклонением элеронов, от скоростного напора практически не зависит. В результате с ростом скоростного напора разность между этими величинами уменьшается и при некотором его значении становится равной нулю. Элероны при этом полностью неэффективны. Скорость полета, соответствующую полной потере эффективности элеронов, называют критической скоростью реверса элеронов.

Элероны, расположенные в средней, более жесткой части крыла, в меньшей степени влияют на деформации крыла и поэтому сохраняют свою эффективность до больших чисел М полета.

«Всплывание» элеронов

«Всплыванием» элеронов принято называть одновременное отклонение элеронов в одну сторону. Возможность «всплывания» объясняется упругостью проводки управления и наличием в ней люфтов.

Отклонения элеронов за счет «всплывания» могут составлять 4—5°.

Одновременное отклонение элеронов вверх приводит к появлению кабрирующего момента. Если крыло прямое, момент, как правило, невелик и легко парируется отклонением рулей высоты. У самолета со стреловидным крылом момент на кабрирование получается значительным. Это может привести к выходу самолета на недопустимо большие углы атаки.

«Всплывание» элеронов может произойти также из-за температурных деформаций конструкции крыла и проводки управления. Уменьшение влияния «всплывания» элеронов на характеристики устойчивости и управляемости самолета можно обеспечить, увеличивая жесткость проводки управления, снижая величины шарнирных моментов элеронов или же принимая меры, направленные на уменьшение кабрирующего момента. Для уменьшения кабрирующего момента элероны располагают в средней части стреловидного крыла или выполняют каждый из двух секций: внутренней, которая работает в течение всего полета, и внешней, которая вступает в работу лишь на взлете и посадке.

Источники давления гидросистемы

Принцип работы гидросистемы

Для приведения в действие подвижных элементов систем и агрегатов на самолете используют различные виды энергии. В зависимости от вида используемой энергии системы бывают гидравлические, газовые и электрические.

Применение гидравлических приводов на самолете вызвано их сравнительно малыми габаритами и массой, большим быстродействием и малой инерционностью частей исполнительных механизмов (в отличие от электродвигателей), простой фиксацией промежуточных положений исполнительных механизмов (в отличие от воздушных приводов). Масса и габариты гидравлического агрегата составляют примерно 10—20% массы и габаритов электрического агрегата подобного назначения и той же мощности.

Гидросистема самолета представляет собой сочетание двух частей: сети источников давления и сети потребителей.

Сеть источников давления предназначена для создания рабочего давления, аккумулирования энергии, регулирования давления в системе, распределения по потребителям и размещения некоторого запаса жидкости.

Сеть потребителей состоит из отдельных частей, каждая из которых предназначена для привода в действие какого-либо механизма.

Для обеспечения надежности и дублирования по гидропитанию потребителей гидросистема магистрального самолета имеет, как минимум, три независимых гидравлических подсистемы. Потребители гидросистем, влияющие на безопасность полетов, имеют дублированное гидропитание, т. е. работают от двух, трех, а на четырехдвигательном самолете даже от четырех гидросистем. Менее ответственные потребители и потребители, которые работают только на земле, управляются от двух или одной гидросистемы.

К основным потребителями гидросистемы относятся:

– органы основного управления полетом;

– предкрылки;

– закрылки;

– спойлеры;

– система уборки и выпуска опор шасси;

– система торможения колёс шасси;

– управление поворотом колес носовой опоры шасси;

– реверс тяги двигателей.

Основными источниками гидравлической мощности в гидросистемах являются механические насосы переменной производительности, работающие от двигателей.

Примечание: Насос переменной производительность имеет режим максимальной производительности при работающих потребителях и режим минимальной производительности при не работающих потребителях. Производительность насоса изменяется автоматически в зависимости от давления в гидросистеме. Минимальная производительность насоса необходима для охлаждения и смазки самого насоса.

Гидросистема с насосами переменной производительности используется в качестве основной на большинстве магистральных самолетов гражданской авиации. Повышение давления здесь создается аксиальными плунжерными насосами переменной производительности.

При выключении потребителей и достижении определенного давления, близкого к рабочему давлению гидросистемы, срабатывает автоматическое устройство, и производительность насоса уменьшается до минимальной, которая необходима для его смазки и охлаждения. Этот расход жидкости поддерживается дросселем минимального расхода, а охлаждение жидкости происходит в теплообменнике.

При включении потребителей и понижении давления жидкости насос перенастраивается на полную производительность.

Преимуществом гидросистемы с насосами переменной производительности является плавная разгрузка насосов, что уменьшает гидроудары.

Давление в гидросистеме, создаваемое при минимальной производительности насосов (при неработающих потребителях) составляет 210 кг/см?. Кроме этого к основным параметрам гидросистемы относится количество гидрожидкости в баках гидросистем и температура жидкости.

В каждой гидросистеме кроме основных насосов предусмотрены резервные источники питания. В качестве таких используются гидротрансформаторы, установленные между гидросистемами, а также турбонасосные установки и электрические насосные станции. Иногда используются ручные гидронасосы.

Резервным источником давления в гидросистеме является электронасосная станция, предназначенная для создания давления в гидросистеме при отказе двигателя или при работе на земле.