Матвеенко А.М. (ред.) - Системы оборудования летательных аппаратов - 2005

Состав и принципы действия современных систем оборудования 21

ft, км

Рис. 1.2. Области применения различных средств аварийного покидания JIA:

1 — область прыжков с парашютом, принудительного покидания вертолета, спасения пас­ сажирского отсека фюзеляжа на парашютах; 2 — область применения открытых КК, обору­ дованных телескопическим или комбинированным стреляющим механизмом, системой ста­ билизации с использованием комплекта кислородного оборудования с ВКК или ВС; 3 — область аналогична области 2, но с применением аэродинамической защиты от воздействия воздушного потока и эффективной системы стабилизации; 4 — область аналогична области 3, но с применением дополнительного усовершенствованного защитного снаряжения; 5 — область применения индивидуальных герметических капсул (m/(cxf ) < 1000 кг/м2); 6 — об­ ласть применения индивидуальных и групповых отделяемых кабин (m/(cxF) > 1000 кг/м2)

■энергичном вводе в поток парашютной спасательной системы и быстром наполнении основного купола парашюта;

■интенсификации и автоматизации всего процесса спасения.

Спасете экипажей на больших индикаторных скоростях полета ЛА может быть обеспечено безопасной траекторией движения ка­ тапультируемой системы с экипажем относительно ЛА, защитой его от воздействия воздушного потока и недопустимых перегрузок при свободном движении катапультируемой системы.

Современное снаряжение — высотно-компенсирующие кос­ тюмы (ВКК), гермошлемы (ГШ), высотные скафандры (ВС) при наличии средств фиксации летчика в КК обеспечивают его защи­ ту при катапультировании на скоростях до Vt = 1200 км/ч, а при наличии на кресле средств аэродинамической защиты — до V/ = = 1200... 1350 км/ч.

Спасение экипажей на больших индикаторных скоростях по­ лета ЛА может быть обеспечено применением катапультируемых

систем закрытого типа, индивидуальных герметических капсул или отделяемых кабин.

22 Состав современных систем оборудования JIA, стартовая масса

Безопасность применения катапультируемых систем на боль-

тттих индикаторных скоростях полета определяется величиной пе­ регрузки, действующей на экипаж после отделения системы от JIA.

Величина предельно переносимой перегрузки может быть обес­ печена соответствующим выбором параметра m/(cxF) (т — масса катапультируемой системы с экипажем; сх и F — коэффициент со­ противления и площадь миделя системы) и применением эффек­ тивных средств стабилизации.

Спасение экипажей на больших высотах и числах М полета JIA может быть осуществлено с помощью систем стабилизации при спуске катапультной установки после оставления JIA и ИСОЖ в условиях малой плотности и низких температур.

Катапультирование в открытой катапультной установке в ус­ ловиях сверхзвуковых скоростей при числах М > 1,5...2 сопровож­ дается повышением местного давления потока на человека. Вы­ сотное и защитное снаряжение в этих условиях должно обеспе­ чивать необходимую защиту членов экипажа.

При аварийном покидании JIA на больших высотах и числах М полета, особенно при спасении с воздушно-космического JIA, требуется эффективная защита экипажа и катапультируемой сис­ темы от аэродинамического нагрева, от действия больших пере­ грузок при входе системы в плотные слои атмосферы.

Нагрев катапультируемой системы происходит вследствие пере­ хода кинетической и потенциальной энергии в тепловую, определя­ емую скоростью и высотой полета в момент оставления J1A Необ­ ходимо предотвратить или ограничить до определенных пределов теплоприток к телу человека от нагретой поверхности снаряжения и тем самым исключить возможность ожогов кожи. В случае при­ менения открытых КК переносимость «тепловой границы» будет определяться величиной равновесной температуры tB в зоне пол­ ного торможения потока. Современные материалы, применяемые для изготовления снаряжения летчика, допускают температуру 200 °С и ограничиваются теплопритоком q = = 1400 Вт/м2.

Для снижения величины максимальных перегрузок при этом целесообразно кабину выполнять так, чтобы она обладала аэро­ динамическим качеством.

В соответствии с рассмотрением областей применения различ­ ных средств аварийного покидания на рис. 1.2 определена об­ ласть, ограниченная кривыми ВТ и ДЕ, в которой возможен го­ ризонтальный полет ЛА.

Нижняя условная граница определена индикаторной скоро­ стью Vt = 1600...1800 км/ч, а далее нагревом конструкции ЛА (tt — = 800 °С), верхняя — минимально эволютивной скоростью гори­ зонтального полета КП 1)ПЭ. Там же вверху нанесена условная кри­ вая АБ для Vt = 100 км/ч как граница динамического потолка са­

Состав и принципы действия современных систем оборудования 23

молетов с возможностью применения КК открытого типа в соче­ тании с кислородным оборудованием и высотным снаряжением.

В левой части рисунка обозначены условные границы по до­ пустимому удельному теплопритоку q < 1400 Вт/м2 от аэродина­ мического нагрева, проникающему через снаряжение к телу че­ ловека, по нагреву элементов кресла до равновесной температуры tB = 200 °С и /в = 300...400 °С. При Vt > 1400 км/ч для обеспечения спасения экипажа можно применять отделяемые кабины, кото­ рые наряду с обеспечением спасения экипажа в широком диапа­ зоне высот и скоростей полета могут упростить снаряжение эки­ пажа и улучшить физиолого-гигиенические условия в полете.

Все это убедительно показывает, что для полетов самолетов в новых диапазонах высот и скоростей необходимо непрерывное совершенствование систем аварийного спасения экипажей.

Рассмотрим другой пример — развитие системы управления (СУ) самолетами.

Дополнительные источники энергии для выполнения опе­ раций управления на самолетах впервые были применены в 1930-е гг. для уборки-выпуска шасси и тормозных колес, а затем

идля привода элементов механизации крыла.

Всвязи с ростом скоростей полета и массы JIA потребовалось установить следящие приводы на всех поверхностях управления. Основные этапы развития СУ самолетов подробно изложены

в разд. 11.1.

Качественно новый этап развития систем управления JIA позволяет говорить о влиянии «активных» СУ на конфигурацию самолета [46], поскольку возможности таких систем полностью реализуются лишь на самолетах с особой аэродинамической ком­ поновкой, адаптивной к режимам полета, в ряде случаев — статиче­ ски неустойчивой, с управляемым вектором тяги. На рис. 1.3 по­ казано, как изменяется облик самолета с «активными» СУ подъ­ емной, боковой силами и вектором тяги двигателя. На рис. 1.3, а

Рис. 1.3. Облик самолета с непосредственным управлением подъемной и боковой силами:

а — с шестью управляющими поверхностями и вектором тяги; б — с десятью управляющими поверхностями

24 Состав современных систем оборудования J1A, стартовая масса

показан самолет, у которого используются цельноповоротные по­ верхности управления (три по курсу — два хвостовых руля направ­ ления и один подфюзеляжный и три по тангажу — две консоли крыла и плоское сопло двигателя), а на рис. 1.3, б — самолет, у ко­ торого применены адаптивное крыло (управляемые в полете пред­ крылки, закрылки и элероны), создающее управляющие силы сов­ местно с цельноповоротным горизонтальным оперением (ЦПГО), а также руль направления и воздушный тормоз.

Активные системы могут перераспределять подъемную силу вдоль крыла по сигналам перегрузки раздельным отклонением за­ крылков и элеронов. При этом равнодействующая подъемной силы будет ближе к плоскости симметрии самолета, что уменьшит дей­ ствующий изгибающий момент и, как следствие, снизит массу крыла.

Для высокоманевренных самолетов при одновременном от­ клонении закрылков, предкрылков и горизонтального оперения по специальным законам (с помощью электрогидравлических приводов) появляется возможность управлять подъемной силой, не выходя на большие углы атаки. При этом уменьшаются разме­ ры горизонтального оперения.

Применение адаптивного крыла самолета с изменяемой кри­ визной в зависимости от условий полета позволяет (для самолета F-111 [47]) увеличить радиус действия на 15%, установившиеся перегрузки — на 20 %, высоту полета — на 25 %, аэродинамичес­ кое качество — на 20%.

Активные СУ, как показывают результаты испытаний, снижа­ ют уровень перегрузок при полете в турбулентной атмосфере, что увеличивает ресурс конструкции JIA и улучшает условия работы экипажа. На рис. 1.4 в форме частотных характеристик приведены результаты летных испытаний, свидетельствующие об эффектив­ ном уменьшении вертикальной и боковой перегрузок.

1И	_7	.рад'1
	.рад		Рис. 1.4. Демпфиро­
(Рр.б, ЦПГО		d*p.H
			вание колебаний вер­
			тикальной и боковой
			перегрузок	самоле­
			та, вызванных упру­
			гими деформациями
			фюзеляжа:
			только систе­
			мой управления поле­
			том;	системой
			управления	полетом и
	Частота, Гц	Частота. Гц	системой подавления
			упругих колебаний

Оценка совершенства систем оборудования JIA

25

Для работы перечисленных систем активного управления не­ обходимо создание новых типов высокоточных надежных электрогидравлических приводов, датчиков, СУ с использованием вы­ числительных машин. Одной из особенностей таких систем яв­ ляются многократно резервированные гидравлические системы значительных мощностей.

1.3. ОЦЕНКА СОВЕРШЕНСТВА СИСТЕМ ОБОРУДОВАНИЯ ЛА

Вопрос о степени совершенства применяемых на ЛА систем оборудования возникает всякий раз, когда при проектировании сравниваются конкурирующие варианты и выявляются преиму­ щества и недостатки того или иного решения. В большинстве слу­ чаев приходится рассматривать особенности систем и их элемен­ тов с самых различных сторон.

В государственных общесоюзных стандартах (например, ГОСТ 2.114—95) выделены следующие основные группы показателей качества продукции.

1.Показатели назначения, в том числе:

■показатели функциональные и технической эффективности (производительность, мощность, грузоподъемность, скорость

ит.д.);

■показатели конструктивные (масса, габаритные размеры и т.д.);

■показатели состава и структуры (например, для материалов, природного сырья и топлива такими показателями являются процентное содержание легирующих добавок в сталях, содер­ жание серы в коксе, концентрация различных примесей в кис­ лотах и т.д.).

2. Показатели надежности, в том числе:

■показатели безотказности (вероятность безотказной работы, средняя наработка на отказ и т.д.);

■показатели долговечности (средний ресурс, назначенный ре­ сурс, гамма-процентный ресурс и т.д.);

■показатели ремонтопригодности (время восстановления рабо­ тоспособного состояния и т.д.);

■показатели сохраняемости (средний срок сохраняемости и т.д.).

3.Показатели экономного использования сырья, материалов, топлива, энергии и трудовых ресурсов (удельный расход основных видов сырья, материалов, топлива и энергии на единицу основ­ ного показателя качества продукции; удельная масса изделия на единицу основного показателя качества; коэффициент использо­ вания материальных ресурсов — отношение полезного расхода к расходу на производство единицы продукции или работы и т.д.).