Пневматические системы

Назначение газовых систем

Пневматические системы предназначены для обеспечения пневматической энергией различных под­систем механизации управления взлетом и посадкой, обеспечения жизнедеятельности экипажа, создания условий работы оборудования, которые нуждаются в автономных бортовых источниках энергии.

Од­ним из таких источников энергии является сжатый газ (воздух, азот и др.) в баллонах, расположенных в самолете. Такой источник энер­гии имеет ряд преимуществ перед другими по определяющим пара­метрам.

1.Высокий уровень потенциальной энергии, готовый к действию независимо от других видов энергии. Энергия сжатого газа использу­ется как на земле так и в полете. На земле — для управления и тор­можения самолета при его перекатке, механизации работ (открытия фонаря, грузовых люков и т.д.). Баллоны заряжаются газом под дав­лением 15...35 МПа.

2.Высокая силовая напряженность газовых систем. Рабочее давление в сети до 35 МПа.

3.Быстродействие газовой системы достаточно высокое. Оно оп­ределяется в основном длиной трубопроводных магистралей.

4.Полная пожаробезопасность.

В газовых системах самолетов при давлении 15 МПа применяет­ся воздух, при больших давлениях до 35 МПа — азот.

Обычно в газовых системах используются сухие газы, очищен­ные от механических примесей во избежание засорения системы ме­ханическими частицами, что может вызвать нарушение герметичнос­ти клапанов. Наличие влаги внутри системы может привести к кор­розии, а главное — к образованию льда при понижении температуры газа ниже 0°С за счет его расширения при снижении давления или за счет охлаждения окружающей средой.

Вместимость баллонов сжатого газа определяется теми задачами, которые выполняет газовая система. Для повышения компактности газ находится в нескольких круглых баллонах, соединенных общей газовой магистралью. Для повышения надежности газовая система разделяется на полностью автономные подсистемы со своими балло­нами и исполнительными механизмами. Это относится к аварийным системам, выполняющим часть функций основной системы, при пол­ном отказе основной системы.

Обычно баллоны заряжаются сжатым газом от наземных стацио­нарных или перевозочных установок, но на больших самолетах име­ется иногда автономный компрессор для подачи давления к газовым системам, который имеет привод от двигателей или от электрической сети самолета.

Контроль за наличием газа в баллонах осуществляется манометра­ми, установленными в кабине летчика и других местах, удобных для обзора техническим персоналом. Герметичность кранов и клапанов должна быть очень высокая, чтобы избежать потерь сжатого газа в полете, после срабатывания агрегатов системы при взлете или в полете. Обычно применяются электроклапаны кратковременного дей­ствия, которые по электрическому сигналу открывают доступ сжа­того газа к исполнительному механизму, а после срабатывания меха­низма электрокран вновь перекрывает подачу газа.

Преобразование энергии давления газа в механическую работу обычно происходит в пневматических цилиндрах, в которых сжатый газ преодолевает противодействие на штоке поршня внешних нагру­зок и сил трения соединения поршня с цилиндром. Так как в отли­чие от жидкости газ сжимаем, то ход поршня пневмоцилиндра рав­номерным получить нельзя. Скорость хода штока пневмоцилиндра будет определяться скоростью заполнения цилиндра газом, противо­давлением со стороны штока и силами трения в цилиндре. Силы тре­ния покоя больше силы трения движения, поэтому даже при медлен­ной подаче газа поршень будет перемещаться рывками, неравномер­но, в отличие от гидроцилиндра, в котором скорость движения пор­шня зависит только от скорости заполнения жидкостью цилиндра. Поэтому в газовой системе все цилиндрово-поршневые механизмы имеют только два рабочих фиксированных положения: убрано или выпущено.

Роторные механизмы не применяются из-за ограниченного запа­са газа на самолете.

Сжатый газ в системе редуцируется до нужного давления, при котором работает потребитель, при необходимости газ редуцируется на изменяемое по величине давление для управления каким-либо про­цессом, например торможением колес.

Сжатый азот применяется для заполнения надбакового простран­ства в целях недопущения взрывоопасной концентрации паров топ­лива с кислородом воздуха. Эта проблема особенно важна для сверх­звуковых самолетов, где корпус самолета, а следовательно, и топли­ва в баках подвергаются аэродинамическому нагреву, кроме того, соседство топливных баков с двигателями также приводит к нагре­ву топлива и повышению взрывоопасности.

Сжатый газ применяет­ся для поддавливания радиоблоков; повышения высотности работы радиооборудования; поддавливания гидробаков в целях предотвра­щения кавитации гидронасосов; заполнения шлангов герметизации откидной части фонаря, люков и т.д.; выдавливания антиобледенительной жидкости в зону образования льда и т.д.

Массовая отдача электрических аккумуляторов составляет 0,01 кг/кВт, в то время как массовая отдача заряженных газовых балло­нов составляет 0,5 кг/кВт, т.е. запасенной энергии на 1 кг массы в электрических аккумуляторах значительно больше, чем в газовых баллонах. Но исполнительные механизмы газовых систем — пневмоцилиндры значительно легче и дешевле исполнительных электроси­ловых приводов, поэтому массовая отдача системы с аккумулирован­ной энергией сжатого газа и исполнительными механизмами в виде пневмоцилиндров выше, чем электрической системы с аккумулято­рами и электромеханическими исполнительными механизмами. Кроме того, баллоны и пневмоцилиндры просты в эксплуатации и дешевле при изготовлении.

Все это создало условия для широкого применения газовой сис­темы на самолете в качестве энергетической системы, обеспечиваю­щей работы механизмов при неработающих двигателях. Автономность газовой системы обусловила ее применение в качестве дублирующей и аварийной систем, повышающих надежность самолета. Заправку газовых систем самолета производят азотом или воздухом, отвеча­ющим техническим данным. Азот газообразный по ГОСТ 9293-74 получается из атмосферного воздуха способом глубокого охлажде­ния. Газообразный азот - инертный газ без цвета и запаха, плотностью 1,250 кг/м³ при 0°С и давлении 101,3 кПа. Объемная доля кислоро­да не более 1%. Массовая концентрация водяных паров в газообраз­ном азоте при 20 °С и 101,3 кПа не более 0,02 г/м³, что соответству­ет осушенности до точки росы — 35°С и ниже, замеренной при давле­нии 15 МПа и выше. Сжатый воздух получают из атмосферного, очи­щают и осушают до точки росы, как и азот газообразный.

1 кГ/см² = 98,065 Па.

1 Па = 0,000010 кГ/см²

1 МПа = 10,1972 кГ/см²