Определение эксплуатационного диапазона изменения параметров гидравлической системы в зависимости от условий работы

УДК 629.735.062

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО ДИАПАЗОНА ИЗМЕНЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УСЛОВИЙ РАБОТЫ

М.А. БОБРИН, Л.Г. КЛЕМИНА

Статья представлена доктором технических наук, профессором Ципенко В.Г.

Для оценки ширины поля допуска изменения параметров гидравлической системы в процессе работы получены математические выражения зависимости температуры рабочей жидкости гидросистемы летательных аппаратов от температуры окружающей среды, скорости движения жидкости и длины трубопровода.

Ключевые слова: гидравлическая система летательных аппаратов, контроль, эксплуатационный диапазон изменения параметров.

Ширина поля допуска изменения параметров определяется допусками производственными, ремонтными и эксплуатационными. Эксплуатационный диапазон изменения параметров гидравлических систем зависит от условий работы системы: температуры рабочей жидкости, окружающей среды, параметров рабочей жидкости и этапов полета.

Во время контроля в гидравлической системе, прежде всего, проверяется давление, а оно определяется сопротивлением сети и величиной нагрузки.

Сопротивление сети трубопроводов гидравлической системы, в свою очередь, зависит от вязкости жидкости, а она меняется с изменением температуры рабочего тела.

Насосы находятся на двигателях, в результате чего они нагреваются, и нагревается рабочая

жидкость. Далее она, двигаясь к потребителю, идет в негерметичные части летательного аппарата,

где температура низкая, в том числе и равная температуре окружающей среды, т.е. - 50°С - 60°С.

Для определения потерь давления, т.е. давления, контролируемого в точке, нужно знать, как изменяется вязкость, зависящая от температуры и длины трубы. А для этого нужно найти зависимость температуры рабочей жидкости от длины трубы, т. е. времени прохождения в негерметичной части при движении с заданной скоростью в среде, имеющей низкую температуру (контурные подсистемы потребителей), или как быстро понижается температура жидкости в тупиковых трубопроводах.

Для получения зависимости г = Г(х, V, 1;ос,...) было взято дифференциальное уравнение энергии [1 - 4]

,31, Э1 ч Э \ Э1, Э 2г РСр-(Уг— + ^ —) = Х-( — +

Эг Эх Эг2 гЭг Эх2

где V, V-, vx - скорость движения жидкости, ее радиальная и продольная составляющие; 1ос -температура окружающей среды; р - плотность жидкости; ср - теплоемкость при постоянном давлении; г, х - радиальная и продольная координаты; г - температура жидкости, X - коэффициент теплопроводности.

С использованием законов Ньютона и Фурье из этого уравнения с учетом коэффициента теплоотдачи жидкости аж, коэффициента теплоотдачи окружающей среды аос, толщины стенки трубы 5 и коэффициента теплопроводности стенки Хст получено уравнение [5; 6]

Э2‘ РСР"х Э. + Очи - 1ж) = 0.

Эх2 X Эх гХ Решение этого дифференциального уравнения второго порядка получается в виде

Рср их

Й Хж

где Й2 =--------------

2 2 2 Р сР^х +4 0^

Хж гХж

, а 1ж - коэффициент теплопроводности рабочей жидкости.

От температуры жидкости зависит коэффициент кинематической вязкости V. С помощью аппроксимации для жидкости НГЖ-4 получена зависимость коэффициента кинематической вязкости от температуры жидкости

V =

Он, в свою очередь, определяет величину коэффициента трения Хтр. Коэффициент трения при имеющем место в гидросистеме летательных аппаратов ламинарном режиме течения равен

= 64 = 64п

^ = Ёе = ^^.

Давление в гидравлической системе в выбранной точке контроля зависит от сопротивления сети и величины нагрузки, а сопротивление определяется величиной потерь давления Рп

Р =1 - • ^х,

п ^ а р%

где 1 - длина трубопровода; ё - длина трубопровода.

В результате получена следующая зависимость, определяющая диапазон изменения давления в связи с потерями в сети [7]

Р = 32^

ё2В

Г \3,44

'______________248,8 А

.(11 -1 ос )еЙрх +78,8 +1 о

ос ос

Из нее следует, что изменение величины давления определяется:

1) колебаниями скорости движения жидкости (исполнительных механизмов);

2) температурой жидкости на входе в трубопровод 11;

3) температурой окружающей среды 1ос;

4) временем наработки жидкости т, которое определяется из зависимости коэффициента кинематической вязкости V от времени наработки V = Г(т).

Значения этих параметров зависят от этапов полета, поэтому следует говорить о диапазоне изменения давления на каждом этапе.

Прежде всего, каждый этап полета соответствует своей частоте вращения двигателя, что определяет подачу насоса и скорость движения жидкости.

На рис. 1 изображена зависимость АР = { (11, 1), где АР1, ДР2 - изменение давления с учетом скорости утечек жидкости 1,5 л/мин. 3 л/мин.; ДР3, ДР4 - изменение давления при скорости

движения жидкости, равной 10 м/с и 15 м/с; ДР33, ДР44 - изменение давления в 1,3 раза при увеличении времени наработки.

Зависимость изменения давления ДР = { (0, 1о.с.) от расхода 0 и температуры окружающей среды для различных этапов полета представлена на рис. 2. Здесь показаны диапазоны изменения параметров на следующих этапах полета: а - взлет; Ь - набор высоты; с - крейсерский полет; ё - снижение; е - посадка.

Для двигателя ПС-90 был просчитан разброс скорости движения жидкости, который составляет от +4% до -8% от номинального АР, такой же разброс имеет и значение давления, поскольку зависимость АР = А^х) линейная.

Рис. 1

Рис. 2

Скорость движения исполнительных механизмов, например рулей, меняется от 1°/с до 30°/с. Это приводит к изменению давления АР на высоте крейсерского полета от 0,03АРтах до АРтах для конкретной трубы.

На крейсерском режиме средняя ^ на выходе из насоса изменяется от 75°С до 25°С [2] , что дает увеличение АР в 3,8 раза.

Коэффициент кинематической вязкости V при увеличении времени наработки изменяется в диапазоне от 8,93 сСт до 6,62 сСт, это дает уменьшение АР в 1,3 раза.

ЛИТЕРАТУРА

1. Болгарский А. В., Мухачев Г. А., Щукин В.К. Термодинамика и теплопередача. - М.: Высшая школа, 1975.

2. Сушкин И. Н. Основы теплотехники. - М.: Металлургиздат, 1958.

3. Лыков А.В. Тепломассообмен: справочник. - М.: Энергия, 1978.

4. Шорин С. Н. Теплопередача. - М.: Высшая школа, 1964.

5. Матвиенко А. М., Зверев И. И. Проектирование гидравлических систем летательных аппаратов. - М.: Машиностроение, 1982.

6. Бобрин М.А., Клемина Л.Г. Влияние окружающей среды на диапазон изменения температуры рабочей жидкости гидравлических систем летательных аппаратов // Научный Вестник МГТУ ГА. - 2011. - № 172. - С. 153 - 155.

7. Бобрин М.А., Клемина Л.Г. Определение диапазонов изменения давления жидкости в гидросистемах летательных аппаратов при контроле работоспособности в зависимости от условий ее работы // Научный Вестник МГТУ ГА. - 2012. - № 177. - С. 117 - 118.

DEFINITION OF OPERATING RANGE CHANGE OF HYDRAULIC SYSTEM PARAMETERS ON WORKING CONDITIONS

Bobrin M.A, Klemina L.G

To estimate the width of the tolerance change of the hydraulic system parameters during operation are obtained the mathematical expressions for aircraft hydraulic operating fluid temperature on the environment temperature, the operating fluid velocity and the length of the pipeline.

Key words: hydraulic system of aircraft, monitoring, the operating range of the parameters.

Сведения об авторах

Бобрин Михаил Арчилович, 1985 г. р., окончил МГТУ ГА (2008), аспирант МГТУ ГА, инженер 2-й категории кафедры аэродинамики, конструкции и прочности летательных аппаратов МГТУ ГА, автор 2 научных работ, область научных интересов - контроль и диагностика гидравлических систем летательных аппаратов.

Клемина Людмила Гавриловна, окончила МАИ (1961), кандидат технических наук, доцент кафедры аэродинамики, конструкции и прочности летательных аппаратов МГТУ ГА, автор более 50 научных работ, область научных интересов - контроль и диагностика гидравлических систем летательных аппаратов.