АГРЕГАТ РУЛЕВОЙ

Заявленная полезная модель относится к авиации. Заявленный агрегат рулевой (РА86) является исполнительным механизмом дистанционных систем, предназначенных для перемещения механической проводки управления золотниками рулевых приводов летательного аппарата. Агрегат рулевой является одноканальным электрогидравлическим устройством, преобразующим электрические сигналы в пропорциональную этим сигналам скорость выходного звена.
Заявленный агрегат рулевой может быть предназначен для управления рулем направления, рулем высоты, элеронами, интерцепторами. Поэтому на летательном аппарате обычно устанавливают несколько указанных агрегатов рулевых. В частности, на летательном аппарате может быть установлено 15 агрегатов рулевых:
- для управления рулем направления - 3 агрегата рулевых;
- для управления рулем высоты - 4 агрегата рулевых;
- для управления элеронами - 4 агрегата рулевых;
- для управления интерцепторами - 4 агрегата рулевых.
Из RU 2313699 С2, 27.12.2007, В64С 13/42 известен агрегат рулевой для систем управления объектов с дистанционным управлением исполнительного механизма с дублирующими системами и разными способами управления. В агрегате имеются три отдельные гидросистемы: следящая, кнопочная, ручная. Каждая гидросистема имеет свои отдельные узлы и отсекается от других гидрозамками. В процессе управления объектом возможен выбор управления одной из гидросистем в зависимости от режима работы объекта. При отказе одной из гидросистем, или ее узла, возможен переход на управление другой гидросистемой, а в случае и ее отказа - переход на третью гидросистему. В результате, с одной стороны, повышается надежность, но с другой стороны - усложняется конструкция агрегата и управлением им.
В качестве наиболее близкого аналога выбрано техническое решение, раскрытое в SU 1840018 А1, 27.06.2006, В64С 13/36, из которого известен агрегат рулевой для систем автоматического управления летательных аппаратов. Агрегат рулевой состоит из нескольких каналов, выходные звенья которых жестко соединены между собой. Каждый канал содержит агрегат управления, включающий электрогидравлический усилитель, предназначенный для управления исполнительным цилиндром (исполнительным механизмом), вспомогательный цилиндр с гидромуфтой, датчик коррекции (обратной связи), клапан включения для включения в работу электрогидравлического усилителя и вспомогательного цилиндра и сообщения между собой полостей исполнительного цилиндра при отключения электроклапана включения, клапан коррекции, состоящий из гильзы с дросселирующими отверстиями и отверстием золотника, пружин и опор. Поршни исполнительного цилиндра соединены общим штоком. В результате улучшаются статические характеристики, повышаются надежность и отказобезопасность агрегата рулевого. Однако этот агрегат также имеет достаточно сложную конструкцию, так как все перечисленные узлы, такие как гидроусилитель, вспомогательный цилиндр, золотник выполнены в каждом из каналов управления.
Заявленная полезная модель решает задачу надежности управления механизмами летательного аппарата.
Техническим результатом заявленной полезной модели является создание агрегата рулевого, который имеет простую конструкцию, легко монтируется и демонтируется, который при параллельной работе с другими такими же агрегатами обеспечивает безотказность управления элементами летательного аппарата - рулем направления, рулем высоты, элеронами, интерцепторами, даже в случае выхода из строя одного из рулевых агрегатов. Тем самым обеспечивается безопасность полетов.
Указанный технический результат достигается благодаря тому, что в агрегате рулевом содержащем агрегат управления, исполнительный механизм, датчик обратной связи, выходное звено, согласно заявленной полезной модели агрегат рулевой является одноканальным, агрегат управления содержит корпус, входной фильтр, электрогидравлический усилитель, редукционный клапан, сигнализатор давления, электрогидравлический клапан, в корпусе выполнены каналы для протока рабочей жидкости, при работе агрегата рабочая жидкость через входной фильтр поступает к редукционному клапану, и далее поступает к электрогидравлическому клапану и к распределительному золотнику электрогидравлического усилителя, при включенном электропитании электрогидравлического клапана рабочая жидкость поступает к сигнализатору давления и в полость гидропружины исполнительного механизма, взаимодействующего с выходным звеном и датчиком обратной связи
Выходным звеном в агрегате рулевом является шатун.
В качестве рабочей жидкости можно использовать рабочую жидкость НГЖ-5у ТУ 38.401-58-57-93 или Skydrol LD-4 SAE AS 1241.
Входной фильтр изготовлен из металлической сетки саржевого плетения.
Электрогидравлический усилитель состоит из следующих основных сборочных единиц: преобразователя сигналов, сопел, дросселей, распределительного золотника, заслонки.
Преобразователь сигналов служит для преобразования электрического сигнала (тока) в пропорциональное ему перемещение заслонки и представляет собой поляризованное электромагнитное устройство реверсивного действия с устойчивым средним (нейтральным) положением заслонки при отсутствии тока управления. Преобразователь сигналов содержит магнит, полюса, а также якорь и пружину, соединенные с заслонкой.
Каждый дроссель представляет собой стержень с рядом узких буртов, при этом на каждом бурте для прохода рабочей жидкости выполнена прямоугольная щель. При этом щели на соседних буртах сдвинуты относительно друг друга на 180°.
Редукционный клапан является редукционным клапаном золотникового типа и состоит из следующих основных элементов: гильзы, золотника и пружины.
Исполнительный механизм состоит из первой втулки, второй втулки, поршня, гидропружины и штока. Исполнительный механизм предназначен для преобразования давления рабочей жидкости в механическую энергию поступательного движения поршня, при этом усилие с поршня при помощи симметричной гидропружины передается на шток, а со штока усилие передается на шатун.
Датчик обратной связи является индукционным линейным бесконтактным датчиком, предназначенным для получения сигнала обратной связи. Датчик обратной связи состоит из неявнополюсного статора, в пазах которого расположены обмотка возбуждения и вторичная обмотка, и безобмоточного явнополюсного ротора.
Сигнализатор давления является сигнализатором давления золотникового типа, предназначен для сигнализации о наличии рабочего давления в агрегате рулевом и срабатывает при его понижении до заранее заданного значения. Сигнализатор давления состоит из следующих основных элементов: толкателя, пружины и микропереключателя.
Электрогидравлический клапан предназначен для соединения напорной гидролинии редуцированного давления с гидропружиной исполнительного механизма и представляет собой двухпозиционный, трехходовой электрогидравлический клапан с запорно-регулирующим элементом шарикового типа, управляемым от электромагнита постоянного тока.
На фиг.1 изображен внешний вид агрегата рулевого, на фиг.2 изображен схематический разрез агрегата рулевого, на фиг.3 изображена гидравлическая принципиальная схема агрегата рулевого, на фиг.4 изображена электрическая принципиальная схема агрегата рулевого.
Агрегат рулевой жестко крепится на летательном аппарате с помощью болтов. Подвод гидропитания осуществляется с помощью жестких трубопроводов. Для подвода электропитания служит соединитель 110.
Агрегат рулевой (фиг.2) состоит из агрегата управления 100, исполнительного механизма 101 с датчиком обратной связи 102 и шатуна 103.
Агрегат управления 100 содержит корпус 104, а также следующие сборочные единицы: входной фильтр 105, электрогидравлический усилитель 106, редукционный клапан 107, сигнализатор давления 108, электрогидравлический клапан 109.
Корпус 104 агрегата управления является силовым элементом конструкции, в котором осуществлен монтаж упомянутых сборочных единиц и выполнены каналы для протока рабочей жидкости. На корпусе 104 закреплены пластины с надписями ПОДАЧА, СЛИВ около соответствующих штуцеров (см. фиг.1 и 2), надпись НГЖ и надпись XI около соединителя 110 (см. фиг.1). При хранении и транспортировке на штуцеры и соединитель устанавливаются предохранительные заглушки с уплотнительными кольцами. Заглушки на штуцерах контрятся между собой проволокой и опломбировываются. Герметичность по неподвижным соединениям внутри корпуса обеспечивается резиновыми кольцами с защитными шайбами.
Входной фильтр 105 предназначен для защиты агрегата рулевого от монтажных загрязнений при присоединении его к гидросистеме летательного аппарата. Входной фильтр 105 изготовлен из металлической сетки саржевого плетения.
Электрогидравлический усилитель 106 является двухкаскадным и предназначен для преобразования управляющего сигнала (тока) в расход рабочей жидкости. Электрогидравлический усилитель 106 состоит из следующих расположенных в его корпусе 129 основных сборочных единиц: преобразователя сигналов 112, сопел 113, дросселей 114, распределительного золотника 111 и заслонки 115.
Первый каскад усиления - типа «сопло-заслонка» выполнен по схеме гидравлического моста. Входным параметром первого каскада усиления является ток управления, выходным - перепад давлений на торцах распределительного золотника 111, включенного в диагональ моста. Второй каскад усиления - распределительный золотник 111. Выходным параметром второго каскада является расход рабочей жидкости, определяемый открытием окон в гильзе золотника 111. В качестве рабочей жидкости используют рабочую жидкость НГЖ-5у ТУ 38.401-58-57-93. Допускается также эксплуатация агрегата рулевого на рабочей жидкости СКАЙДРОЛ LD (Skydrol LD-4 SAE AS 1241).
Преобразователь сигналов 112 служит для преобразования электрического сигнала (тока) в пропорциональное ему перемещение заслонки 115. Преобразователь сигналов 112 представляет собой поляризованное электромагнитное устройство реверсивного действия с устойчивым средним (нейтральным) положением заслонки 115 при отсутствии тока управления. Преобразователь сигналов 112 содержит магнит 130, полюса 131, 132, а также якорь 120 и пружину 121, соединенные с заслонкой 115.
Принцип действия преобразователя сигналов 112 основан на взаимодействии поляризующих магнитных потоков 116 и 117, создаваемых постоянными магнитами, и управляющих магнитных потоков 118 и 119, формируемых обмотками управления. При отсутствии тока управления отсутствует управляющий магнитный поток. Якорь 120 с заслонкой 115 удерживается в устойчивом положении пружиной 121. При подаче тока управления любой полярности возникают управляющие магнитные потоки, нарушающие равенство сил, действующих на якорь 120. Якорь 120 с заслонкой 115 отклоняются от нейтрального положения и занимают новое положение, определяемое равенством магнитных сил и противодействующих им силы пружины 121 и давления струи, вытекающей из сопла 113.
Дроссели 114 с соплами 113 и заслонкой 115 предназначены для изменения давления на торцах распределительного золотника 111 при отклонении заслонки 115 от нейтрального положения. Дроссель 114 представляет собой стержень с рядом узких буртов. На каждом бурте для прохода рабочей жидкости выполнена прямоугольная щель. Щели на соседних буртах сдвинуты относительно друг друга на 180°, в силу чего рабочая жидкость, протекая через лабиринт отверстий, преодолевает сопротивление, и давление понижается.
Распределительный золотник 111 служит для распределения рабочей жидкости по полостям исполнительного механизма 101.
Редукционный клапан 107 поддерживает на постоянном уровне давление рабочей жидкости в агрегате рулевом независимо от изменения давления на его входе.
Редукционный клапан 107 золотникового типа состоит из следующих основных элементов: гильзы, золотника и пружины. Принцип действия основан на том, что понижение давления с входного до редуцированного и поддержание его на постоянном уровне обусловлено динамическим равновесием двух сил, действующих на подвижный плунжер. Одна сила - усилие пружины, действует в сторону увеличения открытия проходной щели Г, соединяющей каналы 1 и 2, а другая сила - редуцированное давление, действует в сторону уменьшения этой щели. При редуцированном давлении, меньшем расчетного, плунжер усилием пружины отжимается вниз и увеличивает щель Г, по которой рабочая жидкость поступает из канала 1 в канал редуцированного давления 2. После того, как редуцированное давление превысит расчетное давление, на которое отрегулирована пружина, плунжер под действием редуцированного давления переместится вверх, частично перекрывая доступ рабочей жидкости из канала 1 в канал редуцированного давления 2.
Сигнализатор давления 108 предназначен для сигнализации о наличии рабочего давления в агрегате рулевом и срабатывает при его понижении до определенного (заранее заданного) значения. Сигнализатор давления золотникового типа 108 состоит из следующих основных элементов: толкателя, пружины и микропереключателя. Принцип действия основан на срабатывании микропереключателя при преодолении усилия, развиваемого давлением рабочей жидкости, усилием пружины.
Электрогидравлический клапан 109 предназначен для соединения напорной гидролинии редуцированного давления с гидропружиной 122 исполнительного механизма 101.
Электрогидравлический клапан 109 двухпозиционный, трехходовой с запорно-регулирующим элементом шарикового типа, управляемым от электромагнита постоянного тока. Принцип действия клапана основан на преодолении усилием электромагнита усилия давления рабочей жидкости, действующей на регулирующий элемент, который соединяем управляемый отвод с напорной гидролинией редуцированного давления, с одновлеменным отсечением его от сливной гидролинии.
При обесточенном электромагните регулирующий элемент под действием усилия, развиваемого давлением рабочей жидкости, отсекает управляемый отвод (канал 5) от напорной гидролиии редуцированного давления и соединяет его с гидролинией слива.
Исполнительный механизм 101 двухстороннего действия предназначен для преобразования давления рабочей жидкости в механическую энергию поступательного движения поршня 123. Исполнительный механизм 101 состоит из первой втулки 126, второй втулки 127, поршня 123, гидропружины 122 и штока 124. Усилие с поршня 123 передается на шток 124 при помощи симметричной гидропружины 122. Со штока 124 усилие передается на выходное звено - шатун 103.
Гидропружина 122 дает возможность поршню 123 работать со штоком 124 как единое целое, если противодействующая нагрузка на штоке 124 не превышает усилия, развиваемого гидропружиной. С поршнем 123 механически связан поводок 125 датчика обратной связи 102.
Датчик обратной связи 102 является индукционным линейным бесконтактным датчиком угла, предназначенным для получения сигнала обратной связи, пропорционального ходу поршня 123 исполнительного механизма, в виде напряжения. Датчик обратной связи 102 состоит из неявнополюсного статора, в пазах которого расположены обмотка возбуждения и вторичная обмотка, и безобмоточного явнополюсного ротора.
Принцип действия датчика обратной связи 102 основан на том, что при повороте ротора от положения, соответствующего нулевому сигналу на выходе, до полного перекрытия одного из полюсов статора, потокосцепление вторичной обмотки линейно возрастает от нуля до максимума. За счет перераспределения магнитных потоков в полюсах статора возрастает и электродвижущая сила, а. следовательно, возрастает и напряжение на выходе датчика в зависимости от угла поворота ротора.
Шатун 103 является выходным звеном агрегата рулевого и служит для передачи усилия с агрегата рулевого на тягу механической проводки управления.
Работа заявленного агрегата рулевого осуществляется следующим образом.
Нормальная работа.
При наличии давления в гидросистеме летательного аппарата рабочая жидкость от штуцера ПОДАЧА, через входной фильтр 105 по каналу 1 поступает к редукционному клапану 107, предназначенному для поддержания определенного давления, и далее по каналам 2, 3 поступает к электрогидравлическому клапану 109, по каналу 4 к средней проточке распределительного золотника 111. При включенном электропитании электрогидравлического клапана 109 рабочая жидкость поступает:
- по каналу 5 к сигнализатору давления 108;
- по каналу 6 в полость В гидропружины 122. Первая втулка 126 и вторая втулка 127 под действием давления рабочей жидкости разжимаются до упора в бурты поршня 123 и штока 124, осуществляя тем самым связь поршня 123 со штоком 124.
Микропереключатель сигнализатора давления выдает в систему управления сигнал о включении агрегата рулевого.
При наличии тока управления, компенсирующего технологическое смещение нуля, заслонка 115 занимает симметричное положение между соплами 113. Сопротивления истечению рабочей жидкости из сопел равны, следовательно, равны давления в каналах 8, 9 и на торцах распределительного золотника 111. При этом в полостях А и Б исполнительного механизма 101 отсутствует перепад давления рабочей жидкости и поршень 123 при этом будет неподвижен.
При подаче тока управления (отличного от смещения нуля) в обмотки преобразователя сигналов 112, заслонка 115 отклоняется от симметричного положения и занимает положение, соответствующее значению и направлению тока управления.
При отклонении заслонки 115 влево от симметричного значения зазор между левым соплом и заслонкой уменьшается, а между правым соплом и заслонкой увеличивается (на фиг.2 заслонка показана в симметричном положении относительно сопел).
Сопротивление истечению рабочей жидкости из левого сопла увеличивается, а из правого - уменьшается. При этом давление в канале 8 увеличивается, а в канале 9 уменьшается. На торцах распределительного золотника 113 возникает перепад давлений. Под действием перепада давлений распределительный золотник 111 смещается вправо от нейтрального положения и рабочая жидкость по каналу 10 поступает в полость А. При поступлении рабочей жидкости в полость А, поршень перемещается вправо на выдвижение.
В это же время из полости Б рабочая жидкость по каналу 11, через распределительный золотник 111, каналы 12, 7 поступает в сливную гидролинию. Усилие передается через бурт поршня 123 на первую втулку 126, рабочую жидкость, вторую втулку 127, бурт штока 124, и далее на шатун 103.
При движении поршня 123 перемещается (поворачивается) поводок 125, связанный с датчиком обратной связи 102. При этом с датчика на усилитель системы управления подается сигнал, уменьшающий ток управления в обмотках преобразователя сигналов 112. Упругий элемент преобразователя сигналов (пружина 121) возвращает заслонку 115 в исходное положение. Сопротивление истечению рабочей жидкости из сопел выравниваются, следовательно, выравниваются давления на торцах распределительного золотника 111. Распределительный золотник 111 под действие пружин 128 возвращается в нейтральное положение. Прекращается подача рабочей жидкости в полость А и поршень 123 останавливается.
При отклонении заслонки 115 вправо от симметричного положения распределительный золотник 111, аналогично описанному выше, смещается влево. В результате рабочая жидкость поступает в полость Б исполнительного механизма 101. Поршень 123 перемещается влево (на втягивание) и усилие передается через бурт поршня и вторую втулку 127, рабочую жидкость полости В, первую втулку 126, бурт штока 124 и далее на шатун 103.
В случае неидентичных входных сигналов в пределах допустимых норм, в агрегатах рулевых, установленных в систему управления параллельно и работающих на одну механическую проводку, поршни разных агрегатов рулевых будут перемещаться пропорционально своим сигналам, обжимая свои гидропружины.
Работа при отказах.
При падении давления в напорной гидролинии срабатывает микропереключатель сигнализатора давления 108 и выдает в систему управления сигнал на отключение электрогидравлического клапана 109.
За отказ принимается факт превышаения допустимого значения разности между сигналом, поступающим с датчика обратной связи 102 агрегата рулевого и сигналом с электронной модели контрольного канала системы управления.
Рассмотрим случай работы нескольких агрегатов рулевых на одну механическую проводку и отсутствие сигнала управления в одном из агрегатов (обрыв обмотки электрогидравлического усилителя 106). При этом поршень отказавшего агрегата неподвижен, а шток, связанный с механической проводкой летательного аппарата, перемещается, обжимая свою гидропружину, под действием усилия, развиваемого другими, установленными на ту же механическую проводку, агрегатами рулевыми. Сигналы с датчика обратной связи 102 агрегата рулевого и с электронной модели контрольного канала системы управления сравниваются и, при достижении разности сигналов больше допустимого, выдается сигнал на отключение электрогидравлического клапана 109. К таким же последствиям приводят неисправности следующих элементов агрегата рулевого: датчика обратной связи 102, редукционного клапана 107, электрогидравлического клапана 109 и других элементов.
Таким образом, даже в случае неисправности одного из агрегатов рулевых, управление рулем управления (рулем высоты, элеронами, интерцепторами) продолжает осуществляется другими агрегатами рулевыми. Поскольку агрегат рулевой крепится к летательному аппарату с помощью болтов, неисправный агрегат легко заменить.
Заявленный агрегат рулевой имеет следующие технические характеристики.
Давление рабочей жидкости:
в напорной гидролинии на входе в агрегат, МПа:
- номинальное - 21,
- полный диапазон - 10,0-31,5;
в сливной гидролинии на выходе из агрегата, МПа:
- номинальное - 1;
- полный диапазон - 0,2-10,0.
Диапазон температур рабочей жидкости, °С:
- рабочий - от -20 до +100;
- полный - от -55 до +120.
Диапазон температур окружающей среды, °С:
- рабочий - от -60 до +60;
- полный - от -60 до +85.
Максимальный ход выходного звена агрегата рулевого относительно геометрической нейтрали - ±(15±0,25) мм (под геометрической нейтралью выходного звена агрегата рулевого понимается середина полного хода выходного звена агрегата рулевого от упора до упора).
Предельно-допустимый ток управления на входе в электрогидравлический усилитель при температуре окружающей среды - 60°С и температуре рабочей жидкости - 55°С-±75 мА.
Зона нечувствительности агрегата, мА, не более:
- при температуре окружающей среды (+25±10)°С и температуре рабочей жидкости (+35±5)°С - 2;
- в рабочем диапазоне температур рабочей жидкости и окружающей среды - 2,8.
Смещение нуля агрегата рулевого в рабочем диапазоне температур рабочей жидкости и окружающей среды - 10,0±5,5 мА.
Скорость перемещения выходного звена агрегата рулевого при отсутствии внешней нагрузки и управляющем сигнале ±18 мА, с учетом фактического смещения нуля, мм/с:
- при температуре рабочей жидкости (+35±5)°С и
окружающей среды (+25±10)°С - 24±5;
- при температуре рабочей жидкости (-20±5)°С и температуре
+5
окружающей среды (-60)°С, не менее - 9,5;
-10
- при температуре рабочей жидкости (+100)°С и температуре окружающей среды (+25±10)°С, не более - 31.
Максимальная скорость перемещения выходного звена агрегата при отсутствии внешней нагрузки и управляющем сигнале ±50 мА, без учета фактического смещения нуля, мм/с:
- при температуре рабочей жидкости (+35±5)°С и окружающей
среды (+25±10)°С - 41,0±9,5;
- при температуре рабочей жидкости (-20±5)°С и температуре
-5
окружающей среды (-60)°С, не менее - 18;
-10
- при температуре рабочей жидкости (+100)°C и температуре
окружающей среды (+25±10)°С, не более - 53;
- при температуре рабочей жидкости (-40±5)°С и температуре
+5
окружающей среды (-60)°С, давлении в напорной гидролинии на входе в агрегат (10,5±0,4) МПа и давлении на выходе из агрегата (0,3±0,1) МПа,
не менее - 7,5.
Усилие, развиваемое на выходном звене агрегата рулевого - 2850±300 Н.
Электрическое сопротивление изоляции электрических цепей агрегата рулевого во всех условиях эксплуатации - не менее 0,4 Мом.
Масса агрегата рулевого, заполненного рабочей жидкостью - не более 5,3 кг.
Хотя настоящее раскрытие было описано со ссылкой на данное выполнение, для специалистов в данной области техники будет понятно, что могут иметь место и другие варианты выполнения заявленной полезной модели в пределах объема приложенной формулы полезной модели.