ГИДРОСИСТЕМА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
AIRCRAFT HYDRAULIC SYSTEM

Изобретение относится к области авиационной гидравлики, более конкретно к гидравлической системе привода исполнительных механизмов летательных аппаратов (ЛА).
Для приведения в действие исполнительных механизмов систем управления летательных аппаратов, а также других систем и агрегатов используют гидравлические системы.
Приводы гидравлической системы позволяют развивать значительные усилия при большом быстродействии, обеспечивают простую фиксацию промежуточных положений исполнительных механизмов.
Известна основная (классическая) схема гидравлической системы летательных аппаратов, работающая по замкнутому циклу, при котором рабочее тело постоянно циркулирует в системе (например, авторское свидетельство №1044085 от 20/10/1980 г.). При этом гидросистема содержит емкость для рабочего тела (бак) с выходящим из нее трубопроводом подачи рабочего тела через фильтр к гидравлическому насосу, откуда по трубопроводу через клапан-гаситель гидроудара поступает к полостям исполнительных механизмов. В нагнетательной магистрали параллельно исполнительным механизмам установлен гидроаккумулятор.
Такие гидросистемы широко используются в беспилотных летательных аппаратах, продолжительность полета которых незначительна, т.к. циркулирующая в контуре жидкость очень быстро нагревается и ее температура достигает предельно допустимых значений.
Для увеличения продолжительности полета можно увеличить объем бака рабочего тела, что уменьшит градиент роста температуры рабочего тела, но увеличит массу летательного аппарата. На летательных аппаратах, продолжительность полета которых не должна ограничиваться предельно допустимой температурой рабочего тела гидросистемы, в магистраль циркуляции рабочего тела устанавливают топливные или воздушные радиаторы, что также значительно увеличивает массу ЛА и понижает надежность.
Для исключения проблем усложнения конструкции, увеличения массы и других, возникающих при обеспечении требуемого температурного режима рабочего тела гидросистемы, предлагается в качестве рабочего тела гидросистемы использовать топливо двигателей, например авиационный керосин, отбираемый из магистрали питания двигателей, транзитом проходящий через гидросистему, выполняющую функциональные задачи, и возвращаемый в топливную магистраль.
Обычно основным потребителем гидросистем ЛА являются рулевые машины, для которых температура рабочего тела является одним из важных параметров, влияющих на основные характеристики систем управления ЛА. Так, например, рулевые машины РМ-100 беспилотных ЛА имеют ограничения по температуре гидрожидкости (рабочего тела) - в диапазоне от +60°C до +100°C.
Технической задачей, поставленной при создании изобретения, являлось упрощение конструкции, уменьшение массы и получение температуры рабочего тела гидросистемы, требуемой техническим условиям работы потребителей.
Близким аналогом заявленного изобретения, подтверждающим возможность использования топлива в качестве рабочего тела гидросистемы, является гидросистема, раскрытая в патенте RU 2256586 C1, кл. МПК B64C 13/36, опубл. 20.07.2005, в которой при уменьшении контролируемого объема рабочей жидкости в гидросистеме утечки компенсируются топливом из магистрали подачи его к двигателям. При этом гидросистема включает дополнительно трубопровод с фильтром, соединенный с магистралью подачи топлива к двигателям и с полостью всасывания гидравлического насоса.
Известно также применение в аварийной гидросистеме ЛА топлива из системы питания. При этом топливо подают из магистрали активного топлива топливной системы ЛА при обнаружении потери части рабочей жидкости (см. патентный документ US 2003094540 A1, кл. МПК B64C 13/42; F15B 20/005, опубл. 22.05.2003), что подтверждает возможность использования авиационного топлива в работе гидравлических систем.
В предлагаемой гидросистеме рабочим телом является топливо двигателей, например авиационный керосин, температура которого в топливных баках ЛА может быть в пределах +60°C.
Предлагаемая гидросистема обеспечивает поддержание заданного температурного режима рабочего тела за счет дозированного смешения поступающего из магистрали подачи топлива к двигателям «холодного» рабочего тела с «нагретым», поступающим обратно в топливную систему из гидросистемы после отработки в ней.
При этом дозирование смешения осуществляется регулятором температуры, состоящим из датчика температуры, контроллера и крана-распределителя.
Решением поставленной задачи является гидросистема летательного аппарата для привода исполнительных механизмов давлением рабочего тела, содержащая гидравлический насос, полость всасывания которого через трубопровод с фильтром соединена с магистралью подачи топлива к двигателям, а полость нагнетания насоса через клапан-гаситель гидроудара соединена трубопроводом с параллельно установленными гидроаккумулятором и рабочими полостями исполнительных механизмов, при этом сливные полости исполнительных механизмов трубопроводами соединены со входом распределительного крана, управляемого регулятором температуры рабочего тела, один выход которого соединен трубопроводом с полостью всасывания гидравлического насоса а второй через обратный клапан - с магистралью подачи топлива к двигателям.
В гидросистеме может быть применен регулятор температуры рабочего тела, содержащий датчик температуры рабочего тела, поступающего к исполнительным механизмам, соединенный с контроллером, управляющим приводом положения распределительного крана.
Достигаемым техническим результатом является то, что при использовании в качестве рабочего тела в гидросистеме топлива, отбираемого из топливной магистрали двигателей и возвращаемого в топливную магистраль после его использования в гидросистеме, предлагаемая схема дает возможность обеспечения требуемого температурного режима рабочего тела (гидрожидкости) в течение всего полета ЛА без ограничения времени. При этом не требуются увеличение объема рабочего тела, циркулирующего в системе, и установка радиаторов. Это существенно облегчает ЛА и обеспечивает заданный температурный режим работы исполнительных механизмов гидросистемы.
На представленном чертеже изображена схема гидросистемы.
Гидросистема летательного аппарата содержит гидравлический насос (1), полость всасывания которого через трубопровод (2) с фильтром (3) соединена с магистралью подачи топлива к двигателям, а полость нагнетания гидравлического насоса (1) через клапан-гаситель гидроудара (4) соединена трубопроводом (5) с параллельно установленными гидроаккумулятором (6) и рабочими полостями исполнительных механизмов (7), обратный клапан (8). Сливные полости исполнительных механизмов (7) трубопроводом слива рабочего тела (9) соединены с входом распределительного крана (10), управляемого регулятором температуры рабочего тела. Один выход распределительного крана (10) соединен трубопроводом (11) с полостью всасывания гидравлического насоса (1), а второй через обратный клапан (8) - с магистралью подачи топлива к двигателям.
Регулятор температуры рабочего тела содержит датчик температуры рабочего тела (12), поступающего к исполнительным механизмам (7), соединенный с контроллером (13), управляющим приводом (14) положения распределительного крана (9).
Гидросистема работает следующим образом.
После включения насосов топливной системы ЛА, создающих давление в магистрали подачи топлива к двигателям, может быть включен насос (1) гидросистемы. При этом рабочее тело гидросистемы (топливо) через фильтр (3) по трубопроводу (2) поступает во всасывающую полость гидронасоса (1) и, выходя из него с высоким давлением (100-200 бар), поступает по трубопроводу (5) через клапан-гаситель гидроудара (4) к потребителям (рабочим полостям исполнительных механизмов (7)). При этом происходит зарядка до рабочего давления установленного паралельно с потребителями (7) воздушного (азотного) гидроаккумулятора (6). Установленный в трубопроводе (5) датчик температуры (12) передает информацию в контроллер регулятора температуры рабочего тела (13), в котором введено значение температуры, требующееся для обеспечения оптимального режима потребителей гидросистемы.
Если температура рабочего тела ниже заданной, контроллер (13) выдает сигнал на привод (14) распределительного крана (10), ведущий к уменьшению доли рабочего тела «нагретого» и увеличению доли «холодного», поступающего на линию всасывания насоса.
При низких минусовых температурах топлива (значение которых может быть до -60°C), регулятор температуры должен обеспечить перекрытие выхода рабочего тела из гидросистемы в топливную магистраль и открытие протока рабочего тела из сливных полостей потребителей на линию всасывания гидронасоса (1), т.е. обеспечить полную циркуляцию в гидросистеме. После нагрева рабочего тела до заданного значения температуры регулятор температуры, управляя положением распределительного крана (10), должен поддерживать заданную температуру рабочего тела гидросистемы.
Предлагаемая схема гидросистемы при существенном конструктивном упрощении и снижении веса (отсутствие бака гидрожидкости и радиатора) практически обеспечивает неограниченный временем температурный режим гидрожидкости, задаваемый в пределах значений, требующихся для оптимальной работы потребителей (исполнительных механизмов).