Управляемый вектор тяги

Управление вектором тяги (УВТ) реактивного двигателя - отклонение реактивной струи двигателя от направления, соответствующего крейсерскому режиму.

В настоящее время управление вектором тяги обеспечивается, в основном, за счет поворота всего сопла или его части.

Рис.1:Схемы сопел с механическим УВТ: а) - с отклонением потока в дозвуковой части; б) - с отклонением потока в сверхзвуковой части; в) - комбинированное .

Для схемы с отклонением потока в дозвуковой части характерно совпадение угла механического отклонения с газодинамическим. Для схемы с отклонением только в сверхзвуковой части газодинамический угол отличается от механического.

Рис.2: Схема сопла с ГУВТ с использованием атмосферного воздуха на режиме осевого истечения: 1-силовой поток; 2-эжектируемый управляющий поток атмосферы; 3-кольцевая обечайка закрепленная на разделительных ребрах; 4-разделительные ребра.

Рис.3:Схема сопла с ГУВТ на режиме максимального отклонения вектора тяги: 1-закрытый сектор; 2-открытый сектор; 3-область пониженного давления.

Газодинамическое сопло использует "струйную" технику для изменения эффективной площади сопла и отклонения вектора тяги, при этом механически сопло не регулируется. В этом сопле отсутствуют горячие высоконагруженные подвижные детали , оно хорошо компонуется с конструкцией ЛА, что уменьшает массу последнего.

Внешние контуры неподвижного сопла могут плавно вписываться в обводы самолета, улучшая характеристики малой заметности. В этом сопле воздух от компрессора может направляться в инжекторы в критическом сечении и в расширяющейся части для изменения соответственно критического сечения и управления вектором тяги.

Ссылки

• РД-133 - на airwar.ru

Литература

1. Безвербый В.К., Зернов В.Н., Перелыгин Б.П. Выбор проектных параметров летательных аппаратов.. - М.: МАИ., 1984.
2. №36 // Экспресс-информация. Серия: авиационное двигателестроение.. - М.: ЦИАМ., 2000 г.
3. Краснов Н.Ф. Аэродинамика. 2 // Аэродинамика. Методы аэродинамического расчета.. - М.: ВШ, 1980.
4. Швец А.И. Аэродинамика несущих форм.. - Киев.: ВШ, 1985г..
5. Залманзон Л.А. Теория элементов пневмоники. - М.: Наука, 1969г.. - С. 508.
6. 2 // Опыт создания газодинамического устройства управления вектором тяги.Тезисы докладов.. - Самара: «Международная научно-технической конференция, посвященная памяти Генерального конструктора аэрокосмической техники академика Н.Д. Кузнецова», 2001 г.. - С. 205-206.

На «слаломе» крены идентичны, то есть тоже велики, но при этом недостаточной поворачиваемости нет и в помине! На той же скорости, где «бессистемная» версия вовсю скользила передком, Outlander Sport просто поворачивает и едет дальше. Особенно разителен контраст на дуге с уменьшающимся радиусом, где поведение автомобиля показалось и вовсе нереальным. Если обычная версия с трудом смогла пройти это упражнение на скорости 30 км/ч, то новая модификация, имеющая S-AWC, с легкостью выполнила его и на 40 км/ч.

Гораздо увереннее машина ведет себя и на круге (скольжение начинается позже), и при «переставке», которую также удается пройти на более высокой скорости и, в отличие от обычной версии, при практически полном отсутствии сноса. Словом, поведение Outlander Sport в предельных режимах иначе как чудесным не назовешь - кроссовер словно игнорирует законы физики. Посмотрим теперь, будет ли заметна разница при езде по дорогам общего пользования.

Почти спортсмен

Сначала вспомним ощущения от езды на обычном Outlander, без приставки Sport в названии, то есть без S-AWC. Кроссовер отлично стоит на прямой, игнорирует неровности и колейность, но при быстром входе в повороты у водителя возникает чувство неуверенности из-за больших кренов и нехватки реактивного усилия на руле. Но если ехать спокойно, все приходит в норму. Плавность хода на высоте, хотя с откровенно разбитым асфальтом шасси уже не справляется. Впрочем, в окрестностях Санкт-Петербурга, где проходил тест, дороги местами так плохи, что впору ехать не на автомобиле, а на танке. Из недостатков отмечу явное ухудшение плавности хода на заднем диване по сравнению с передними сиденьями. Кроме того, пассажиры второго ряда почти не слышат сидящих впереди из-за сильного шума шин.

Стоит сказать, что этот автомобиль был 2013 года выпуска. А в 2014 г. кроссовер получил весьма существенные доработки. Так что у меня есть возможность не только выяснить, как едет модификация Outlander Sport, но и оценить на практике другие новшества. В первую очередь отмечаю более собранную подвеску, которая стала чуть подробнее повторять микропрофиль асфальта. Зато обновленное шасси лучше держит серьезные удары и при обычных режимах езды сильнее сопротивляется кренам. Эту подвеску с 2014 г. получили все модификации Outlander.

А вот более тугой руль - прерогатива исключительно версии Outlander Sport. И ощущения от автомобиля стали совсем другими: он словно напряг мускулы, и я больше не испытываю неуверенности при быстром прохождении виражей. Более того, в поведении кроссовера появились спортивные нотки! Такой автомобиль мне нравится гораздо больше.

Кроме того, значительно улучшен комфорт для задних пассажиров, в первую очередь - акустический. Все модификации Outlander 2014 года выпуска получили дополнительную шумоизоляцию, и это заметно «невооруженным ухом» - теперь я спокойно разговариваю с водителем, сидя на заднем диване. А более жесткая подвеска, на удивление, оказалась менее тряской. Да-да, такое бывает при правильной настройке шасси.

Что касается S-AWC, то при обычной езде ее работа не ощущается никак. Этого и следовало ожидать. Система делает свое дело незаметно, за что честь ей и хвала. Словом, с каждым годом Mitsubishi Outlander становится все лучше. В 2015 г. кроссоверу предстоит глобальное обновление. А значит, ждем новой встречи.

Технические характеристики Mitsubishi Outlander Sport 3.0

— Полный привод? О нет, это решение не для нас. Активный дифференциал TVD для управления вектором тяги — вот все, что нам нужно.

А ведь Юкихико Ягучи, создатель всех Лексусов с литерой «F», прав. Потому что его новое детище, тяжелый и мощный (477 л.с.!) седан Lexus GS F, восхитителен не только на испанских прямиках. Но и на «затычном» испанском гоночном треке Харама!

П очему Lexus с японским упорством культивирует спортбренд «F» по аналогии с мерседесовским AMG или «М» от BMW? Первый F-Lexus, седан IS F образца 2007 года, лавров не -снискал: за семь лет продано всего 12 тысяч седанов — это меньше 16 тысяч первенцев BMW M3 серии Е30 в восьмидесятых, не говоря уж о тираже в 66 тысяч «эмок» серии Е92 в двухтысячных.

«Кассу» Лексусу на главном рынке, в Америке, давно делают не седаны, а кроссоверы RX. Имидж создают гибриды. Тогда зачем литера «F» и красивая легенда, что она — от названия трассы Fuji Speedway, где нынче доводят все «заряженные» Лексусы?

Пассажирам спортивный антураж создают алькантара и вставки под углепластик (который может быть как глянцевым, так и фактурным), а водителю - пухлый руль, металлические накладки на педали и F-приборы в стиле суперкара Lexus LFA

Потому что хочется. Японцы давно стремятся ни в чем не уступать немецким грандам. И я не исключаю, что года три-четыре назад F-совещание в штаб-квартире Лексуса могло завершиться следующим резюме: раз уж дело не пошло с седаном поменьше, то с купе и четырех-дверкой побольше должно получиться.

После рестайлинга этим летом GS озверел и ощерился двойными RC-бумерангами фар, поэтому от двухдверки RC F «заряженный» седан отличается разве что отсутствием отдушины на алюминиевом капоте. Те же мощные жвалы бампера, где прячутся масляные радиаторы двигателя, те же жабры на передних крыльях.

Большие отдушины по краям переднего бампера - для масляных радиаторов. А небольшие отверстия в нижних углах зева фальшрадиаторной решетки - воздуховоды для охлаждения тормозов

Маленький углепластиковый спойлер пусть немного, но снижает подъемную силу, уменьшая завихрения за кормой

Сзади GS F проще всего отличить по псевдодиффузору и сдвоенным выхлопным патрубкам, выстроенным по трапеции

0 / 0

В уютный ковш с зарешеченными декоративными отверстиями (якобы под четырехточечные ремни безопасности) садишься с достоинством. Не надо падать, не надо втискиваться. Гоночного антуража напускают приборы со здоровенным тахометром от купе RC F и наполовину затянутая в алькантару передняя панель с выставленными напоказ головками крепежных болтов. Сзади по-прежнему просторно, а багажник ужался всего на 10 литров — лишившись, правда, глубокой ниши для полноразмерной запаски.

В зависимости от выбранного режима работы двигателя и трансмиссии меняется информационное поле. Eco дает представление разве что о скорости (крошечный стрелочный спидометр столь же неудобен, как у Porsche 911). Оптимальный баланс между количеством информации и быстротой ее восприятия достигается в режимах Normal и Sport. А Sport+ уже перебор: дублирование градусников температуры масла и охлаждающей жидкости ни к чему. Номер текущей передачи, кстати, не выводится ни в одном из режимов, если не толкнуть селектор из Драйва в «ручку»

С технической точки зрения Lexus GS F одновременно является и спортмодификацией исходного седана, и удлиненной четырехдверной версией купе RC F. Кузов усилен растяжками под днищем. А вся начинка — от «заряженной» двухдверки: у них общий не только передний модуль с алюминиевым подрамником передней двухрычажки, но и задняя пятирычажная подвеска, где один верхний рычаг и опоры ступичных подшипников выполнены из «крылатого» металла.

Под капотом — знакомое по RC F олдскульное сочетание атмосферного мотора V8 мощностью 477 л.с. и восьмиступенчатого «автомата» с гидротрансформатором. Но разве последний не ограничивает предельные обороты двигателя? Ведь именно поэтому Mercedes-AMG использует мокрое сцепление в своем «автомате» Speedshift MCT, а BMW так и вовсе меняет «гражданскую» гидромеханику на М-преселектив. И разве не проще достичь требуемой мощности с турбонаддувом, без которого уже немыслимы не только Audi RS 6 Avant, но и BMW M с Мерседесами-AMG? Ведь Lexus GS F, даже будучи на 60—80 кг легче, уступает им по 90—93 л.с. — и отстает в спурте до «сотни» на 0,3—0,9 с, показывая худшие в классе 4,6 с.

В отличие от мультиконтурных кресел Audi, BMW и Мерседеса, роскошный вентилируемый ковш Лексуса не имеет регулировки ширины боковой поддержки и высоты поясничного подпора

GS F просторен, но аскетичен, как обычный GS с пакетом F Sport: ни трехзонного климат-контроля, ни электрорегулировок заднего дивана. Из элементов роскоши оставлена только шторка заднего стекла с электроприводом

На кованых 19-дюймовых колесах BBS - шины Michelin Pilot Super Sport, как у BMW M5. «Моноблоки» Brembo - шестипоршневые спереди и четырехпоршневые сзади

0 / 0

На подобные упреки Ягучи-сан отвечает, что секунды и «лошади» — это ничто. Главное, мол, в уточненной для седана F-философии: Response, Sound & Limitless power feel — «отклик, звук и бесконечное ощущение мощности». Заметьте, ощущение мощности, а не мощь как таковая! Отклик безупречен — GS F по-кошачьи мягко и шустро следует за правой педалью. А бархатистый баритон V8, переходящий на высоких оборотах в меццо-сопрано, формирует обещанную бесконечность ощущения мощности. Нужно лишь отключить фальшивые подпевки синтезатора Active Sound Control, имитирующего в переднем динамике шум впуска и другие подкапотные звуки, а в заднем — бас системы выхлопа.

Адаптивный «автомат» не упрекнешь в медлительности на горной дороге — и даже на треке. Помимо режимов Sport и еще более агрессивного Sport+, в него «зашито» знакомое по BMW и Audi распознавание местности по навигатору: на дуге Lexus не станет переключаться «вверх», не достигнув предельных оборотов. А мощное замедление заставит «автомат» активно подтыкать пониженные передачи.

И все бы хорошо. Но когда вам нужно просто ускориться для обгона грузовика — полуторасекундная задержка! Потому как новомодные алгоритмы на прямой без резких замедлений не работают.

Настройки активного дифференциала надо выбирать отдельной кнопкой TVD, а режимы работы силового агрегата, электроусилителя и системы стабилизации - «шайбой». Причем Sport взбодрит только «автомат»: коль хотите оторваться, сразу кликайте в Sport+

Японцы уверяют, что система инфоразвлечений была модернизирована во время рестайлинга. Хотя графика осталась страшненькой, звуковое сопровождение кликов - смешным, а управляться со всем этим надо той же неудобной «мышью» Remote Touch, а не тачпадом, как в купе RC

0 / 0

Благо 477 л.с. решают любые вопросы. А сомневающимся в помощь — заимствованные у купе RC F «мертвые» тормоза Brembo. Правда, на треке стоит помнить, что седан все же на 100 кг тяжелее двухдверки и три агрессивных круга — это максимум. Хотя, скорее всего, раньше тормозов перегреется «автомат».

Шасси седана идентично купейному. Руль с электроусилителем — тоже без механизма VGRS, варьирующего передаточное отношение. Никакой полноуправляемости, столь популярной даже у специалистов из Porsche и доступной в качестве опции на обычном купе RC. Более того, даже амортизаторы ZF Sachs — «пассивные»! Все оттого, что Ягучи-сан — сторонник «старой школы» и предпочитает широте возможностей точность правильной настройки.

Шасси у GS F фактически то же, что у купе RC F (на фото): подрамник передней двухрычажки из «крылатого» металла вместо стали у обычного седана. Алюминий также шире внедрен и в заднюю пятирычажку: из него сделаны опоры ступичных подшипников и один из верхних рычагов. F-амортизаторы ZF Sachs - «пассивные», без магнитореологической жидкости, как на «гражданском» седане GS 350 AWD

Кузов GS F усилен аж четырьмя растяжками на днище. Однако на алюминиевых «раскосах» между «стаканами» передних стоек, что стоят на купе, японцы решили сэкономить

0 / 0

Благодаря тому, что база GS F на 120 мм больше, чем у двухдверки, и задние шины у него на 20 мм шире, он стабильнее и однозначнее на пологих скоростных дугах. Я бы только усилие на руле сделал посочнее: оно не столь естественно и насыщенно. Ну и дорожная мелочь, добросовестно ретранслируемая низкопрофильными шинами, раздражает. Но в целом подвеска если и жестче, чем у обычного «джи-эса» с пакетом F Sport, то ненамного: среднекалиберные колдобины пружины и амортизаторы глотают уверенно.

И в общем баланс между спортивностью и комфортом у седана выдержан точнее. Даже в медленных «шпильках» Харамы тяжелый GS F если и намекал на снос, то через долю секунды сменял его равномерным скольжением четырех колес. Магия, волшебство?

— Мы убедились, что дифференциал TVD позволяет водителю надежнее контролировать траекторию, чем обычный «самоблок», — объясняет это чудо господин Ягучи.

Атмосферная «восьмерка» 2UR-GSE с комбинированным впрыс­ком была позаимствована для F-моделей у флагмана LS 600h еще в 2007 году. Восемь лет назад ей придали F-характер за счет нового впускного коллектора, титановых клапанов, полых распредвалов и иной формы камеры сгорания. А с прошлого года новый «софт», облегченные кованые шатуны и более «свободная» система выпуска позволили нарастить мощность и обороты: 477 л.с. при 7100 об/мин вместо прежних 423 л.с. при 6600 об/мин. Кроме того, электромеханические фазовращатели вместо гидравлических теперь помогают моделировать цикл Аткинсона при частичных нагрузках: впускные клапаны закрываются на 30° позже, чем под полным дросселем, что ­поз­волило снизить расход топлива

Пакеты многодисковых муфт и планетарные редукторы по бокам от главной передачи, способные индивидуально менять подводимый крутящий момент и угловую скорость каждого из задних колес, - активный задний дифференциал TVD идентичен тому, что используется на купе RC F. Узел производит фирма GKN - с 2008 года его устанавливают на BMW X6. По аналогии с купе для седана GS F сделано три предустановки: Standard, Slalom и Track. В Слаломе седан активнее доворачивается как под тягой в середине дуги, так и под сброс газа на входе в поворот. А Track позволяет мощнее разгоняться в вираже за счет лучшей стабильности

0 / 0

TVD, Torque Vectoring Differential, — это активный дифференциал с управляемым вектором тяги. Не японский, что характерно: идея, рожденная на Островах и воплощенная фирмами Mitsubishi и Honda 20 лет тому назад, ныне востребована в Германии — Lexus использует тот же узел фирмы GKN, что и BMW. Но если баварцы ставят его на полноприводники Х6, то японцы — только на заднеприводные «заряженные» машины. Причем GS F имеет TVD уже «в базе».

Точных цен пока нет. В США, где продажи начнутся в декабре, GS F может оказаться дороже купе RC F всего на одну—две тысячи долларов. Это значит, что в России, где двухдверка оценивается в 4,9 млн рублей, седан мог бы стоить около пяти миллионов. Спрос, пусть и небольшой, но будет: BMW M5 у нас дороже на полмиллиона, а Mercedes-Benz Е 63 AMG — на миллион с лишним. К слову, из 53 купе RC, проданных с марта по сентябрь, четверть пришлось на RC F.

Для системы Active Sound Control (ASC) смонтированы отдельные динамики. Передний широкополосный призван имитировать шумы из моторного отсека, а задний низкочастотный «сабвуфер» - звук выхлопа

Новое японское слово в управлении «автоматом»: G-AI Control. G - это ускорение, а вот AI (Artificial Intelligence) - искусственный интелект. Суть проста: коробка активно понижает передачи при интенсивном замедлении и не переключается «вверх» в поворотах

0 / 0

Но загвоздка в том, что GS F — малотиражный эксклюзив. А в свете обязательности внедрения системы ЭРА-ГЛОНАСС (АР №19, 2015) даже Lexus, которому кризис нипочем благодаря оглушительному успеху кроссовера NX, сейчас сомневается в экономической целесообразности сертификации и вывода на российский рынок нишевых моделей. Так что разворот вектора F-тяги и судьбу модели GS F у нас скорее будут определять маневры с системой ЭРА-ГЛОНАСС, нежели выкладки маркетологов.

И не только Лексуса! Российское будущее его прямого конкурента, 640-сильного седана Cadillac CTS-V, также под вопросом. Каков «горячий» Caddy и настолько ли он лучше Лексуса, насколько мощнее? Это я выясню уже через две недели в Германии.

Или его части.

Энциклопедичный YouTube

• 1 / 5

  Первые опыты, связанные с практической реализацией изменяемого вектора тяги на самолётах, относятся к 1957 году и проводились в Великобритании в рамках программы по созданию боевого самолета с вертикальным взлетом и посадкой . Прототип под обозначением Р.1127 был оснащен двумя поворачивающимися на 90° соплами, расположенными по бокам самолёта на линии центра тяжести, которые обеспечивали движение в вертикальном, переходном и горизонтальном режимах полета. Первый полёт Р.1127 состоялся в 1960 году , а в 1967 году на его базе был создан первый серийный СВВП «Харриер» .

  Существенным шагом вперед в разработке двигателей с изменяемым вектором тяги в рамках программ СВВП стало создание в 1987 советского сверхзвукового СВВП Як-41 . Принципиальной отличительной чертой данного самолёта стало наличие трёх двигателей: двух подъёмных и одного подъёмно-маршевого с поворотным соплом, расположенным между хвостовыми балками. Трехсекционная конструкция сопла подъёмно-маршевого двигателя делала возможным поворот вниз от горизонтального положения на 95°. \

  Расширение маневренных характеристик

  Ещё в ходе работ над Р.1127 испытателями было замечено, что использование отклоняемого вектора тяги в полёте несколько облегчает маневрирование самолёта. Однако из-за недостаточного уровня развития технологии и приоритетности программ СВВП серьёзные работы в области повышения маневренности за счёт ОВТ не велись до конца 1980-х годов.

  В 1988 году на базе истребителя F-15 B был создан экспериментальный самолёт с двигателями с плоскими соплами и отклонением вектора тяги в вертикальной плоскости. Результаты испытательных полётов показали высокую эффективность ОВТ для повышения управляемости самолёта на средних и больших углах атаки .

  Приблизительно в то же время в Советском Союзе был разработан двигатель с осесимметрическим отклонением сопла кругового сечения, работы над которым велись параллельно с работами над плоским соплом с отклонением в вертикальной плоскости. Поскольку установка плоского сопла на реактивный двигатель сопряжена с потерей 10-15 % тяги, предпочтение было отдано круглому соплу с осесимметрическим отклонением, и в 1989 году состоялся первый полёт истребителя Су-27 с экспериментальным двигателем.

  Принцип действия

  Для схемы с отклонением потока в дозвуковой части характерно совпадение угла механического отклонения с газодинамическим. Для схемы с отклонением только в сверхзвуковой части газодинамический угол отличается от механического.

  Конструкция схемы сопла, представленная на рис. 1а , должна иметь дополнительный узел, обеспечивающий отклонение сопла целиком. Схема сопла с отклонением потока только в сверхзвуковой части на рис. 1б фактически не имеет никаких специальных элементов для обеспечения отклонения вектора тяги. Различия в работе этих двух схем выражаются в том, что для обеспечения одного и того же эффективного угла отклонения вектора тяги схема с отклонением в сверхзвуковой части требует больших управляющих моментов.

  Представленные схемы также требуют решения проблем обеспечения приемлемых массо-габаритных характеристик, надежности , ресурса и быстродействия.

  Имеются две схемы управления вектором тяги:

  • с управлением в одной плоскости;
  • с управлением во всех плоскостях (с всеракурсным отклонением).

  Газодинамическое управление вектором тяги (ГУВТ)

  Высокой эффективности управления вектором тяги можно добиться с помощью газодинамического управления вектором тяги (ГУВТ ) за счет асимметричной подачи управляющего воздуха в тракт сопла.

  Газодинамическое сопло использует «струйную» технику для изменения эффективной площади сопла и отклонения вектора тяги , при этом механически сопло не регулируется. В этом сопле отсутствуют горячие высоконагруженные подвижные детали , оно хорошо компонуется с конструкцией ЛА , что уменьшает массу последнего.

  Внешние контуры неподвижного сопла могут плавно вписываться в обводы самолета, улучшая характеристики конструктивной малой заметности . В этом сопле воздух от компрессора может направляться в инжекторы в критическом сечении и в расширяющейся части для изменения соответственно критического сечения и управления вектором тяги.

  Образование управляющих сил обеспечивается следующим порядком операций.

  1. На первой фазе работы сопла (рис. 5) увеличивают угол отклонения створок расширяющейся части сопла - угол α установки выходных створок расширяющейся части 3 сопла.
  2. На второй фазе (рис. 6) , на режиме образования управляющих усилий на части поверхности сопла открывают заслонки 8 для поступления атмосферного воздуха на части боковой поверхности расширяющейся части сопла 3 . На рис.6 показан вид А и направления втекания атмосферного воздуха через открытые отверстия с заслонками на части боковой поверхности. Переключение заслонок 8 на противоположной половине боковой расширяющейся части сопла приводит к отклонению струи и вектора тяги двигателя на угол β в противоположном направлении.

  

  Для создания управляющих усилий в двигателе со сверхзвуковым соплом можно несколько изменить сверхзвуковую часть уже существующего сопла. Эта относительно несложная модернизация требует минимального изменения основных деталей и узлов исходного, штатного сопла.

  При проектировании большая часть (до 70 %) узлов и деталей модуля сопла могут не изменяться: фланец крепления к корпусу двигателя, основной корпус, основные гидроприводы с узлами крепления, рычагами и кронштейнами , а также створки критического сечения. Изменяются конструкции надстворок и проставок расширяющейся части сопла, длина которых увеличивается, и в которых были выполнены отверстия с поворотными заслонками и гидроприводами . Кроме этого изменяется конструкция внешних створок, а пневмоцилиндры для них заменяются гидроцилиндрами , с рабочим давлением до 10 МПа (100 кг/см 2).

  Отклоняемый вектор тяги

  Отклоняемый вектор тяги (ОВТ ) - функция сопла , изменяющая направление истечения реактивной струи. Предназначена для улучшения тактико-технических характеристик самолёта. Регулируемое реактивное сопло с отклоняемым вектором тяги - устройство с изменяемыми, в зависимости от режимов работы двигателя, размерами критического и выходного сечений, в канале которого происходит ускорение потока газа с целью создания реактивной тяги и возможностью отклонения вектора тяги во всех направлениях.

  Применение на современных самолётах

  В настоящее время система отклонения вектора тяги рассматривается как один из обязательных элементов современного боевого самолета в связи со значительным улучшением летных и боевых качеств, обусловленным её применением. Также активно изучаются вопросы модернизации имеющегося парка боевых самолетов, не имеющих ОВТ, путём замены двигателей или установки блоков ОВТ на штатные двигатели. Второй вариант был разработан одним из ведущих российских производителей ТРД - компанией «Климов», которая также выпускает единственное в мире серийное сопло с всеракурсным отклонением вектора тяги для установки на двигатели РД-33 (семейство истребителей МиГ-29) и АЛ-31Ф (истребители марки Су).

  Боевые самолеты с управляемым вектором тяги:

  C осесимметрическим отклонением вектора тяги

  • Су-27СМ2 (двигатель АЛ-31Ф-М1 , Изделие 117С)
  • Су-30 (двигатель АЛ-31ФП)
  • ПАК ФА (прототип)
  • F-15 S (экспериментальный)
  С отклонением вектора тяги в плоском сопле

  Системы управления конечными параметрами траектории движения ЛА (тяга и соотношение компонентов)

  Основные задачи автоматики ЖРД и ее состав

  Регулирование процессов и режимы работы ЖРД

  В ЖРД независимо от системы подачи топлива все операции по обслуживанию и подготовке к запуску, сам запуск, выход и работа на режиме, останов и другие операции осуществляются автоматически, т.е. без участия человека (обеспечивается системой автоматики).

  В автоматике ЖРД различают три основные функции: управление, регулирование и обслуживание двигателя . В первом случае, система автоматического управления (САУ) обеспечивает выполнение любой операции, например, запуск двигателя. Здесь путем строго последовательного включения различных агрегатов и систем двигатель "выводится" на заданный режим работы. Во втором случае система автоматического регулирования (САР) обеспечивает поддержание и изменение по заданной программе какого-либо параметра, например значения тяги. Наконец, в третьем случае система автоматики должна обеспечивать обслуживание двигателя, например перед запуском осуществлять контроль заправки жидкими и газообразными компонентами, давления вних, положения и состояния различных агрегатов, элементов и систем двигателя и их готовности к запуску и т.п.

  Из всех этих функций автоматики непосредственными ее задачами являются:

  1) регулирование и изменение значений тяги и соотношения компонентов;

  2) управление операциями запуска и останова;

  3) управление и регулирование работой систем наддува баков;

  4) управление работой системы управления вектором тяги;

  5) обеспечение контроля и управления работой всего двигателя в целом.

  Вывод ЛА в конечную точку активного участка баллистической траектории полета с требуемой точностью не обеспечивается обычными способами управления движением центра масс ЛА. Под обычным способом имеется ввиду формирование потребного импульса тяги ЖРДУ за счет точного дозирования времени работы двигателей. При этом предполагается, что тяга во времени остается постоянной. Последнее предположение для ЖРДУ не выполняется, так как при движении ЛА с уровня земной поверхности до необходимой высоты полета значительно изменяются давление и температура окружающей среды. Двигательные контуры управления не в состоянии компенсировать эти изменения, так как они не учитывают изменения условий окружающей среды. Для обеспечения необходимой точности параметров движения ЛА в конце активного участка траектории применяют специальные системы управления конечными параметрами траектории движения ЛА. Конечными параметрами траектории активного участка полета баллистических ЛА и носителей КЛА являются: скорость ЛА в конце активного участка полета V к ;конечная масса ЛА т к и угол наклона продольной оси ЛА по отношению к линии горизонта в данной точке поверхности Земли θ к , смотри рис. 6.1.

  
  
  
  Рис. 6.1. Формирование конечных параметров траектории движения баллистических ЛА

  Необходимый угол наклона продольной оси ЛА обеспечивается автономной системой управления движением относительно центра масс ЛА, с помощью системы управления вектором тяги.

  Система РКС (регулирования кажущейся скорости). Системы управления кажущейся скорости и конечной массой ЛА управляют параметрами двигателя, исходя из параметров движения ЛА.

  Непосредственное измерение скорости полета ЛА в условиях переменной плотности окружающей среды не представляется возможным. Однако измерение кажущегося продольного ускорения, создаваемого тягой ЖРДУ, возможно, например, с помощью акселерометра. Скорость ЛА , определенная как интеграл продольного ускорения по времени , называется кажущейся скоростью . Кажущаяся скорость используется для обеспечения необходимой конечной скорости в конце активного участка полета ЛА в системе РКС. Принципиальная схема этой системы показана на рис. 6.2.

  
  После интегрирования сигнала измерителя кажущегося ускорения в каждый момент становится известна фактическая скорость продольного движения ЛА V факт . Сведения о фактической скорости ЛА подаются на элемент сравнения, в который заложена расчетная программа изменения скорости V прогр на участке активного полета ЛА. Сравнение расчетной и фактической скорости, подаваемых на вход элемента сравнения, формирует на выходе из него сигнал рассогласования

  Рис. 7.2. Функциональная схема системы регулирования скорости (РКС)

  После усиления сигнал рассогласования преобразуется реверсивным электродвигателем в угловой поворот его ротора. Ротор электродвигателя связан с дросселем, дозирующим в ДУ расход рабочего тела на турбину ТНА. В зависимости от знака рассогласования скоростей дроссель либо открывается, либо закрывается на величину, соответствующую модулю сигнала рассогласования. При этом изменяется расход топлива в камеру, а значит, и тяга двигателя за счет изменения частоты вращения ротора ТНА. Изменение тяги двигателя приводит к изменению ускорения движения ЛА, а значит, и кажущейся скорости. Последующее сравнение ее со значением программной скорости позволяет оценивать действия системы и вырабатывать новый сигнал поправки. Далее весь цикл обмена информацией между элементами системы повторяется. Логика работы РКС как всякой системы управления с обратной связью сводится к выполнению условия ΔV→0. Однако прохождение циклов сигналов системы по ее реальным элементам всегда сопровождается как динамическими, так и статистическими погрешностями. В результате точное копирование реальной системой ее расчетной программы невозможно. Если суммарная погрешность следования фактической скорости ее расчетной программе находится в допускаемых пределах (3÷5 %), то система считается пригодной к выполнению возложенных на нее функций. Система РКС заканчивает свою работу, как только фактическая скорость в пределах допускаемых отклонений сравняется с конечной программной скоростью V к . В этот момент система РКС формирует команду на останов двигателей, которая, минуя контур управления, непосредственно подается на главные топливные клапаны, прекращающие подачу топлива в камеру двигателя. С учетом импульса последействия и двухступенчатого характера останова команда на останов двигателя может быть сформирована несколько раньше, чем фактическая скорость будет равна конечной расчетной скорости.

  В процессе работы системы РКС, вследствие сложения внешних возмущений с внутренними погрешностями с одинаковыми знаками, может возникнуть ситуация, при которой РКС либо будет стремиться к существенному уменьшению тяги, либо к чрезмерному ее форсированию. Во избежание таких ситуаций в системе РКС предусмотрена внутренняя обратная связь с камерой через датчик давления (ДД) в камере двигателя, с помощью которой ограничивается действие системы только областью допускаемых отклонений тяги двигателя.

  Система СОБ (система опорожнения баков) Система управления конечными параметрами траектории движения ЛА также должна обеспечивать конечную массу ЛА, близкую к расчетной. При заправке баков топливом всегда неизбежны погрешности: 1) Недолив топлива принципиально недопустим, так как это приводит к невыполнению программы полета, а 2) при переливе топлива должны быть предусмотрены к концу работы ДУ гарантированные остатки топлива в баках, вызываемые механическим и тепловым не дозабором топлива. Однако влияние изменения температуры топлива в полете (например, от аэродинамического нагрева), ускорения ЛА, вызывающего изменение соотношения компонентов топлива, изменение гидравлических характеристик топливных трактов в процессе полета (например, изменения сопротивления трактов охлаждения), погрешности дозирующих топливо агрегатов автоматики и другие факторы требуют дополнительного запаса топлива. Кажущееся очевидным простое решение - перелить на старте топливо с запасом, а в момент останова двигателя слить его за борт ЛА, в настоящее время неприемлемо, так как топливо, находящееся на борту ЛА к моменту останова ДУ, приобретает цену полезного груза ЛА. Другое очевидное решение - оценить излишки топлива на старте и слить их в момент отрыва ЛА от стартовой площадки, также неприемлемо, так как это не гарантирует непредвиденных ситуаций возможного перерасхода топлива двигателем во время полета ЛА, а значит, ставит под угрозу выполнение полетной задачи ЛА. Рабочее решение проблемы лежит между указанными выше двумя крайними очевидными (на первый взгляд) решениями обеспечения конечной массы ЛА, близкой к расчетной для каждой ДУ из всей серии.

  
  Исходя из этих положений для ДУ баллистических ЛА и носителей КЛА разработана система обеспечения конечной массы ЛА, которая называется системой опорожнения баков (СОБ), смотри рис. 6.3.

  Рис.6.3. Функциональная схема системы опорожнения баков

  В качестве источника информации о переливе топливных баков и фактической оценке его расходования двигателем в СОБ применяются дискретные уровнемеры топлива, установленные в баках ДУ. Сигналы положения уровней топлива в баках h o и h r подаются на датчик рассогласования уровней (ДРУ), с помощью которого оценивается их разность Δh=h o -h r . Обнаруженная разность уровней после усиления и преобразования сигналов в машинный код поступает в бортовую вычислительную машину (БЦВМ), которая решает задачу о том, какую программу опорожнения баков необходимо реализовать в данный момент по величине фактического рассогласования уровней в топливных баках исходя из условия, что это рассогласование должно быть ликвидировано к концу активного участка полета ЛА. При этом условии в баках к концу работы ДУ остаются гарантированные расчетные остатки топлива. В результате анализа фактического рассогласования уровней БЦВМ формирует командный сигнал.

  После усиления этот сигнал преобразуется реверсивным электродвигателем в угловой поворот дросселя, установленного на одной из магистралей подачи топлива в камеру (на магистрали подачи окислителя). Предположим, что в начальный момент τ о на старте датчиками уровней зарегистрирован избыток окислителя Δh о.нач (рис. 6.4). БЦВМ в ответ на эту информацию намечает программу опорожнения бака окислителя по линии 1. Если в следующий интервал времени приема информации τ 1 обнаруживается следование намеченной программе, то последняя сохраняется.

  
  

  Рис.7.4. Принцип действия системы опорожнения баков

  Если в последующий интервал времени приема информации τ 2 обнаруживается отступление от заданной программы, то по фактическому состоянию рассогласования уровней на время τ 2 вырабатывается новая программа 2, в соответствии с которой происходит перестановка дросселя на линии окислителя в новое положение. Если процесс опорожнения баков с момента τ 2 оставить неуправляемым, то к концу работы ДУ он может закончиться со значительным превышением остатков в баке горючего (пунктирная линия 2").

  Если в интервал времени τ 3 приема информации БЦВМ новая программа опорожнения баков 2 сохраняется, то в работу ДУ не вносится никаких изменений.

  Если фактическое состояние опорожнения баков не следует намеченной программе, то программа опорожнения топливных баков мобильно изменяется и представляет собой конечную сумму программ (см. ломаную траекторию на рис. 6.4).

  В результате работы СОБ реализуются принципы решения проблемы обеспечения конечной массы ЛА, сформулированные выше.

  Основной особенностью рассматриваемой системы управления конечной массой ЛА является то, что "слив" излишков топлива из баков осуществляется через камеру двигателя, в результате чего в ней изменяется соотношение компонентов топлива. Естественно, что это обстоятельство не способствует строгому поддержанию оптимального значения соотношения компонентов топлива, соответствующего максимуму удельного импульса тяги двигателя. Из общей теории двигателей известно также, что в области экстремума удельного импульса тяги ЖРД его связь с соотношением компонентов топлива имеет пологий характер. Поэтому без особого ущерба удельному импульсу тяги можно разрешить изменять соотношение компонентов топлива в пределах 3 ÷ 5 % его оптимального значения.

  Стабилизация положения осей ЛА в пространстве и угол θ к конечного участка активного полета ЛА обеспечиваются системой управления вектором тяги.

  Газовые рули (рис. 6.5, а ), выполненные из жаропрочного графита, изменяют направление струи газов на выходе из сопла двигателя при помощи поворотного устройства. Недостаток этого способа состоит в том, что установленные в поток газов на выходе из сопла рули создают, во-первых, постоянное сопротивление газовому потоку. Кроме того, за время работы двигателя, во-вторых, поверхность газовых рулей выгорает примерно на половину от первоначальной.

  Этого недостатка можно избежать установкой на срезе сопла периферийных рулей (рис. 6.5, б ), которые управляют вектором тяги за счет погружения щитковой поверхности руля в поток газа на срезе сопла двигателя. В нейтральном положении периферийные рули не создают сопротивления газовому потоку.

  Поворот камеры или сопла. Вместо поворота камеры возможен поворот только сопла двигателя (рис. 6.5, в ) или тороидального дефлектора, установленного на срезе сопла (рис. 6.5, г), или вращение сопла с косым срезом (рис. 6.5, д ).

  
  

  Рис. 6.5. Возможные способы управления вектором тяги ЖРДУ

  Вдув газа в закритическую часть сопла. Особого внимания заслуживает способ изменения вектора тяги с помощью вдува в закритическую часть сопла жидкости или газа (рис. 6.5, е ). Жидкость (или газ) размещается в баллоне 1 и по команде системы управления через клапаны 2 поступает с небольшим избыточным давлением в расширяющуюся часть сопла 3 под углом α. Вблизи стенки сопла, на границе сверхзвукового потока и паровой фазы жидкости 4 (или газа), реализуется скачок уплотнения 5. За скачком уплотнения образуется область повышенного давления (на рис. 6.5, е график Р с =f(l c) ), где происходит отклонение газовой струи в сторону оси сопла, которое вызывает отклонение всего газового потока и создает тем самым эксцентриситет тяги сопла с направлением, противоположным отклонению газового потока. При вдуве 1% расхода жидкости по отношению ко всему расходу газов через сопло возникает поперечная составляющая тяги, равная 0,5% от суммарной продольной тяги двигателя. Таким образом, вдув газа или жидкости в закритическую часть сопла применяется для точного (прецизионного) управления вектором тяги.

  Перспективным является также способ управления вектором тяги за счет перераспределения расходов топлива между жестко закрепленными на ЛА камерами в многокамерной двигательной установке. Однако широкое применение этого способа сдерживается техническими трудностями реализации регуляторов перераспределения расходов топлива с одновременным сохранением соотношения компонентов топлива, организацией их взаимодействия с системами РКС и СОБ и одновременным ограничением глубины изменения режимов работы камер двигателя.

  Читайте также по теме:

  1. Как правильно чистить и обслуживать охотничье ружье
  2. Номерные знаки без флага: где и как их можно получить и за сколько
  3. Номера жирным шрифтом без флага
  4. Самая старая лампочка накаливания в мире