Образовательные услуги

Коммерческие услуги



Исследование кавитационных явлений в СГРМ

     В системах автоматического управления модулем и вектором тяги летательных аппаратов специального назначения широко используются струйные гидравлические рулевые машины (СГРМ).
     В результате работ, проводимых на ФГУП «Государственный ракетный центр имени академика В.П. Макеева» была создана гамма устойчиво работающих однокаскадных СГРМ классической схемы с выходной мощностью до 4,225 кВт при давлении до 13 МПа.
     Дальнейшим этапом развития струйных гидравлических рулевых машин явилась разработка струйно-кавитационной схемы регулирования скорости исполнительных механизмов летательного аппарата.
     Отличие от классической схемы СГРМ  схемы со струйно-кавитационным регулированием - в конструкции приемной платы. Верхняя часть приемной платы выполнена в виде коротких коноидальных сопел, где происходит дополнительное увеличение скорости основной струи. Нижняя часть - в виде диффузорных сопел, соединенных с полостями гидродвигателя. В приемной плате выполняется камера в виде плоскопараллельной щели, пересекающей каналы и сообщающаяся со сливом.
     Анализ полученных результатов экспериментальных исследований позволил предположить, что в основе высоких показателей новой схемы СГРМ перед классической лежат процессы, происходящие в струйной камере. Наблюдаемые явление стабилизации расхода при изменении нагрузки на исполнительном гидродвигателе, повышение рабочего давления до 16 МПа, наличие жесткости внешней характеристики гидропривода при малых отклонениях струйной трубки и независимость характеристик гидропривода от конструктивных параметров распределителя происходит за счет кавитационных процессов в приемной плате.
     Цель исследования: изучение кавитационных процессов в гидросистемах летательных аппаратов. Разработка математического описания процессов инерционного роста и замыкания кавитационных каверн в струйном гидрораспределителе.
      Результаты исследований:
1. Анализ источников литературы, современных разработок и экспериментальных прототипов устройств, использующихся в качестве исполнительных устройств систем управления летательными аппаратами показал, что точной физико-математической модели кавитационных явлений на данном этапе развития теории гидродинамической кавитации не предложено. Отсутствие такой модели обусловлено чрезвычайной сложностью и скоротечностью процессов, происходящих в гидрораспределительных устройствах ЛА.
2. Разработана и исследована математическая модель струйной гидравлической рулевой машины со струйно-кавитационным регулированием. Отличие от классической схемы СГРМ - в конструкции приемной платы. Приемная плата новой схемы осуществляет стабилизацию расхода при изменении нагрузки на исполнительном гидродвигателе за счет происходящих в ней кавитационных явлений. Отвод рабочей жидкости из полостей гидроцилиндра осуществляется через плоскую щель, что исключает воздействие обратных струй на струйную трубку.
3. При увеличении противонагрузки в приемном сопле обратная струя жидкости, ранее наблюдавшаяся на периферийной части основной струи, теперь вынуждена преодолевать кавитационную зону. Если противодавление в приемном сопле недостаточно, то обратная струя данную зону преодолеть не может и вынуждена вместе с основной струей жидкости совершать полезную работу.
4. На всем диапазоне исследуемых параметров наблюдалась стабилизация скорости гидродвигателя по нагрузке до 70 % от максимального значения нагрузки, и относительная независимость характеристик СГРМ от конструктивных параметров гидрораспределителя; коэффициент восстановления расхода (при отсутствии нагрузки) превышал единицу, коэффициент давления (при отсутствии расхода к потребителю) был равен единице. Результаты экспериментальных исследований гидрораспределителя новой схемы показывают преимущество основных показателей качества процесса регулирования по сравнению с гидрораспределителем классической схемы.
5. Наблюдается независимость характеристик гидрораспределителя от его безразмерных конструктивных параметров, в гидрораспределителе классической схемы представляющая собой основную проблему при проектировании и доводке. Кроме того, увеличился диапазон рабочих давлений однокаскадных СГРМ.
6. Полученная модель кавитационного роста и замыкания поступательно движущегося с большой скоростью сферического пузырька в канале переменного сечения учитывает влияние вязкости жидкости, сил поверхностного натяжения, близости границ твердой стенки, противодавление в струйной камере.
7. Проведенные экспериментальные исследования для разных геометрических соотношений приемных и напорного сопел при разных давлениях питания, подтвердили правильность выдвинутой гипотезы. При нагрузках менее 70% от максимальной расход в гидродвигателе стабилен. Более того, вследствие эжекции коэффициент восстановления расхода превышает 1. КПД струйного гидропривода вырос до 70 - 80 % против 15-45% у привода классической схемы. Устранена зависимость энергетических характеристик привода от конструктивных параметров струйного гидрораспределителя.
8. Разработанная математическая модель гидропривода со струйно-кавитационным регулированием может быть использована на стадии проектирования.



     Сотрудники:

1. Целищев Д.В.