Основы производства летательных аппаратов

Проектирование опытного образца ЛА ведется в ОКБ, а его изготовление - на опытном заводе. ЛА запускается в серийное производство после целого комплекса прочностных и летных испытаний.
Производство ЛА, одно из наиболее сложных и дорогостоящих производств, обладает следующими специфическими особенностями:
- объект производства (ЛА) - сложная техническая система. Количество выполненных различными технологическими процессами и из различных материалов деталей в конструкции планера современного ЛА (не считая крепежных деталей) составляет сотни тысяч единиц. Так, в конструкции планера самолета Ил-86 только из металлических материалов методом отливки изготавливается около 5000 деталей, около 12500 деталей получены из горячештампованных заготовок, более 59600 деталей из профилей и 2400 деталей из труб изготовлены методами холодной штамповки. Более 1 млн. 480 тыс. заклепок различного типа и около 153 тыс. болтов соединяют эти детали.
Современный ЛА насыщен различными приборами, механизмами, бортовыми системами, представляющими собой сложные технические комплексы автоматического и полуавтоматического действия, которые также являются весьма сложными объектами производства. Так, электросеть самолета Ил-86 включает в себя более 1800 электрических соединителей, более 450 электрожгутов с общей длиной проводов около 800 км;
- обеспечение высокой эффективности ЛА требует создания, освоения и применения широкой номенклатуры дорогостоящих и труднообрабатываемых материалов;
- сложность пространственных форм ЛА, высокие требования, предъявляемые к обводам ЛА, многообразие систем, работающих на различных физических принципах, требуют применения огромного (до нескольких тысяч) количества разнообразных технологических процессов, оснащения производства разнообразным очень точным и дорогостоящим оборудованием, привлечения к производству ЛА большого количества высококвалифицированных специалистов различных специальностей;
- широко разветвленная кооперация (от лат. cooperatio - сотрудничество, от co (cum) - совместно и opus (operis) - работа, труд) предприятий (их число достигает десятков тысяч), работающих на конечный объект производства - ЛА, требует применения прогрессивных форм управления производством с широким использованием вычислительной техники. В такой системе парируются не только отказы силовых приводов, но и отказы (например, разрушение отдельной секции) рулевых поверхностей и элементов механизации крыла.
Увеличение числа функциональных подсистем управления на самолете, рост потребляемых ими мощностей и необходимость повышения их надежности и отказобезопасности определяют необходимость постоянного совершенствования энергетических систем.
Перспективы развития электроэнергетики и электромеханики связаны с созданием бортовых систем постоянного тока с напряжением 270-300 В, для подсистем переменного тока осуществляется переход к трехфазным системам переменного тока 208/120 В и повышенной частотой (400-2000 Гц).
Применение мощных редкоземельных постоянных магнитов (магнитная индукция которых на порядок больше, чем у обычных магнитов), повышение напряжения, внедрение полупроводниковых коммутаторов и микропроцессоров управления позволят реализовать более компактные и надежные электроэнергетические установки и электромеханические приводы (с улучшенной в 2-3 раза массовой отдачей и в 4-6 раз большим быстродействием), которые смогут конкурировать с гидравлическими при значительно больших мощностях, чем в настоящее время.
Применение редкоземельных магнитов позволит создать высокомоментные длинноходовые электромеханические преобразователи, которые позволят исключить электрогидравлические промежуточные приводы в системах управления, а также уменьшить массу и объем многих устройств управления давлением, расходом, потоками рабочего тела.
Главным путем улучшения массовых и объемных характеристик гидросистем является переход на повышенные уровни рабочих давлений.
Существуют оптимальные уровни рабочих давлений, при которых минимизируются массы и объем агрегатов гидросистем. Эти уровни для конструкционных материалов с повышенными характеристиками находятся в пределах 40-50 МПа (при минимизации массы) и 40-80 МПа (при минимизации объемов). Именно на такие уровни номинального рабочего давления проектируются перспективные гидросистемы.
Перспективные гидросистемы будут работать на переменном рабочем давлении, соответствующем требуемому (как максимально потребному для одного из приводов).
Мы уже отмечали (см. главу 8), что стендовыми и летными испытаниями гидросистем управления ЛА подтвержден принцип целесообразности использования перегрузочных режимов работы силовых приводов на повышенных (по сравнению с установленными максимальными эксплуатационными уровнями) рабочих давлениях. Широкое внедрение этого принципа в практику проектирования гидросистем позволит существенно уменьшить их массу, объем, потребляемые и выходные мощности.
Создание ряда новых гидроприводов (вращательного типа) с учетом особенностей их компоновки (необходимость вписаться в объем крыла, располагая привод по оси поворота рулевой поверхности) позволяет превзойти наиболее распространенные приводы линейного возвратно-поступательного типа (цилиндр) по массовым и габаритным характеристикам.
Использование микропроцессоров для управления режимами работы как гидронасосов, так и гидроприводов позволяет оптимизировать их работу, уменьшить их массу, объем, потребляемые и выходные мощности.
Как мы уже отмечали, гидропривод (без учета трубопроводов) имеет весьма низкую интенсивность отказов. Интенсивность отказов именно трубопроводов достаточно высока и с увеличением рабочего давления, естественно, возрастет. В связи с повышением номинального рабочего давления в проектируемых гидросистемах весьма перспективным является создание силовых гидроприводов, в которых силовой гидроцилиндр имеет собственный встроенный гидробак, гидронасос и гидроаккумулятор. Такой гидропривод полностью автономен, получает энергию от электросети самолета, что позволяет отказаться от централизованной силовой гидравлической системы и передачи жидкости под высоким давлением по трубопроводам.
Знакопеременный характер нагрузок на аэродинамические управляющие поверхности ЛА определяет целесообразность установки рекуператоров энергии (от лат. recuperator - снова получающий, возвращающий) в электромеханических и гидромеханических силовых приводах.
Устройства рекуперации энергии предусмотрены в создаваемых электромеханических приводах.
Существующие гидроприводы могут работать в режимах рекуперации энергии в гидрогазовых аккумуляторах при оснащении их дополнительными устройствами управления.
Отметим в заключение, что каждое новое техническое решение в электромеханических системах ЛА может иметь или уже имеет свой аналог в гидросистемах. Поэтому вопрос о выборе комплекса бортовых энергетических систем решается с учетом конкретных условий применения летательного аппарата.
Оборудование всех систем самолета должно быть размещено так, чтобы был обеспечен свободный подход к нему для осмотра и удобный монтаж-демонтаж при замене блоков и агрегатов.