Гидравлические системы являются жизненно важным компонентом современных самолетов. С их помощью контролируются такие важнейшие функции, как тормоза, закрылки, органы управления полетом и шасси. Несмотря на ключевую роль гидравлики в обеспечении безопасности, надежности и эффективности полетов, базовая конструкция этих систем практически не изменилась с 1960-х годов. В то время как проектирование гидросистем оставалось на прежнем уровне, другие аспекты аэрокосмической техники продвинулись вперед. Находясь сегодня в исторической моменте развития самолетостроения, в том числе по направлению электрических самолетов, требуется также исследовать и то, как гидравлические системы в данной отрасли также могут совершенствоваться, чтобы соответствовать современным требованиям с точки зрения эффективности и экологичности.
Роль гидравлики в самолетостроении
Гидравлические системы в самолетах необходимы для управления различными критическими функциями, требующими точного контроля. В данных системах применяются гидравлические насосы и клапаны для передачи усилия на механические компоненты по всем элементам самолета. Например, шасси приводится в действие с помощью гидравлической системы, которая позволяет ему выдвигаться и убираться точно и результативно. Аналогичным образом пилот контролирует управляющие поверхности полетом, такие как элероны, рули направления и рули высоты. Все эти элементы зависят от гидравлики.
Использование гидравлических систем дает самолетам ряд преимуществ, главным из которых является надежность. Гидравлические системы доказали свою невероятную надежность даже в экстремальных условиях полета. При правильном обслуживании риск выхода из строя гидравлических систем минимален. Данные системы внесли значительный вклад в обеспечение безопасности современной авиации. Гидросистемы чрезвычайно эффективны при быстром и точном управлении критически важными системами полета.
Краткая история гидравлических систем в самолетостроении
Широкое использование гидравлики в самолетах началось во время Второй мировой войны, когда были достигнуты значительные успехи в области авиационных гидравлических технологий. К 1960-м годам гидравлические системы были стандартизированы в коммерческих и военных самолетах. Самолеты, подобные Ил-86 и Boeing 747, отличались централизованной гидравлической системой – конструкция, которая оставалась принципиально неизменной на протяжении десятилетий. Boeing 787, представленный в 2011 году, оснащен централизованной гидравлической системой, во многом аналогичной той, что установлена на 747-м, с несколькими незначительными оптимизациями.
Это удивительно, если принять во внимание эволюцию других технологий на том же самолете. Начиная с коммуникационных интерфейсов и материалов, используемых в фюзеляже, и заканчивая кондиционированием воздуха – авиационные технологии значительно продвинулись вперед, при этом проектирование гидравлической системы оставалось на прежнем уровне.
Эти централизованные системы состоят из множества гидравлических насосов, которые распределяют гидравлическую жидкость по сети труб к различным бортовым системам самолета. За десятилетия, прошедшие с момента ее внедрения, эта система доказала свою надежность, способствуя повышению уровня безопасности современной авиации. Однако такая централизованная конструкция также имеет существенные недостатки, которые необходимо устранить.
Проблема с устаревшими гидросистемами
Одним из наиболее существенных недостатков традиционных централизованных гидравлических систем является их вес. Для распределения гидравлического давления по бортовым системам требуется разветвленная сеть трубопроводов, что значительно увеличивает вес самолета, часто достигающий тонны. Этот дополнительный вес напрямую влияет на топливную экономичность и дальность полета – важнейшие задачи современной аэрокосмической промышленности, которая все больше внимания уделяет экологичности и сокращению выбросов.
Будущее гидравлики в самолетостроении
Предполагается, что решение проблемы по устранению недостатков существующих гидросистем заключается в замене централизованных гидравлических систем на децентрализованную гидравлику. Данная конструкция предполагает использование локализованных гидравлических подсистем вместо единой централизованной системы. Эти системы приводят к значительному снижению веса за счет насосов меньшего размера, трубопроводов меньшего диаметра и уменьшения количества необходимых трубопроводов.
Сегодня в мире уже разработаны микро-электрогидростатические приводы (micro-EHA), объединившие высокоскоростные и легкие сервоклапаны с компактными и мощными радиально-поршневыми насосами. Данные микро-электрогидростатические приводы уже применяются в робототехнике, они в два раза меньше аналогичных электромеханических приводов, и обеспечивают при этом требуемую мощность, управляемость и надежность. Внедрением подобных распределенных гидравлических систем возможно добиться экономии веса до 550 кг в зависимости от типа самолета.
Хотя гидравлические системы исторически были надежной и неотъемлемой частью управления самолетом и обеспечения безопасности, их устаревшая конструкция создает серьезные вызовы для современной аэрокосмической промышленности. Поэтому, как и в любой другой отрасли, необходимо переосмысливать, какими могут быть гидравлические системы самолетов в будущем и что именно приведет к созданию более эффективных самолетов, снижению выбросов и более устойчивому развитию аэрокосмической отрасли.