Энциклопедия авиации. Главный редактор: Г. П. Свищёв. Издательство: Москва, «Большая Российская Энциклопедия»

Полисульфидные (тиоколовые) Г. обладают высокой стойкостью к действию нефтяных топлив, масел, воды, света, озона. Применяются для поверхностной и внутришовной герметизации соединений, работающих при температураx от —60 до 150{{°}}С. Герметики У-30М и У-30МЭС-5 (разработанные в 1955—1957) позволили обеспечить надёжную герметизацию высотных кабин, а также топливных отсеков. Г. этого типа (в том числе однокомпонентные, например ВИТО-1) широко применяются в конструкциях всех пассажирских самолётов.

Фторорганические Г. обладают стойкостью к различным агрессивным средам. Предназначаются для герметизации соединений, работающих в топливной среде при температурах от -20 до 200{{°}}C. В отличие от другие самовулканизующихся Г. они содержат растворитель, поэтому в большинстве случаев для ускорения их сушки и вулканизации применяется нагрев.

Отличительная особенность кремнийорганических (полисилоксановых) Г. — сочетание высокой тепло- и морозостойкости с устойчивостью к различным факторам старения (тепловому, светоозонному и другим). Разработан широкий ассортимент таких Г., в том числе однокомпонентных, с различными свойствами. В авиастроении наибольшее применение находят герметики У4-21 и У2-28 для поверхностной и внутришовной герметизации кабин сверхзвуковых самолётов и элементов двигателей, а также Г.-компаунды (например, ПК-68), Благодаря технологичности и отсутствию коррозионного воздействия на цветные металлы они широко используются для герметизации авиационных приборов. Большинство кремнийорганических Г. предназначено для работы в воздушной среде при температураx от —60 до 300{{°}}С. Созданы специальные термостойкие (до 400{{°}}С) и морозостойкие Г. (например, УФ-7-21, используемый и в космической технике, способен сохранять эластичность в интервале от —120 до 300{{°}}С), а также Г., способные работать в топливе при температураx от -60 до 250{{°}}С (например, ВГФ-4-10).

Основная нагрузка конструкции Г. — внутреннее избыточное давление, действующее циклически (один цикл — полёт летательного аппарата). Поэтому формы сечения Г. обычно состоят из окружностей или полуокружностей, а днища часто имеют форму сферы. Одновременно в конструкции Г. стремятся максимально сократить число продольных и поперечных стыков в оболочке, применять наиболее надёжные и долговечные материалы для обшивки, шпангоутов и стрингеров, выбирать оптимальные напряжения в обшивке и уменьшать концентрацию напряжений в местах вырезов под проёмы дверей, окон, люков и т. д. На современных летательных аппаратах в целях снижения массы конструкции Г. часто выполняются как единое целое с фюзеляжем, поэтому одновременно с внутренним избыточным давлением на конструкцию действуют и внешние нагрузки.

Для абсолютно жёсткого трубопровода с_э равна скорости звука в жидкости с. Так, для воды с = 1500 м/с и при v = l м/с {{Δ}}p = 1,5 МПа. Упругость стенок трубы снижает скорость с_э до значения, которое приближенно рассчитывается по формуле

с_э = (1-d/{{δ}}-E/E_c)^-1/2

где d и {{δ}} — диаметр и толщина стенок трубы, E и E_c — модули упругости жидкости и материала стенок трубы (для воды и стали E/E_c {{≈}} 0,02). При медленном закрытии крана значение {{Δ}}p существенно снижается. Если время закрытия крана t_з длина трубы l то при условии ct_з > > l приближённо справедлива формула {{Δ}}p = {{ρ}}vl/t_з. Поэтому с целью избежания Г. у. клапаны и задвижки в трубопроводах делаются с винтовым приводом, реализующим медленное торможение потока.

При ударе твёрдых тел о воду возникают явления по физическому существу близкие к гидравлическому удару. На плоских поверхностях соприкосновения тела и жидкости в начальный момент времени возникают явления, также определяемые по формуле Жуковского, а внутрь жидкости и тела распространяются волны сжатия. Дальнейшее погружение тела в жидкость порождает сложное течение, изучаемое в теории удара тела о жидкость.

Г. В. Логвинович.

гидравлическое оборудование летательного аппарата — предназначается для привода в действие различных бортовых функциональных систем — потребителей. Г. о. содержит источники давления (насосы, гидроаккумуляторы), баки с рабочей жидкостью, трубопроводы, арматуру, различные клапаны, фильтры, гасители пульсаций, приборы контроля, защиты и сигнализации. В число потребителей гидравлической энергии входят исполнительные механизмы отклонения органов управления (гидроусилители, рулевые приводы, рулевые машинки), уборки и выпуска шасси, управления воздухозаборниками двигателей, тормозные механизмы колес шасси и т. д. Работа насосов без кавитации при полёте летательного аппарата в разреженной атмосфере или космосе достигается созданием герметичного Г. о. с избыточным давлением внутри него. Поддержание рабочего давления в заданных пределах осуществляется стабилизаторами давления (регуляторами насосов, автоматами разгрузки). Для защиты Г. о. от перегрева используются топливожидкостные теплообменники. В целях безопасности полётов Г. о. обычно выполняется с резервированием (кратность 2—4). На некоторых летательных аппаратах дополнительно устанавливают аварийное Г. о., которое при отказе основной системы приводится в действие ветродвигателями, выдвигаемыми в воздушный поток, электродвигателями или газовыми турбинами с приводом от вспомогательной силовой установки.

Масса Г. о. составляет 1—1,5% взлётной массы для тяжёлых, 2—3% для лёгких манёвренных самолётов и 1—2% для вертолётов. Установочная мощность Г. о. различных летательных аппаратов от 0,75 кВт до 2 МВт, давление от 7 до 28 МПа, объём рабочей жидкости от 6 до 850 л, длина трубопроводов от 40 до 5000 м, рабочий диапазон температур от —60 до 180{{°}}С. Преимущества Г. о. перед электрическими и пневматическими системами заключаются в достижении значительных удельных сил и мощностей, в широких пределах плавного изменения скоростей перемещения механизмов и высокой степени устойчивости к внешним нагрузкам. До 40 х гг. в основном применялись простейшие гидропередачи с ручным приводом. С середины 30 х гг. до середины 50 х гг. в военной авиации и ракетной технике использовалось Г. о. с комплексными автономными электрогидравлическими приводами, питаемыми бортовой электросетью. С 50 х гг. широкое распространение получило Г. о. с приводом от маршевого двигателя, включающее насосы постоянной подачи с автоматом нагрузки или насосы переменный подачи. Г. о. с приводом от электродвигателей применяется на летательных аппаратах с невысокой мощностью насосов. С 80 х гг. внедрены насосы переменный подачи с электромагнитным клапаном разгрузки.

План гидроаэродрома: 1 — лётный бассейн; 2 — плавучие оградительные знаки; 3 — гавань; 4 — мол; 5 — пассажирская пристань; 6 — аэровокзал; 7 — привокзальная площадь; 8 — гараж; 9 — стоянки гидросамолётов на плаву; 10 — стапель; 11 — грузоподъёмный кран; 12 — рулёжные дорожки; 13 — манёвренные площадки; 14 — ангары; 15 — открытые стоянки; 16 — служебные здания; 17 — склад запасных частей; 18 — хранилище горючего; 19 — пожарное депо; 20 — здание охраны; 21 — пристань для плавучих средств; 22 — жилые дома; 23 — авиаремонтные мастерские.

Фундаментальные уравнения Г. выражают собой сохранения законы массы (импульса и энергии). Если предположить, что движущаяся среда является ньютоновской жидкостью и для анализа её движения применить метод Эйлера, то течение жидкости будет описываться неразрывности уравнением, Навье — Стокса уравнениями и энергии уравнением. Для идеальной несжимаемой жидкости уравнения Навье — Стокса переходят в Эйлера уравнения, а уравнение энергии выпадает из рассмотрения, поскольку динамика течения несжимаемой жидкости не зависит от тепловых процессов. В этом случае движение жидкости описывается уравнением неразрывности и уравнениями Эйлера, которые удобно записать в форме Громеки — Ламба [по имени русский учёного И. С. Громеки и английского учёного Г. Ламба (Н. Lamb)]:

divV = 0,

{{формула}}

где V — вектор скорости, {{ω}} = rotV — вектор завихренности, F — вектор массовой силы, р — давление гидродинамическое.

Для практических приложений важны интегралы уравнений Эйлера, которые имеют место в двух случаях:

а) установившееся движение при наличии потенциала массовых сил (F = -gradΠ); тогда вдоль линии тока будет выполняться Бернулли уравнение

{{формула}}

правая часть которого постоянна вдоль каждой линии тока, но, вообще говоря, меняется при переходе от одной линии тока к другой. Если жидкость вытекает из пространства, где она покоится, то постоянная Бернулли H одинакова для всех линий тока;

б) безвихревое течение: ({{ω}} = rotV = 0. В этом случае V = grad{{φ}}, где {{φ}} — потенциал скорости, и массовые силы обладают потенциалом. Тогда для всего поля течения справедлив интеграл (уравнение) Коши — Лагранжа д{{φ}}/дt + V²/2 + p/{{ρ}} + П = H(t). В обоих случаях указанные интегралы позволяют определить поле давлений при известном поле скоростей.

Интегрирование уравнения Коши — Лагранжа в интервале времени {{Δ}}t{{→}}0 в случае ударного возбуждения течения приводит к соотношению, связывающему приращение потенциала скорости с импульсом давления p_i. Для произвольной точки пространства имеем

{{формула}}

Всякое движение первоначально покоящейся жидкости, вызванное силами веса или нормальными давлениями, приложенными к её границам, потенциально. Для реальных жидкостей, обладающих вязкостью, условие {{ω}} = 0 выполняется лишь приближённо: вблизи обтекаемых твёрдых границ существенно сказывается вязкость и образуется пограничный слой, где {{ω ≠ }}0. Несмотря на это, теория потенциальных течений позволяет решать ряд важных прикладных задач.

Поле потенциального течения описывается потенциалом скорости {{φ}}, который удовлетворяет уравнению Лапласа

divV = {{Δφ}} = 0.

Доказано, что при заданных граничных условиях на поверхностях, ограничивающих область движения жидкости, его решение единственно. В силу линейности уравнения Лапласа справедлив принцип суперпозиции решений и, следовательно, для сложных течений решение можно представить как сумму более простых течений (см., например, статью Источников и стоков метод). Так, при продольном обтекании однородным потоком отрезка с распределёнными по нему источниками и стоками с равной нулю суммарной интенсивностью образуются замкнутые поверхности тока, которые можно рассматривать как поверхности тел вращения, например, корпуса летательного аппарата.

Если в неограниченной области задана некоторая замкнутая поверхность S и n есть единичный вектор нормали к этой поверхности, направленный внутрь жидкости, то импульс силы В, сообщённый жидкости движением этой поверхности, и кинетическая энергия жидкости T будут определяться формулами

{{формула}}

Для твёрдых движущихся тел величины B и T можно выразить через присоединённые массы и скорости тел. В частности, при движении тела без вращения вдоль оси x со скоростью Vx, имеем B_x = {{λ}}_xV_x и T = {{λ}}_xV²_x/2, где {{λ}}_x, — присоединённая масса в направлении оси x, пропорциональная плотности жидкости и зависящая только от размеров и формы тела. Сила R, действующая на жидкость со стороны тела, есть R = dB/dt или V_xR = dT/dt. Поэтому при поступательном равномерном движении твёрдого тела в идеальной жидкости B = const и, следовательно, R = 0 (Д'Аламбера — Эйлера парадокс). При движении тела в реальной жидкости всегда возникают гидродинамические силы из-за его взаимодействия с жидкостью. Одна часть суммарной силы обусловлена присоединёнными массами и пропорциональна скорости изменения связанного с телом импульса примерно так же, как в идеальной жидкости. Другая часть суммарной силы связана с образованием следа аэродинамического за телом, который формируется в течение всей истории движения. След влияет на поле течения вблизи тела, поэтому численное значение присоединённой массы может не совпадать с его значением для аналогичного движения в идеальной жидкости. След за телом может быть ламинарным или турбулентным, может образовываться свободными границами, например, за глиссером.

Аналитические решения нелинейных задач, связанных с пространственным движением тел в жидкости при наличии следа, удаётся получить лишь в некоторых частных случаях.

При установившемся глиссировании килеватой пластинки со скоростью V{{_∞}} течение в поперечной плоскости непосредственно за транцем весьма близко к течению, возбуждённому погружающимся клином. Поэтому приращение вертикального компонента импульса сообщаемого жидкости в единицу времени, близко к BV{{_∞}} = m*V{{_∞}}dh/dt. Импульс жидкости направлен вниз; реакция, действующая на тело, есть подъёмная сила Y. Для малых углов атаки {{α}} dh/dt = {{α}}V{{_∞}}, и Y = m*(h)V²{{_∞α}}.

За телом, движущимся в неограниченной жидкости с постоянной скоростью V{{_∞}} и обладающим подъёмной силой Y, образуется вихревая пелена, которая далеко за телом сворачивается в 2 вихря с циркуляцией скорости Γ и расстоянием l между ними, которые замыкаются начальным вихрем. Вследствие взаимодействия эта пара вихрей наклонена к направлению движения на угол {{α}}, определяемый соотношением sin{{α}} = Γ/(2{{π}}/V{{_∞}}). Из теорем о вихрях следует, что импульс сил B, который нужно приложить к жидкости для возбуждения замкнутой вихревой нити с циркуляцией Γ и площадью диафрагмы S, ограниченной этой вихревой нитью, равен {{ρ}}ΓS и направлен перпендикулярно плоскости диафрагмы. В рассматриваемом случае Γ = const, скорость приращения диафрагмы dS/dt = lV{{_∞}}/cos{{α}}, вектор гидродинамической силы R = dB/dt и, следовательно, Y = {{ρ}}/ΓV{{_∞}} и индуктивное сопротивление X_инд = {{ρ}}/ΓV{{_∞}}tg{{α}}_инд, причем {{α}}_инд = {{α}}.

Как в случае глиссирования, так и для любых несущих систем сопротивление определяется кинетической энергией жидкости, приходящейся на единицу длины оставляемого телом следа. Общий вывод состоит в том, что при сходе с тела свободных границ всю совокупность действующих сил можно приближённо разделить на 2 части, одна из которых определяется производными по времени от «связанных» импульсов, а вторая потоками «стекающих» импульсов.

При больших скоростях движения в потенциальном потоке могут возникать очень малые положительные и даже отрицательные давления. Жидкости, встречающиеся в природе и применяемые в технике, в большинстве случаев не способны воспринимать растягивающие усилия отрицательного давления), и обычно давление в потоке не может принимать значения меньше некоторого p_d. В точках потока жидкости, в которых давление p = p_d, происходит нарушение сплошности течения и образуются области (каверны), заполненные парами жидкости или выделившимися газами. Это явлен называется кавитацией. Возможным нижним пределом p_d является давление насыщенных паров жидкости, зависящее от температуры жидкости.

При обтекании тел максимум скорости и минимум давления имеют место на поверхности тела и наступление кавитации определяется условием

где {{σ}} — число кавитации, Cp_min — минимальное значение коэффициента давления.

При развитой кавитации позади тела образуется каверна с резко выраженными границами, которые можно рассматривать как свободные поверхности и которые образованы частицами жидкости, сошедшими с обтекаемого контура в точках схода струй. Явления, происходящие в области смыкания струй, ограничивающих каверну, еще не вполне изучены; опыт показывает, что кавитационное течение имеет нестационарный характер, особенно сильно выраженный в области смыкания.

Если {{σ}} > 0, то давление в набегающем потоке и в бесконечности за телом больше, чем давление внутри каверны, и поэтому каверна не может простираться до бесконечности. При уменьшении σ размеры каверны возрастают и область замыкания удаляется от тела. При {{σ}} = 0 предельное кавитационное течение совпадает с обтеканием тел со срывом струй по схеме Кирхгофа (см. Струйных течений теория).

Для построения стационарного струйного течения используются различные идеализированные схемы, например, такая: свободные поверхности, сходящие с поверхности тела и направленные выпуклостью к внешнему потоку, при смыкании образуют струю, стекающую внутрь каверны (при математическом описании уходит на второй лист римановой поверхности). Решение такой задачи проводится методом, аналогичным методу Гельмгольца — Кирхгофа: В частности, для плоской пластины ширины l, установленной перпендикулярно набегающему потоку, коэффициент сопротивления c_x, вычисляется по формуле

c_x = c_x0(1 + {{σ}}),

где c_x0 = 2{{π}}/({{π}} + 4) — коэффициент сопротивления пластины, обтекаемой по схеме Кирхгофа. Для. пространственных (осесимметричных) каверн справедлив приближённый принцип независимости расширения, выражаемый уравнением

d²S/dt² {{≈}} -K(p{{_∞}}-p_к)/{{ρ}},

где S(t) — площадь поперечного сечения каверны в неподвижной плоскости, перпендикулярной к траектории центра кавитатора p{{_∞}}(t) —давление в рассматриваемой точке траектории, которое было бы до образования каверны; p_к — давление в каверне. Константа К пропорциональна коэффициенту сопротивления кавитатора; для тупых тел К ~ 3.

С явлением кавитации приходится встречаться во многих технических устройствах. Начальная стадия кавитации наблюдается при заполнении имеющейся в потоке области пониженного давления пузырьками газа или пара, которые, схлопываясь, вызывают эрозию, вибрации и характерный шум. Пузырьковая кавитация возникает на гребных винтах, в насосах, трубопроводах и других устройствах, где из-за повышеной скорости давление понижается и приближается к давлению парообразования. Развитая кавитация с образованием каверны с низким давлением внутри имеет место, например, за реданами гидросамолётов, если подток воздуха в зареданное пространство оказывается стеснённым. Такие каверзы приводят к автоколебаниям, так называемым барсу. Срыв каверн на подводных крыльях и на лопастях гребных винтов приводит к снижению подъёмной силы крыла и «упора» винта.

Экспериментальная Г. помимо традиционных гидроканалов (опытовых бассейнов) располагает широким ассортиментом специальных установок, предназначенных для изучения быстропротекающих нестационарных процессов. Применяются скоростная киносъёмка, визуализация течений и другие методы. Обычно на одной модели нельзя удовлетворить всем требованиям подобия (см. Подобия законы), поэтому широко применяется «частичное» и «перекрёстное» моделирование. Моделирование и сравнение с теоретическими результатами является основой современных гидродинамических исследований.

Гидроканал Центрального аэрогидродинамического института.

При буксировке моделей судов или лодок гидросамолётов в Г. по поверхности воды существенны силы инерции, тяжести и трения, то есть подобия законы Фруда и Рейнольдса. Однако удовлетворить обоим этим законам подобия одновременно практически не удаётся и обычно отдаётся предпочтение закону подобия, характеризующемуся числом Фруда Fr(Fr = V²/gL; V — скорость набегающего потока, g — ускорение свободного падения, L — характерный линейный размер), поскольку при этом моделируются подъёмные силы, волнообразование и поведение модели в целом (брызгообразование и естественная кавитация при выполнении закона подобия Фруда полностью все же не моделируются). Рейнольдса числа получаются значительно меньше натурных, поэтому силы трения и их влияние на течение учитываются специальными поправками (масштабный эффект).

Большие Г. (длина 1000—1500 м, ширина 20—25 м, глубина 5—10 м) имеют многотонную буксировочную тележку, на которой размещаются бригада экспериментаторов, измерительная, киносъёмочная и вычислительная техника. Малые Г. снабжаются лёгкой буксировочной тележкой (без экипажа), приводимой в движение линейным двигателем и снабжённой автоматической регистрирующей аппаратурой. Практически все Г. оборудуются устройствами для образования волн (волнопродукторами).

Г. В. Логвинович.

гидромодель аэростата — модель аэростата, наполненная жидкостью; позволяет имитировать напряженное состояние корпуса аэростата, наполненного подъёмным газом. Г. а. используются главным образом для оценки формы и деформации корпуса (оболочки) нежёстких дирижаблей (рис. 1), привязных и свободных аэростатов (стратостатов, рис. 2). Измеряя деформации, оценивают натяжения в оболочке. В основу методов, использующих Г. а., положены условия статического подобия и равенства относительных деформаций. Обычно оболочка Г. а. изготавливается из тех же материалов, что и оболочка аэростата. При этом подобие деформаций возможно только при равенстве натяжений в оболочке аэростата и модели. Идея использования Г. а. впервые была высказана К. Э. Циолковским в его книге «Аэростат металлический управляемый» (Калуга, 1893).

Рис. 1. Гидромодель нежесткого аэростата.

Рис. 2. Гидромодели свободного аэростата (вверху) и стратостата (внизу).

гидроплан — то же, что гидросамолёт.

гидросамолёт — самолёт, способный взлетать с водной поверхности и садиться на неё, а также маневрировать на воде. Г. должен обладать плавучестью, остойчивостью, непотопляемостью, устойчивостью движения по воде, мореходностью, приемлемым брызгообразованием.

Под плавучестью понимается способность Г. плавать при заданной массе, сохраняя определенную ватерлинию; под остойчивостью — способность при отклонении от исходного равновесного положения возвращаться к нему; под непотопляемостью — способность при затоплении несколько отсеков фюзеляжа и поплавков сохранять плавучесть и остойчивость; под мореходностью — способность пилотируемого Г. при определенном морском волнении и ветре совершать плавание, дрейф, маневрирование на воде, взлёт с воды и посадку на воду. Г. должен также обладать достаточной энерговооружённостью (тяговооружённостью) для нормального взлёта с воды.