Northrop Grumman

Northrop Grumman

Компания Eaton обосновала возникновение пульсаций давления в гидравлической системы на Iron Bird (Железной птицы) самолёта X-47.

Предпосылки

4 февраля 2011 года компания Northrop Grumman и ВМФ США провели успешный первый полёт первого беспилотного летательного аппарата с функциями носителя X-47B, разработанного для программы демонстрации беспилотных носителей боевых воздушных систем (UCAS-D).

Компания Eaton является ключевым поставщиком для компании Northrop Grumman, основного подрядчика по программе UCAS-D ВМФ. Компания Eaton поставляет топливную систему X-47B, гидравлические насосы с приводом от двигателя, резервуар, селекторные клапаны, шланги, технологию трубных фитингов Rynglok, шарнирные соединения, фланцы, соединительные муфты и стропы.

На начальных этапах проектирования летательного аппарата компания Eaton работала в тесном сотрудничестве с компанией Northrop Grumman над испытательной установкой для летательного аппарата X-47B или Iron Bird, расположенной в Центре беспилотных систем компании Northrop Grumman в Сан-Диего, штат Калифорния, для утверждения результатов испытания и обеспечения решений для улучшения эксплуатационных характеристик гидравлических систем. Сотрудничество с компанией Eaton помогло Northrop Grumman распознать и решить проблемы в области эксплуатационных характеристик на ранних этапах, что обусловило продвижение проекта от испытания до выполнения первого успешного полёта.

Задача

Компания Eaton поставляет три гидравлических насоса с приводом от двигателя для летательного аппарата X-47B. Насос модели PV3-115-45A был квалифицирован для работы под давлением 4000 фунтов/кв.дюйм на реактивном истребителе Lockheed-Martin F-22 с проектным сроком службы 8000 часов.

Результаты, полученные на испытательном стенде X-47B, выявили пульсации высокого давления в выходном трубопроводе, источником которых, как было обнаружено, являлся насос с приводом от двигателя. Пульсации представляют собой возмущения давления, которые проходят через текучую среду в системе трубопроводов со скоростью звука. Обычно эти пульсации не являются настолько большими, чтобы создать серьёзные проблемы сами по себе. Однако они могут привести к неблагоприятным взаимодействиям или резонансам в гидравлической системе, которые, в свою очередь, могут создать проблемы в компонентах, расположенных за ними.

Задача компании Eaton заключалась в поиске решения для борьбы с резонансами насосов и обеспечения того, чтобы установка насосов в гидравлической системе X-47B была надлежащим образом конфигурирована для устранения неблагоприятных взаимодействий.

Решение

Инженеры компании Eaton ввели данные, полученные на испытательном стенде X-47B, в программу частотного резонанса гидравлической системы (Hydraulic System Frequency Resonance), которые компания Eaton разработала для моделирования отклика гидравлической системы на пульсации давления, обычно вызываемые магистральными гидравлическими насосами.

«Это является, главным образом, проверкой с высокой точностью, которую мы можем выполнить для обеспечения того, чтобы установка насоса была выполнена правильно для поддержания оптимальных эксплуатационных характеристик гидравлической системы», сказал Анил Бхансали, ведущий инженер подразделения гидравлических систем компании Eaton. – «Если проблемы обнаружены, то программа предоставляет данные, которые необходимы для установления источника и разработки решения».

Пульсации давлений могут контролироваться с использованием доступных на рынке устройств, которые могут устанавливаться в выходном контуре. Наиболее часто используемым устройством в гидравлических системах высокого давления является аттенюатор, который может изменить общее поведение системы с добавлением объёма. Аттенюатор также обладает способностью поглощать пики пульсаций потоков и возвращать поток в главный трубопровод во время провалов или точек минимума выходного давления.

«Мы успешно задействовали инструмент анализа гидравлического резонанса в нескольких проектах для прогнозирования частоты вращения насоса, при которых возникает резонанс», – сказал Бхансали. – «Данный инструмент способен добавить объём аттенюатора для повышения или снижения «пружинистости» контура для настройки трубопровода таким образом, чтобы предотвратить разрушающие резонансы при нормальных частотах вращения насоса при его устойчивом функционировании».

Результаты

Используя анализ гидравлического резонанса, компания Eaton помогла Northrop Grumman выбрать размеры и местонахождение аттенюатора для снижения пульсаций давления на испытательном стенде летательного аппарата X-47B. Это стало критически важным шагом в процессе приёмочных испытаний, который поддержал реализацию поэтапного плана компании Northrop Grumman, касающегося летательного аппарата X- 47B, включая его первый полёт.

«Мы смогли настроить систему таким образом, чтобы результирующие частоты не находились в тех участках, где они могли бы сохраняться в течение длительного времени», – сказал Бхансали. – «Наша способность предсказать частоты вращения насоса, при которых будут проявляться резонансы, придали компании Northrop Grumman большую уверенность в эксплуатационной готовности летательного аппарата X-47B при выполнении первого полёта».