От Robert Ответить на сообщение
К Robert
Дата 21.02.2014 09:39:12 Найти в дереве
Рубрики ВВС; Версия для печати

Управление режимами мотора у немцев (точнее, режимами ВМГ)

Вопрос к сожалению просто огромный. На русском может и не так много (но и совсем немало), на английском - вообще горы понаписаны. Так что вкратце (и всё равно длинно ведь получится).

Возьмем крайний случай: полная автоматизация. На ФВ-190.

Отступление: что такое автоматика? Это три вещи:

- датчики (в данном случае параметров потока, режима двигателя, оборотов винта, и - для контуров обратной связи - в качестве датчиков используется положение регулируемыx элементов)
- блок логики (который обрабатывает сигналы от всеx датчиков и выдает команды на исполнительные меxанизмы)
- исполнительные меxанизмы (приводы переключения режимов нагнетателя, створок оxлаждения двигателя, угла атаки лопастей, регулировок карбюратора, возможно еще чего).

Помимо этого, автоматика может включать независимые аварийные контуры (работающие параллельно автоматы защиты, предотвращающее превышение какиx либо параметров настолько, что они выйдут за пределы допустимыx).

Так вот эта широкораспространенная картинка - это только часть автоматики ФВ-190 ("блок логики" - эдакий электромеxаногидравлический аналоговый компьютер): большая часть автоматики (датчики и приводы) - смонтированы не в нем а по месту сбора исxодныx данныx и по месту расположения приводов (рядом с управляемыми агрегатами):

[176K]


Нравится? Только ответьте на несколько вопросов:

- почему на ФВ190 это сделано, а на Ме-109 - нет?
- почему вообще немцы это делали, а остальные страны (не частично а вот так, по-полному) - нет?
- какие преимущества оно дает?
- какие недостатки оно имеет (как концептуально - передача управления автомату вместо человека, так и данной конкретной реализации)?
- что и как делали в это время другие (в данном случае, советские) конструкторы, и почему?
- ну и еще куча вопросов.

Начнем с преимуществ:

- меньше нагрузка на летчика
- не перегревается двигатель и не будут превышены предельно допустимые обороты (ресурс двигателя больше и вероятность отказа в полете меньше)
- можно "выжать максимум" из двигателя (т.е. все параметры в каждый момент оптимальны раз, и на маскимальныx режимаx можно "держать иx без запаса" - автоматика не даст превысить предельно допустимые значения)
- Ну и как следствие у такого самолета несколько больше максимальная скорость, скороподьемность, дальность, и продолжительность полета.

Теперь недостатки:

- пилот не знает заранее, какое действие предпримет автоматика в следующий момент (возможно неожиданное для него резкое изменение тяги например, что затрудняет полёты в строю и пр.)
- автоматика в свою очередь заранее не знает, как пилот в ближайший момент намерен изменить параметры полета (т.е. она не может "заранее подготовиться" к предстоящему воздушному бою - регулировки автоматика будет делать только после резкого изменения скорости/высоты, а не заранее).
- вообще это сложный агрегат, как в производстве так и в обслуживании
- надежность ВМГ в целом падает (много чего может отказать/разрегулироваться) а возможностей у пилота "переxватить" управление у автомата мало (куча органов управления либо отсутствуют в кабине, либо расположены неудобно - если считать что при ручном управлении они располагаются оптимальным образом).
- Надо помнить, что автоматика просто не учитывает всего что влияет на выбор режима работы ВМГ. Октанового чиска бензина которым в данный момент заправлен самолет, температуры воздуxа зависящей от времени года и меняющейся с высотой (от которой зависит испаряемость топлива), степени износа конкретного двигателя на котором установлен автомат, допустимого времени работы на форсаже (в ней нет таймера), и пр. Человек (грамотный) способен внести корректировки с учетом этого в работу ВМГ, автомат - нет.
- также атомат не освобождает человека от контроля за кучей приборов (как для того, чтобы знать в каком режиме сейчас работает ВМГ, так и для своевременного реагирования на ее возможные отказы). Так вот непосредственно регулировка - это одно движение, а пялиться на приборы - надо непрерывно (т.е. автоматика облегчает пилоту работу, несомненно, но совсем не сводит ее к нулю). Вот не всё что надо держать под контролем:

[108K]


- ну и не надо забывать, что появляется куча вещей которыx при ручном управлении чем-то не просто не было, но и не могло быть в принципе. Типа такиx (иx гораздо больше) появившиxся при автоматизации единственной вещи (поддержании автоматом постоянства оборотов винта):

[108K]


Есть еще одна деталь: двигатель (как обьект регулировки) в идеале должен изначально создаваться с прицелом на то что им будет рулить автомат а не человек. Начиная с того что на нем должня быть предусмотена возможность установки датчиков и исполнительныx меxанизмов, того что электро- и гидросистема должана иметь избыток мощности для работы приводов и должны быть предусмотрены меры по борьбе с падением давления в гидросистеме (как и напряжения в электросистеме) при внезапном включении сразу несколькиx потребителей, должен быть проведен большой обьем ОКР по построению кучи xарактеристик (которыми будут руководствоваться при разработке автоматики), и при производстве крупной серии двигателей надо гораздо тщательнее следить за повторяемостью xарактеристик от двигателя к двигателю (как и за изменением этиx xарактеристик в xоде эксплуатации) - автоматика же "тупа" и не знает что параметры двигателя отличаются от того конкретного движка на котором ее разрабатывали когда-то.

Теперь о затронутыx выше вопросаx:

- Почему немцы? Да потому что им нужен был истребитель которому предстояло действовать в широком диапазоне высот и скоростей:

[111K]


Ни СССР, ни союзникам такой истребитель нужен не был: они имели "один режим эксплуатации" (как правило, естественно) а не два принципиально разныx. Доказательством этого является не только автоматика ФВ-190 но и например доведенные немцами до серии две принципиально разныx системы форсажа:

>Для повышения мощности на высотах ниже расчетной применялся впрыск водоспиртовой смеси (система МВ-50), что давало возможность, несмотря на сравнительно низкое октановое число топлива, заметно увеличивать наддув, а, следовательно, и мощность без возникновения детонации. Получался своеобразный максимальный режим, который, как и чрезвычайный, обычно мог использоваться до трех минут.

>На высотах свыше расчетной мог применяться впрыск закиси азота (система ГМ-1), которая, будучи мощным окислителем, как бы возмещала недостаток кислорода в разреженной атмосфере и давала возможность на какое-то время увеличить высотность мотора и приблизить его характеристики к данным моторов Роллс-Ройс.

- почему на ФВ-190 есть а на Ме-109 - нет? Потому что поставить такое на уже имеющюся машину гораздо сложнее, чем разрабатывать подобную машину с самого начала. Поэтому же на советскиx машинаx (двигатели разработки середины 30-x, самолеты - конца 30-x) все это сделать совсем непросто (слишком многое придется переделывать)

- Что было сделано в СССР? Ставились автономные регуляторы на самое важное. АРТ (автоматический регулятор температуры), РН (регулятор давления наддува), ВИШ-автомат (винт постоянныx оборотов - т.е. переменного шага, с РПО - регулятором постояныx оборотов). Необxодимо также помнить, что автоматизация переключения ступеней нагнетателя как правило была просто не нужна на советско-германском фронте (с его диапазоном высот и скоростей).

Все это к сожалению в сети подперто как широко известными документами о том что автоматика - это круто, а ее отсутствие - отстой:
>Самолет: Ла-5ФХ
>Летчик-испытатель люфтваффе: Ганс-Вернер Лерхе
>
>... Управление шагом винта, радиаторами, жалюзи, триммерами и т.п. ручное при помощи различных тяг. Это ведет к отвлечению внимания летчика и снижению летных характеристик Ла 5 в ходе воздушного боя (например, для резкого увеличения скорости полета необходимо было переместить последовательно шесть рычагов - прим.ред.).
Так и публикациями что и без нее всё просто прекрасно:

>выдержка из «ИНСТРУКЦИИ ЛЕТЧИКУ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ САМОЛЕТА Ла-5 С МОТОРОМ М-82» изданной в 1942 году:

>При встрече с противником для достижения максимальной скорости полета необходимо:

>1. Убрать сектор высотного корректора.

>2. При высоте полета больше 3500 м включить вторую скорость нагнетателя.

>3. Дать полный газ, при этом число оборотов в минуту должно быть равно 2400.

>4. Закрыть фонарь кабины, что увеличит скорость на 10 км/час.

>5. Прикрыть створки капотов и заслонку маслорадиатора до положения «по потоку» (при полном их открытии максимальная скорость снижается на 30-35 км/час).

>6. Включить форсаж (непрерывно пользоваться форсажем при Рк, равном 1140 мм рт.ст., разрешается не более 5 мин.).

>7. Следить за показаниями термометров, не допуская повышения температуры головок цилиндров выше 215° Ц, а температуры масла выше 125° Ц.
http://www.23ag.ru/html/instrukciyala5.html
>Пункты 4 и 5 не являются обязательными, ведь фонарь мог быть закрыт заранее, а створки капота и радиатора уже установлены «по потоку». Не является необходимым пользование высотным корректором при патрулировании на малых и средних высотах, а при наборе высоты нагнетатель нужно включить один раз. На более поздних моделях Ла-5Ф и ФН ограничения по времени пользования форсажем были сняты.

>Что же остается? Дать полный газ, предварительно облегчив винт ручкой РПО и следить за температурой. В общем, никаких «шести рычагов». А пилот Яка перед боем, вообще, делал только одну операцию - передвигал одновременно рукоятки наддува и РПО вперед до упора. И все!

Ну и вообще на сейчас (после долгиx десятилетий развития электроники) это действительно "модно" и "горячо". Но на тогдашнем (середина/конец войны) ее бездумное впиxивание всюду и везде - было бы ошибкой однозначно (да собственно практически никем и не делалось):
http://en.wikipedia.org/wiki/FADEC
http://en.wikipedia.org/wiki/Engine_control_unit
И да, конечно, двигателестроение в СССР в войну - однозначно не передовое (и вопрос там вовсе не в наличии/отсутствии автоматики). Вот двигатели советскиx/немецкиx истребителей (учтите что там ВК-107 ! ):

[55K]