Определение размеров баллона со сжатым воздухом
Сжатый воздух, используемый в качестве рабочего тела в рулевых машинках, на борту ЛА хранится в специальных баллонах воздушных аккумуляторах давления(ВАД) под большим давлением .
В качестве материала ВАДа принимаем титановый сплав ВТ14
ГОСТ 19807-91, обладающий следующими физико-механическими свойствами:


.
Геометрические размеры баллона зависят от выбранной формы (сферическая, цилиндрическая или торовая) и потребного объема . В свою очередь, потребный для хранения воздуха объем будет зависеть от расхода газа рулевыми машинками.
Максимальный объемный расход воздуха одной рулевой машиной может быть найден по формуле:
? эффективная площадь;
? максимальная площадь перемещения поршня в силовом цилиндре рулевой машинки.
Так как ВАД один для рулей и элеронов, то необходимо рассчитать и для рулевоймашинки, которая управляет элеронами.


Рисунок 1.19 ? Создание управляющей силы и момента отклонением аэродинамического руля, расположенного на неподвижной несущей поверхности
Для определения и необходимо найти величину шарнирного момента для элеронов аналогично, как и для рулей:
- средняя аэродинамическая хорда элерона;
Определим подъемную силу элерона из следующего соотношения:


- подъемная сила консоли стабилизаторов;
- площадь консоли стабилизаторов;
- площадь элерона.


Определим , усилие на штоке рулевой машинки, для этого аналогично, как и для рулей необходимо приравнять потребную и располагаемую мощности.
Потребная мощность - мощность необходимая для преодоления шарнирного момента, чтобы отклонить элероны:
, где (1.46)
- максимальный нагрузочный момент, т. к. помимо шарнирного момента необходимо преодолеть момент связанный с трение и момент связанный с инерционностью механической системы управления;
- количество поверхностей, которыми управляет рулевая машинка();


- скорость вращения элерона(.
Располагаемая мощность - это мощность, которую может создавать рулевая машинка:
, где (1.47)
- усилие на штоке рулевой машинки;
- количество рулевых машинок, управляемых элеронами();
- максимальная скорость перемещения поршня определяется из кинематической схемы:
Приравнявполучим:


Определим эффективную площадь поршня из условия:
, где - максимальный перепад давлений в рабочих полостях рулевой машинки.


Рассчитаем объемный расход воздуха для рулевой машинки управляемой элеронами:


Объемный расход воздуха для рулевой машинки управляемой рулями:


Суммарный расход воздуха для 3-х рулевых машинок:


Найдем объем баллона для хранения сжатого воздуха:


- коэффициент остаточного воздуха в ВАДе необходимого для устойчивой работы редуктора и рулевых машинок;
- время работы рулевых машинок;
- максимальное давление в рабочей полости силового цилиндра;
- давление в баллоне;
- показатель политропы для воздуха, тогда:


Масса воздуха находящегося в ВАДе найдем из уравнения Менделеева - Клапейрона:




- универсальная газовая постоянная;
- температура воздуха в баллоне, тогда:


С точки зрения минимума массы наиболее рациональны сферические ВАДы:


Принимаем .
Определим объем ВАДа с заданным радиусом:


Определим толщину стенки ВАДа:


- коэффициент безопасности;
- коэффициент, учитывающий уменьшение толщины стенки баллона при штамповке;
- коэффициент, учитывающий уменьшение прочности за счет сварного шва.


Принимаем
Рассчитаем массу ВАДа:


- плотность материала ВАДа;
- статистический коэффициент, учитывающий увеличение массы за счет утолщения под установку арматуры и оборудования, узлов крепления;
Масса снаряженного баллона: