СТРУЙНАЯ ТЕХНИКА

Содержание статьи

• Струйные элементы.
• Применение.
• Будущее струйной техники.

СТРУЙНАЯ ТЕХНИКА, пневмогидроавтоматика, область автоматики, основанная на использовании взаимодействия струй жидкости или газа. Струйная техника аналогична электронике в отношении как основных принципов построения, так и практического применения. Устройства и системы струйной техники не имеют подвижных деталей и используются в компьютерах, насосах аппаратов искусственного кровообращения, системах управления ракет, подводных лодок, металлорежущих станков и т.п. Струйные элементы работают на малых перепадах давления (порядка килопаскалей).

Струйные элементы.

В устройствах пневмогидроавтоматики управление осуществляется путем взаимодействия струй жидкости или газа в рабочей камере. Из сопла питания в камеру поступает основная струя; на нее воздействует менее мощная управляющая струя. Простое устройство, в котором происходит взаимодействие управляющей и основной струй, называется струйным переключателем. Такой переключатель является основным элементом струйной схемы, подобно транзисторам – основным компонентам электронных схем.

В настоящее время применяются струйные элементы двух основных типов: пропорциональные (с непрерывной характеристикой) и двухпозиционные (с релейной характеристикой). Пропорциональный струйный элемент показан на рис. 1. В отсутствие управляющей струи основная струя разделяется поровну на два выходных канала. Управляющая же струя отклоняет основную пропорционально своему количеству движения и тем самым перераспределяет ее между двумя выходными каналами. Поскольку количество движения у основной струи больше, чем у управляющей, такой струйный элемент представляет собой усилитель. Направляя выходную струю одного пропорционального струйного элемента во входной канал другого (рис. 2), можно построить цепь усилителей с очень большим общим коэффициентом усиления мощности.

В двухпозиционном переключателе основная струя не разделяется; она поступает в один из выходных каналов. Для каждого из выходных каналов возможны лишь два варианта: «включено» или «выключено», «0» или «1», «Да» или «Нет». Переключатель, показанный на рис. 3, представляет собой сумматор. Сигнал в выходном канале О₂ возникает при наличии сигнала в любом из входных каналов – С₁ или С₂. Струйные элементы специальной конструкции и комбинации элементов могут выполнять многие другие логические и арифметические операции.

Применение.

На основе двухпозиционных струйных переключателей можно в принципе построить цифровой компьютер, а на основе пропорциональных – аналоговый. Правда, такие компьютеры менее компактны, чем электронные, и уступают им в быстродействии. Кроме того, они, как и все системы струйной техники, непрерывно расходуют рабочее тело.

Принцип струйного управления используется в двигателях ракет. Управляющая струя, отведенная по патрубку из камеры сгорания или входной части сопла ракетного двигателя и снова введенная несколько ниже по потоку в реактивное сопло, вызывает отклонение основной струи, а тем самым изменяет направление тяги ракетного двигателя. Струйные системы более эффективны и надежны, чем другие системы управления вектором тяги, например, механические с поворотом всего ракетного двигателя в универсальном шарнире.

Струйное управление применяется также в насосах аппаратов искусственного кровообращения. Насос заменяет отключенное сердце пациента в ходе хирургической операции на его сердце. Такие насосы, не имеющие ни движущихся механических частей, ни электронных компонентов, надежны, компактны и недороги.

Струйные усилители имеют ряд преимуществ перед электронными. Они более надежны при температурах выше 150 и ниже -50° С, а также при высоких уровнях радиации, например в ядерных реакторах, и более стойки к механическим нагрузкам и вибрации, что немаловажно в ракетах, где системы управления и наведения подвергаются воздействию значительных нагрузок и вибраций при старте и на активном участке.

Будущее струйной техники.

Одна из важнейших проблем в области струйной техники – проблема миниатюризации. Одно из возможных решений этой проблемы дает применение фотолитографии при их изготовлении. Выполненную в крупном масштабе схему, состоящую из коммуникационных и функциональных каналов и камер, фотографируют, негатив уменьшают, проецируют на слой фоточувствительного материала (фоторезиста), покрывающий пластмассовую подложку, а затем химическим травлением удаляют не защищенные фоторезистом участки подложки.