СТРУЙНАЯ ТЕХНИКА
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.
- а
- б
Рис. 1. ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫЙ СТРУЙНЫЙ ЭЛЕМЕНТ.
Предельные состояния: а - основная струя в отсутствие управляющей разделяется поровну между выходными каналами; б - основная струя под действием управляющей полностью поступает в один из выходных каналов.
Рис. 2. УСИЛИТЕЛЬ на двух пропорциональных струйных элементах. Выходная струя левого служит управляющей струей правого.
Рис. 3. ДВУХПОЗИЦИОННЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ, сумматор цифрового компьютера. Основная струя втекает в камеру снизу, управляющие - слева. Наличие сигнала на выходе О1 указывает на отсутствие управляющих сигналов С1 и С2, а наличие сигнала на выходе О2 - на наличие сигнала на входе С1 или С2.
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.
Рис. 4. СТРУЙНАЯ ПЛАТА для компьютера, полученная химическим травлением пластмассы.
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.
ЛИТЕРАТУРА
Элементы и устройства пневмоавтоматики низкого давления (струйной техники). М., 1973 Алферов В.В. и др. Струйная автоматика в системах управления. М., 1975