 |
Схемы и основные параметры газогидравлических приводов
|
|
|
|
В.И. ЛАЛАБЕКОВ, А.В. ПРИЛИПОВ
ГАЗОГИДРАВЛИЧЕСКИЕ
ПРИВОДЫ ОРГАНОВ УПРАВЛЕНИЯ
ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ.
ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ.
Допущено
Министерством образования Российской Федерации
в качестве учебного пособия
для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по специальности
«Системы приводов летательных аппаратов»
направления подготовки
дипломированных специалистов
«Интегрированные системы летательных апппаратов»
Москва
Издательство МАИ
ББК 22.2.9.1
Л 37
УДК 62-82:62-83:62-85:621.001.12/.18:
623.6-523.8:629.73.02:629.73.05/06
Рецензенты:
ОАО «Корпорация «Московский институт теплотехники»», к. т. н Е.А. Шмачков
Г37 В.И. Лалабеков, А.В. Прилипов. Газогидравлические приводы органов управления летательных аппаратов. Основы разработки. Учебное пособие. – М.: Изд-во МАИ, 2011. – 125 с.: ил.
ISBN 978-5-9901722-4-1
Изложены теория, методы расчёта и выбор рациональных конструктивных и энергетических параметров газо-гидравлических приводов с использованием в их составе источника газовой энергии – твёрдотопливного газогенератора. Дан анализ характеристик приводов с учётом динамики источников энергии. Приведены примеры расчёта основных характеристик.
Г 
ББК 22.2.9.1
ISBN 978-5-9901722-4-1 В.И. Лалабеков, А.В. Прилипов, 2012
ПРЕДИСЛОВИЕ
Настоящее учебное пособие является вспомогательным курсом для изучения теории и практики проектирования приводов, преимущественно газогидравлического типа, для студентов, основная специальность которых связана с изучением силовых механизмов летательных аппаратов (ЛА).
Основное внимание в материалах курса уделено вопросам проектирования приводов, в которых используется в качестве первичного источника энергии твёрдотопливный газогенератор (ТГ). Расчёту конструктивных параметров ТГ, его внутрибаллистических характеристик посвящены первые разделы курса.
|
|
|
В качестве преобразователя энергии предложен на рассмотрение наименее представленный в литературе, но имеющий высокие энергомассовые показатели газогидравлический мотор-насосный агрегат аксиально-поршневого типа. Изложена процедура расчёта индикаторной диаграммы газового мотора, позволяющая оценить эффективность рабочего цикла объёмной машины и провести оптимизацию конструктивных параметров для минимизации энергетических затрат от ТГ.
Подробно изложена процедура расчёта параметров газогидравлического привода в составе: ТГ, газогидравлический преобразователь вытеснительного типа, рулевые машины и высокоэффектиный орган управления ЛА - поворотное управляющее сопло, конструктивно связанное с маршевым двигателем через опорный эластичный шарнир. Представлена методика согласования располагаемых и потребных энергетических показателей ТГ и органа управления с обеспечением минимальных потерь в энергетическом тракте привода.
Представлена полная математическая модель газогидравлического привода с учётом первичного источника энергии - ТГ, газогидравлического преобразователя и исполнительного механизма, позволяющая оценить динамические показатели привода с учётом возможностей энергетического канала c минимальными потерями мощности.
Представлен сравнительный анализ приводов с рассматриваемыми преобразователями энергии, используя в качестве критерия энерго-массовый показатель.
Предложена методология параметрической оптимизации на различных уровнях иерархической структуры привода, обеспечивающая минимизацию массо-габаритных показателей.
Материал учебного пособия иллюстрирован многочисленными примерами расчёта газогидравлических приводов и их элементов, которые позволяют закрепить предлагаемый теоретический и проектный материалы.
|
|
|
Главы 1, 2, 9 написаны В.И. Лалабековым, главы 3, 5, 6 – В.И. Лалабековым совместно с А.В. Прилиповым, главы 4, 7, 8 – В.И. Лалабековым с участием аспиранта МАИ Д.И. Евстратова.
Авторы выражают благодарность заведущему кафедрой «Системы приводов авиационно-космической техники к.т.н. И.И. Огольцову, д.т.н. профессору В.Г. Стеблецову, д.т.н. профессору С.Л. Самсоновичу, д.т.н. профессору В.А. Полковникову и доценту кафедры к.т.н. В.А. Чащину за ряд ценных замечаний и советов методического и практического характера, существенно, на наш взгляд, улучивших содержание учебного пособия и облегчивших усвоение предмета.
ВВЕДЕНИЕ
Привод является исполнительным механизмом системы управления (СУ) ЛА - обеспечивает перемещение органов управления (ОУ) ЛА (аэродинамическими и газовыми рулями, поворотными управляющими соплами, поворотными двигателями, кольцевыми рулями, сопловыми блоками, центральным телом сопла ракетного двигателя и пр.) в соответствии с командами приборов СУ.
Приводы преобразуют электрический сигнал от комплекса командных приборов СУ ЛА в перемещение органов управления по трём каналам: тангажу, рысканию, крену.
По типам приводы делятся на электрогидравлические, газогидравлические, газовые, электрические.
В состав приводов входят:
1. Первичный источник питания.
2. Преобразователь энергии.
3. Исполнительное устройство - рулевые машины.
4. Усилитель - сумматор командного сигнала и сигнала обратной связи по положению ОУ.
5. Корректирующие связи.
6. Элементы магистралей, кабельная сеть
ГЛАВА 1
ОБОБЩЁННАЯ СХЕМА ПРИВОДА (рис.1.1).
| Первичный источник питания |
| Преобразователь энергии |
| Корректирующее звено |
| Отрицательная обратная связь |
| Исполнительный механизм |
| Нагрузка |
| >> |
| Энергетический канал |
| Канал управления |
| Орган управления |
| Uосос |
| Uδ |
Рис. 1.1. Структурная схема привода
ВИДЫ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИВОДОВ
1. Первичные источники питания:
а) ампульная батарея (для электрических, электрогидравлических приводов);
|
|
|
б) воздушные аккумуляторы давления (для пневмогидравлических, пневматических приводов);
в) твёрдотопливные газогенераторы (ТГ) (для газогидравлических, газовых приводов);
г) жидкостные газогенераторы (ЖГ) (для газогидравлических, газовых приводов).
2) Преобразователи энергии:
а) газогидравлический аксиально-поршневой моторнасосный агрегат;
б) газогидравлический пластинчатый моторнасосный агрегат;
в) газогидравлический турбонасосный агрегат;
г) электрогидравлический насосный агрегат;
д) газогидравлический агрегат вытеснительного типа.
3) Исполнительные механизмы - рулевые машины:
а) объёмные;
б) дроссельные.
Электромеханические преобразователи рулевых машин:
а) шаговые двигатели,
б) поляризованные реле,
в) пьезомеханические реле.
Газовые или гидравлические усилители:
а) золотники цилиндрические,
б) золотники плоские,
в) струйная трубка,
г) клапанные реле,
д) в многокаскадном исполнении - комбинация из а)... г).
Силовые цилиндры:
а) поступательные;
б) поворотные;
в) механические преобразователи «винт-гайка»;
г) преобразователь «поршень-вилка - вал».
Рассмотрим в качестве примера газогидравлический привод со следящим по положению исполнительным механизмом, который более подробно, сначала поэлементно, а затем в совокупности будет представлен в последующих разделах. При этом, будут даны основы разработки элементов привода, включая расчёты статических и динамических характеристик.
СХЕМЫ И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ГАЗОГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПРИВОДОВ
На рис. 1.2…1.4 представлены принципиальные схемы газогидравлических приводов с первичным источником газовой энергии – ТГ:
Рис. 1.2. Газогидравлический привод с АПМНА:
1- ТГ, 2 – АПМНА, 3 – ДРМ, 4 – клапан-регулятор давления,
5 -пополнительный бак с рабочей жидкостью-вытеснитель.
Рис. 1.3. Газогидравлический привод с ТНА:
1 -ТГ, 2 -ТНА, 3 -клапан-регулятор давления, 4 -ограничитель расхода, 5 -обратный клапан, 6, 7 -ДРМ, 8 -трубопроводы, 9 -датчик давления, 10 -датчик уровня.
|
|
|
| Рн, Q |
| Рсл |
Рис. 1.4. Газогидравлический привод с ВИП
1 -ТГ, 2 -вытеснитель, 3 -газоструйная система, 4 – регулятор давления, 5 – ресивер, 6 -рулевые машины.
В основу разработки приводов закладываются накопленный опыт создания приводов и требования разработчиков ЛА, системы управления, органов управления и двигательных установок.
В тоже время, требования минимизации энергетических и габаритно-массовых показателей приводов ЛА, в силу существенных значений масс приводов в общем балансе масс ЛА, определяют необходимость оптимизации параметров приводов и смежных с ним систем, по крайней мере, на уровне их непосредственной связи.
Решение этих задач параметрической оптимизации позволяет обеспечить оптимизацию по внешним связям. Разумеется, этому этапу должна предшествовать оптимизация по внутренним параметрам привода – необходимое условие проектирования и выбора схемы привода.
Требования и перечень параметров привода формируются как со стороны разработчиков системы управления, так и со стороны разработчиков органов управления двигательных установок.
Прежде всего, к ним следует отнести следущие:
1. Выходную мощность, обеспечивающую управление нагрузкой – органами управления ЛА.
2. Время непрерывной работы – определяется, как правило, временем работы двигательной установки, суммируемого со временем пауз до включения последующих двигательных установок плюс время, необходимое для выхода на режим максимальной потребной мощности к моменту начала управления ЛА с учётом разбросов и допусков на передачу командных сигналов, поступающих в привод от системы управления.
3. Допустимую массу привода – важнейший параметр для разработчика теоретического чертежа ЛА. Этот параметр используется в показателе эффективности ЛА и коррелируется с дальностью полёта или величиной полезной нагрузки.
4. Допустимые габариты привода, которые задаются разработчиками ДУ, исходя из условий компоновки, и определяют степень совершенства аэродинамических качеств ЛА.
5. Допустимая динамика привода – параметр, определяющий динамическое качество ЛА – способность парировать и противостоять возмущениям, в том числе и факторам спецвоздействий, обеспечивая выполнение задачи с заданными показателями точности и усточивости.
6. Эксплуатационные требования к механической стойкости, стойкости к ударным воздействиям и вибропрочности.
7. Требования к стойкости на действие спецфакторов, в том числе к локально кратковременным значительным температурным воздействиям.
8. Стойкость к транспортировочным нагрузкам.
|
|
|
|
|
|
