 |
Анализ диаграммы нагрузки поворотного управляющего сопла (ПУС)
|
|
|
|
Для беспилотных летательных аппаратов наиболее перспективно для пространственного управления вектором тяги относительно центра масс применение поворотных сопел с использованием эластичного шарнира – конструктивного узла связи между соплом и корпусом двигателя [11]. В этом случае для рулевого привода упругий элемент поворотного управляющего сопла, состоящий из пакета чередующихся стальных и каучуковых усечённых конических пластин, представляет собой преимущественно позиционную нагрузку при угловом перемещении раструба поворотного управляющего сопла относительно центра вращения (рис.3.4).
Исследованиями показано [11], что упругий элемент поворотного управляющего сопла характеризуется значительным шарнирным моментом и для управления требует применение мощных рулевых приводов. При этом алгоритм управления положением проекции вектора тяги в плоскости тангажа «x» и рыскания «y» относительно продольной оси изделия при использовании по одной рулевой машине в канале управления строится системой управления таким образом, что координаты проекции вектора тяги в плоскости управления не выходят за пределы окружности в соответствии с соотношением командных сигналов [12]:
y
x
U
U
U
+
<
å
где: 
- сигнал по каналу рыскания, 
- сигнал по каналу тангажа.
Таким образом, независимо от направления движения проекции вектора тяги суммарная максимальная нагрузка, действующая со стороны поворотного управляющего сопла на рулевую машину, не превышает нагрузки действующей на одну рулевую машину при отклонении ПУС на максимальный угол по каналу «x» или «y» и в координатной плоскости управления представляет окружность радиусом F.
|
|
|
Рис. 3.4Поворотное сопло с использованием эластичного шарнира:
1 - днище, 2 - упругий чехол, 3 – упругий элемент, 4 – подвижное сопло, 5 – пакет термоэрозионностойких элементов, 6 – несущая оболочка подвижного сопла, 7 – рулевая машина.
С учётом данных разработчиков системы управления по результатам моделирования и натурных испытаний возмущённого движения ЛА энергетическая загрузка рулевого привода в течение полного времени работы (1…1.5 мин) двигательной установки составляет 10…12% [11]. В связи с этим фактом целесообразно использовать в качестве источника энергии рулевых машин газогидравлический источник питания, состоящий из твёрдотопливного газогенератора и вытеснительной системы подачи рабочей жидкости - пороховой аккумулятор давления (ПАД). При работе с нагрузкой в виде ПУС указанный привод имеет при одновременной работе РМ значительный избыток энергетических ресурсов, сокращение которых позволит существенно улучшить энергомассовые показатели источника энергии и привода в целом.
Сущность отмеченных энергетических резервов состоит в том, что располагаемая мощность привода при одновременном движении двух рулевых машин и сохранении на входе в РМ постоянного минимального давления 
превышает требуемую со стороны поворотного управляющего сопла мощность. Превышение мощности обеспечивается за счёт принятого в практике проектирования расчёта поверхности горения заряда газогенератора из условия потребления рабочей жидкости двумя рулевыми машинами при действии минимального давления Р0 в гидросистеме с обеспечением максимальных скорости движения V и располагаемого усилия F для каждой рулевой машины.
Избыточная мощность проявляется при движении проекции вектора тяги в плоскости управления в направлении отличном от базовых: «x» или «y». Избыток мощности рассеивается в газовом клапане – регуляторе давления в результате сброса наружу излишка газа через проходное сечение клапана и в гидроусилителе рулевой машины из-за нагрева дроссельных элементов протекающей через золотник жидкостью.
|
|
|
Анализ располагаемых сил и действующих нагрузок в плоскости управления показывает, что круговая диаграмма шарнирного момента ПУС (позиционная нагрузка) оказывается вписанной в квадрат располагаемых сил и скоростей при работе двух рулевых машин [13] с точками касания в местах, в которых рулевая машина крепится к раструбу поворотного сопла рис. 3.5
| y |
| x |
| Fтр, Vтр,,Nтр |
| δ |
| Fр, Vр |
| Vm |
| Vy_тр |
| Vx_тр |
| α |
Рис. 3.5 Круговая диаграмма шарнирного момента ПУС:
Fр,Vр - располагаемая сила и скорость рулевых машин соответственно, δ - угол поворотного управляющего сопла относительно оси изделия, α - угол между векторами 
и базовой координатой «x», Fтр,Vтр – требуемая сила и скорость рулевых машин соответственно
В этих точках касания, располагаемая и действующая силы максимальны и равны друг другу при максимальном угле отклонения ПУС. В остальных направлениях, когда перемещаются две рулевые машины одновременно, результирующая располагаемая сила, при наличии в гидросистеме постоянного давления питания рабочей жидкости, находящегося на минимальном уровне, на входе в рулевые машины, превышает нагрузку со стороны ПУС.
Рассмотрим подробнее процедуру расчёта требуемых и располагаемых характеристик привода.
1)Требуемые характеристики:
Требуемая характеристика скоростей для двух рулевых машин (круг см. рис. 3.5).
Проекция требуемой скорости на ось “х” и “y” соответственно имеет вид:
Тогда суммарная скорость рулевых машин составляет:
Требуемая характеристика сил для двух рулевых машин (круг см. рис 3.5):
Тогда суммарное усилие рулевых машин составляет:
Требуемая мощность для двух рулевых машин (круг см. рис 3.5) имеет вид:
Располагаемые характеристики:
Располагаемая характеристика скоростей для двух рулевых машин (квадрат см. рис. 3.5)описывается соотношениями:
- в диапазоне a =0…45º
- в диапазоне a =45…90º
Располагаемая характеристика сил для двух рулевых машин (квадрат см. рис. 3.5) описывается соотношениями:
|
|
|
- в диапазоне a =0…45º
- в диапазоне a =45…90º
При а =45º суммарная располагаемая сила рулевых машин составляет 
, суммарная скорость рулевых машин - 
.
Выражение для расчёта располагаемой мощности для двух рулевых машин имеет вид:
- в диапазоне α =0…45º
- в диапазоне α =45…90º
Из анализа диаграммы нагрузки максимальное превышение располагаемых силы и скорости над требуемыми значениями при одновременном перемещении двумя РМ проекции вектора тяги ПУС под углом α =45º достигает 40%, а мощности - в два раза.
Таким образом, при наличии в гидросистеме постоянного давления питания режим экономного использования энергии в приводе реализуется только при движении одной рулевой машины, то есть когда требуемая и раcполагаемая мощности совпадают (cм. рис. 3.5 точки a, d, g, l).
Одновременная работа двух рулевых машин с максимальной скоростью и усилием сопровождается рассеиванием избытка энергии в приводе в виде тепловых потерь на дроссельных элементах (золотнике, регуляторах и т.д.).
Для построения методики рациональнго распределения энергии в источнике питания привода целесообразно обеспечить в источнике питания переменное давление на входе в рулевые машины, автоматически изменяющееся (а в случае движения двух рулевых машин уменьшающееся) в зависимости от потребляемого расхода рабочей жидкости рулевыми машинами.
Рациональный режим работы может быть обеспечен выбором поверхности горения S и настройкой газового клапана на нижний допустимый уровень давления pmin при потреблении рабочей жидкости одной рулевой машиной, движущейся с максимальной скоростью. При этом, энергия сжатого газа в газовом объёме вытеснителя и камере сгорания ТГ должна обеспечить за время действия возмущения (при одновременном движения двух РМ) снижение давления до величины не ниже 0.7 pmin с последующим восстановлением давления после окончания действия возмущений за допустимое время.
|
|
|
