Двигательная установка реактивной стабилизации и управления летательного аппарата

Предлагаемая полезная модель относится к авиационной и ракетной космической технике и может быть использована в космических аппаратах и беспилотных летательных аппаратах (ЛА), с участками траектории полета в сильно разреженном или безвоздушном пространстве, в том числе с выключенным маршевым ракетным двигателем твердого топлива (РДТТ).
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является «Устройство стабилизации авиационной крылатой ракеты» - патент RU 2315261 С2.
Устройство стабилизации авиационной крылатой ракеты, содержащее корпус, установленный с возможностью отделения хвостовой части ракеты, органы управления в виде рулей, смонтированных на корпусе, привода и механизмы управления рулями, корпус устройства стабилизации выполнен в виде выпуклой крышки, герметизирующей сопло твердотопливного разгонного двигателя ракеты, а органы управления - в виде четырех пар кинематически связанных между собой аэродинамических рулей и газовых рулей твердотопливного разгонного двигателя, причем каждая пара рулей устройства стабилизации размещена в плоскостях установки аэродинамических рулей ракеты и связана с соответствующим приводом руля ракеты посредством тяг управления и механизма управления рулями устройства стабилизации, который выполнен с возможностью отделения звеньев, управляющих положением аэродинамического руля устройства, а также - разделения с тягами управления от привода руля ракеты.
Особенностью данного устройства является то, что оно не может быть использовано в ЛА с участками баллистической траектории полета в сильно разреженном или безвоздушном пространстве как с включенным, так и с выключенным маршевым ракетным двигателем твердого топлива (РДТТ).
Общими существенными признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками предлагаемого устройства, являются корпус, органы управления в виде кинематически связанных между собой аэродинамических рулей и не аэродинамических органов управления, в прототипе - газовых рулей, в предлагаемом устройстве - поворотных сопел.
Предлагаемой полезной моделью решается техническая задача обеспечения стабилизации и управления ЛА на участках баллистической траектории полета в сильно разряженном или безвоздушном пространстве как с неработающим, так и с работающим маршевым ракетным двигателем твердого топлива (РДТТ) и повышения эффективности стабилизации и управления ЛА.
Для решения данной технической задачи двигательная установка реактивной стабилизации и управления ЛА, содержащая корпус, органы управления в виде кинематически связанных между собой аэродинамических рулей и не аэродинамических органов управления, каждый не аэродинамический орган управления размещен в плоскости установки аэродинамического руля и связан с соответствующим приводом аэродинамического руля посредством тяги управления и качалок, при этом корпусом ЛА является РДТТ, органы управления выполнены в виде кинематически связанных между собой трех пар аэродинамических рулей и поворотных управляющих сопел, качалки сопел и качалки аэродинамических рулей имеют разную длину, а каждое сопло снабжено источником газообразного рабочего тела, например, газогенератором с твердотопливным зарядом с магистралью подачи газа.
Отличительным признаком предлагаемого устройства является то, что корпусом является РДТТ, органы управления выполнены в виде кинематически связанных между собой посредством тяг и качалок трех пар аэродинамических рулей и поворотных управляющих сопел, при этом качалки сопел и качалки аэродинамических рулей имеют разную длину, а каждое сопло снабжено источником газообразного рабочего тела, например, газогенератором. Газогенератор может иметь магистраль подачи газа к соплу, снабженную дросселем с шунтом, причем в шунт установлен импульсный регулятор расхода с электронным блоком, связанным электрической цепью с датчиком давления газообразного рабочего тела.
Благодаря наличию данных отличительных признаков в совокупности с известными достигается следующий результат - обеспечивается стабилизация и управление ЛА на участках баллистической траектории полета в сильно разряженном или безвоздушном пространстве как с неработающим, так и с работающим маршевым ракетным двигателем твердого топлива (РДТТ), повышается эффективность работы двигательной установки в заданном температурном диапазоне эксплуатации.
На фиг. 1 изображено продольное сечение части хвостового отсека ЛА с двигательной установкой реактивной стабилизации и управления, состоящей из корпуса - РДТТ 1, аэродинамических рулей 2, приводов аэродинамических рулей 3, поворотных управляющих сопел 4, тяг 5 и качалок 6 (указаны на виде А), газогенераторов 7. Углы поворота аэродинамических рулей 2 и поворотных управляющих сопел 4 разные, что обеспечивается разной длиной качалок 6. Углы поворота управляющих сопел 4 больше, чем углы поворота аэродинамических рулей 2, что необходимо для обеспечения равенства управляющих моментов от аэродинамических рулей и сопел.
На виде А изображена двигательная установка реактивной стабилизации и управления в исходном состоянии и в процессе управления ЛА.
На фиг. 2 изображен вид сзади на двигательную установку реактивной стабилизации и управления (вид Б).
На фиг. 3 изображена принципиальная схема магистрали подачи газообразного рабочего тела. Она состоит из источника газообразного рабочего тела (ИГРТ) 7, дросселя 8 с шунтом с импульсным регулятором расхода (ИРР) 9, электронного блока (ЭБ) 10, связанного электрической цепью с датчиком давления (Д) 11.
На фиг.4 изображен упрощенный вариант принципиальной схемы магистрали подачи газообразного рабочего тела. Она состоит из источника газообразного рабочего тела (ИГРТ) 7, дросселя 8 с шунтом, реле давления (РД) 12 и электропневмоклапан (ЭПК) 13.
Двигательная установка реактивной стабилизации и управления работает следующим образом.
При полете ЛА на участке Траектории в плотных слоях атмосферы, стабилизация и управление ЛА осуществляется аэродинамическими рулями 2, которые поворачиваются с помощью приводов 3, получающих управляющие сигналы от системы управления. На участках траектории в сильно разряженном или безвоздушном пространстве аэродинамические рули 2 становятся неэффективными. По команде от системы управления включаются газогенераторы 7, подающие рабочее тело в поворотные управляющие сопла 4. Система управления продолжает выдавать управляющие сигналы на привода 3 аэродинамических рулей 2 и последние посредством тяг 5 и качалок 6 поворачивают управляющие сопла 4, которые обеспечивают стабилизацию и управление ЛА. При входе ЛА в плотные слои атмосферы, его стабилизация и управление вновь осуществляется аэродинамическими рулями 2.
с
упр
Для обеспечения потребной величины тяги каждого из сопел и времени работы газогенераторов в заданном температурном диапазоне эксплуатации, например, для газогенераторов с торцевым горением твердотопливного заряда, его длина определяется из условий работы при максимальной температуре заряда, а диаметр - при минимальной температуре, то есть твердотопливный заряд и газогенератор в целом переразмерены ~ в два раза. Повышение эффективности работы газогенератора и двигательной установки достигается путем обеспечения программного расхода газа в заданном температурном диапазоне эксплуатации, что позволяет улучшить габаритно-массовые параметры. Работа газогенератора с магистралью подачи происходит следующим образом: величина давления в газогенераторе 7, преобразованная датчиком давления 11 в электрический сигнал «U» подается в электронный блок 10, туда же поступает от системы управления ЛА управляющий сигнал «U». Сигналы сравниваются в электронном блоке 10 и, при их рассогласовании, реализуется подача сигнала рассогласования в импульсный регулятор расхода 9, который осуществляет или перепуск газа через шунт, или перекрытие прохода газа через шунт в импульсном режиме, что обеспечивает изменение расхода г аза, а в конечном итоге изменение тяги, создаваемой соплами 4 двигательной установки.
В упрощенном варианте исполнения магистрали подачи газа реле давления напрямую электрически связана с электропневмоклапаном 13, чем обеспечивается их совместная работа в импульсном режиме. При забросе давления в газогенераторе 7 срабатывает реле давления 12, что приводит к импульсному открытию электропневмоклапана 13, давление в газогенераторе 7 снижается, скорость горения твердотопливного заряда уменьшается, с соответствующим уменьшением расхода газа, то есть тяги, создаваемой соплами 4 двигательной установки. При снижении тяги ниже потребной величины (давления в газогенераторе 7) электропневмоклапан 13 закрывается, давление газов увеличивается, то есть происходит обратный процесс. Далее цикл повторяется.