Схемы построения многофункциональных агрегатов газодинамических систем управления высотными летательными аппаратами

Объективной тенденцией развития современной техники является создание автоматизированных систем для контроля и испытаний (АСК) так как неавтоматизированные средства оказываются малопригодными для применения при изготовлении высокотехнологичных и динамичных ПНС. Разработанные ОАО «ВНИИ «Сигнал» АСК применяются для отладки программного обеспечения, автоматизированной проверки преобразователей «вал - код», цифровых модулей, блоков управления и изделий в целом, обеспечивая высокую достоверность проверки качества изготавливаемых приводов.

B. V.Novosyolov, A. V.Babkin, V. Ya.Nikolayev

CONTROLLED ELECTRIC DRIVES GAMMA FOR WEAPONS SISTEMS DEVELOPED BY TULA ENTERPRISES

Guidance and stabilization drives developed by OAO "VNII "Signal" according to the statements of work by Tula enterprises are considered in the annotation. Attained performance, range of application, ways and procedures of assurance of the drives world level capabilities are presented

Key words: guidance and stabilization drives, accuracy, smoothness, operating speed, adjustable speed range.

Получено 17.10.12

УДК 681.5.013+621.646

В.А. Зуйков, асп.,

СХЕМЫ ПОСТРОЕНИЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ВЫСОТНЫМИ ЛЕТАТЕЛЬНЫМИ АППАРАТАМИ

Рассматриваются вопросы эвристического поискового конструирования устройств и агрегатов газовой автоматики с целью последующего обеспечения формализованного структурного синтеза их семейств.

Ключевые слова: высотный летательный аппарат, системы управления, устройства газовой автоматики, поиск технических решений.

В системах газовой автоматики различного назначения широкое применение получили однофункциональные пускоотсечные, газораспределительные, регулирующие и исполнительные устройства (ГРУ, РУ и ИУ), выполняющие разнообразные функции [1]. Число этих функций особенно велико в газодинамических (реактивных) САУ (ГСАУ), которые создают боковое управляющее воздействие на летательные аппараты (ЛА) за счет реакции струй газа, истекающего в окружающее пространство, и обеспечивают эффективное управление их движением в условиях малых скоростных напоров набегающего воздушного потока, в частности, при полете

Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. 11. Ч. 1

на больших высотах [2]. Наиболее распространенной из них является известная схема построения (рис. 1, а) автономной ГСАУ, обеспечивающей постоянное управляющее усилие с помощью блока нерегулируемых газодинамических исполнительных устройств (ГИУ) и регулируемой системы газоснабжения (СГС) с пускоотсечным клапаном (ПОК), регулятором давления (РД) и предохранительным сбросовым клапаном (СК) [2].

Эффективность ГСАУ при выполнении таких операций, как ориентация, стабилизация и маневр ЛА, существенно зависит от функциональных показателей блоков ГИУ, которые в случае высотных ЛА обычно «представляют собой двигательные установки с несколькими парами односторонних газореактивных микродвигателей (ГРМД), установленных в различных каналах управления и оснащенных общей системой питания» (рис. 1, а) [2]. Применяемые в ГСАУ односторонние нерегулируемые ГИУ (НГИУ) чаще всего представляют собой двухкаскадные электропневмок-лапаны (ЭПК) с соплами и используют в качестве рабочего тела сжатые газы или продукты предварительной газификации топлива с определенными значениями параметров. Каждая пара односторонних ГИУ с противоположно направленными соплами образует двухстороннее ГИУ, создающее управляющее усилие в двух противоположных направлениях. Для повышения быстродействия и других функциональных показателей двухсторонних устройств между односторонними ГИУ могут быть организованы механические, газодинамические и электромагнитные связи.

Указанные выше однофункциональные устройства ПОК, РД и СК обеспечивают при однократном и многократном запуске и выключении СГС подачу газа из баллона, отсечку и поддержание с заданной точностью постоянного низкого давления Рн на входе НГИУ. В ГСАУ, работающих на твёрдом топливе, РД и СК могут устанавливаться в СГС и без ПОК после ресивера, питаемого последовательно срабатывающими генераторами газа. В отличие от отсечки в ПОК (рис. 2, а, 3, а) закрытие РД (рис. 2, б, 3, б) в безрасходном режиме, устанавливающемся при отключении всех НГИУ, характеризуется небольшими усилиями герметизации, и расположенный после регулятора СК (рис. 2, в, 3, в) обеспечивает сброс в атмосферу возможной утечки газа.

Применение РД и СК с односторонними газораспределителями (ОГР), обеспечивающими соответственно дроссельное регулирование на входе (ОГР-а) и на выходе (ОГР-б) с помощью одной или двух механических подвижных деталей (МПД), увеличивает габариты и массу СГС, в то время как ПОК имеют в своем составе все наиболее громоздкие одноименные элементы, которые можно использовать для построения малогабаритных двух- и многофункциональных агрегатов РД-СК, ПОК-РД и ПОК-РД-СК (рис. 2, 3), способных выполнять одновременно несколько функций и обеспечивать отсечку, подачу и постоянное низкое давление на входе в НГИУ как в расходном режиме работы, так и в безрасходном режиме при закрытии всех потребителей и неплотном прилегании затвора регулятора к

седлу. Эта возможность подтверждается тем, что, в системах промышленной газовой автоматики встречаются компактные двухфункциональные агрегаты РД-СК (рис. 1, б, 2, д, 3, д) с экономичными ОГР и управлением на входе и выходе (ОГР-в), которые имеют в своём составе до трёх МПД и обеспечивают впуск газа в рабочую полость при отсутствии выпуска, а выпуск - при отсутствии впуска. Данные агрегаты используют общий чувствительный элемент блока одностороннего газового двигателя (ОГД) и пружинного двигателя (ОПД) для перемещения регулирующего органа (РО) экономичного ОГР-в при работе как в режиме РД, так и в режиме СК. Поэтому можно отнести к известным и показанную на рис. 1, б схему построения СГС ГСАУ с самостоятельным пускоотсечным ГРУ и агрегатом РД-СК, имеющим различную структуру при работе в режимах РД и СК.

а ПОК, РД, СК б ПОК, РД-СК в ПОК-РД и СК

г ПОК-РД-СК

д РГИУ

е РГИУ

Рис. 1. Схемы построения ГСАУ

Для выполнения РД и РД-СК дополнительной функции отсечки источника газа от потребителя могут быть использованы (рис. 2, 3):

- подача высокого давления в рабочую полость блока ОГД+ОПД с помощью управляющего ОГР-в, установленного в канале обратной связи регулятора и образующего совместно с этим блоком встроенный односторонний газовый привод (ОГП) (агрегаты ГРУ-РД с ОГР-а (рис. 2, г, 3, г) и ГРУ-РД-СК с экономичным ОГР-в (рис. 2, е, 3, з, и)) [1];

- подача с помощью управляющего отделённого ОГР-в высокого давления в полость управления регулятора с чувствительным элементом в виде МПД блока ОГД+ОПД (агрегаты ГРУ-РД с неэкономичными ОГР-в, обеспечивающими впуск газа в рабочую полость при наличии выпуска (рис. 2, к, 3, е, ж, к), и агрегаты ГРУ-РД-СК с комбинацией экономичных и неэкономичных ОГР-в (рис. 2, з, и)) [1];

ю

а) ПОК

ч. Г

<3

ф

п

м

4

1

е) ГРУ-РД-СК

*

г-ч я

1—4—

Г'.'-У л

з) ГРУ-РД-СК

и

1

№

г) ГРУ-РД

Рч1

Гц

й)РД-ск

-1Г

I-

Рв

4

о

о

и) ГП-РД-СК

Ре

- Рс П_

о о О О

р о I

Гн

Рс

к) ГРУ-РД

О

Л

Р» л

ЖГГ^::

Рис. 2. Устройства и агрегаты с настройкой с помощью ОПД

и

5

а

о

омо

п

с

>3

о о

с н

т

«а £

с о

отр

сУ

с. исР

Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. 11. Ч. 1

- подача с помощью управляющего отделённого ОГР-в высокого давления в полость управления регулятора с чувствительным элементом в виде регулирующей МПД ОГР, жёстко связанной с его отсечной МПД, обеспечивающей отсечку газа на входе или на выходе (агрегаты ГРУ-РД с неэкономичными ОГР-в (см. рис. 2, к, 3, к));

- перемещение РО регулирующего ОГР дополнительным ОГП (агрегаты ГП-РД и ГП-РД-СК) (см. рис. 2, и), электроприводом (ЭП) и другие способы.

При подаче высокого давления в рабочую полость встроенного или дополнительного ОГП регулирующая МПД ОГР используется в агрегатах и в качестве отсечной МПД, что обуславливает малый ход чувствительного элемента блока ОГД+ОПД и повышает быстродействие агрегатов. В случае агрегатов с пневмоуправлением отсечка сопровождается большим ходом этого элемента, увеличивающим времена закрытия и открытия.

Если на выходе агрегатов ГРУ-РД и ГРУ-РД-СК установить сверхзвуковое сопло, то они превращаются в агрегатные регулируемые ГИУ (РГИУ): ГИУ-РД, ГИУ-РД-СК (см. рис. 1, д, е, 2, е, 3, е-и) и другие, обеспечивающие постоянное управляющее усилие без применения как указанных выше однофункциональных устройств, так и агрегатов регулируемой СГС.

Таким образом, в общем случае двухкаскадные ГРУ, РД, СК, ГИУ и их агрегаты используются в качестве предварительного каскада усиления встроенного или отделенного исполнительного ОГП с кинематическим взаимодействием или без взаимодействия МПД ОГД и регулирующего ОГР и относятся к различным схемным решениям с разнообразными способами соединения электромеханических преобразователей (ЭМП), регулирующих и управляющих ОГР-а,-б,-в, ОГД и других элементов.

Настройка устройств и агрегатов СГС и РГИУ на заданное низкое давление и управляющее усилие осуществляется либо с помощью регулируемого ОПД (см. рис. 2), либо за счет перемещения дополнительной детали регулирующего ОГР (см. рис. 3), имеющего увеличенное число этих деталей. Использование таких ОГР приводит к синтезу новых технических решений устройств и агрегатов [1] с дополнительными полезными свойствами, которые можно использовать в ГСАУ как с однократным, так и многократным включением, предусмотренным усложненной программой полета ЛА.

Список литературы

1. Александров А.В., Александров В.С., Морозова Е.В. Поисковое конструирование регулирующих, распределительных и исполнительных устройств и агрегатов пневмогидроавтоматики. Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. 246 с.

2. Беляев Н.М., Белик Н.П., Уваров Е.И.. Реактивные системы управления космических летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1979. 232 с.

V.A. Zuykov, A.A. Vasilyev

SCHEMES OF CONSTRUCTION MULTIPURPORSE GASDYNAMIC AGGREGATES CONTROL SYSTEMS OF HIGH-ALTITUDE FLYING DEVICES

The questions of heuristic search designing of devices and units of gas automatics with the purpose of the subsequent maintenance of the formalized structural synthesis of their families are considered.

Key words: the high-altitude flying device, control systems, devices of gas automatics, search of technical decisions.

Получено 17.10.12

УДК 681.5.013+621.646

В.А. Зуйков, асп.,

ФОРМАЛИЗОВАННЫЙ СИНТЕЗ КОНСТРУКТИВНЫХ СХЕМ УСТРОЙСТВ И АГРЕГАТОВ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫМИ АППАРАТАМИ

Рассматриваются вопросы формализации поискового конструирования устройств и агрегатов газовой автоматики на основе обобщённых фрагментов их структур.

Ключевые слова: газодинамические системы управления, устройства и агрегаты газовой автоматики, конструктивные схемы, формализованный структурный синтез.

Опыт использования эвристических приемов структурного синтеза устройств и агрегатов газовой автоматики и попытки их формализации привели к необходимости разработки комбинированного метода, в котором эвристический способ применяется в основном для предварительного поиска схемных решений и неявных структур конструируемых объектов, а формализованный метод - для эквивалентного преобразования неявных элементных структур в соответствующие семейства модульных явных структур с помощью математического аппарата контекстно-свободной формальной порождающей грамматики: матрицы Г соединяемых контак-