Влияние управляющего клапана на динамику системы регулирования давления газа

1. Плоско-параллельное перемещение двигательного блока коррекции по двум координатам, установленного под определенным углом на специальной плате (аппараты серии «Экспресс-АТ», «КжБа^З» и др.).

2. Поворот двигательного блока коррекции по одной из осей и плоско-параллельное перемещение по другой (аппараты «Экспресс-АМ5, 6», «Ямал-401» и др.).

Возможен еще один нереализованный на практике метод:

3. Поворот двигательного блока коррекции по двум осям вращения.

В первом способе двигатели установлены на кронштейне под определенным углом, совмещение вектора тяги с центром масс осуществляется перемещением кронштейна вдоль плоскости установки по одной или двум осям.

Во втором способе корпус блока коррекции, а вместе с ним и вектор тяги двигателей, выставляют вращением вокруг оси поворотного устройства, добиваясь выставки вектора тяги в центр масс КА по одной из координат. Плоскопараллельное перемещение всей конструкции по другой координате позволяет добиться полного совмещения линии действия вектора тяги и центра масс КА.

Основание кронштейна может быть установлено с погрешностями относительно опорной системы координат. Существует 6 степеней свободы, они обозначены шестью переменными, которые определяются после сборки аппарата путем измерения действительного положения координат базовых отверстий и отклонений углов базовых посадочных площадок. Их необходимо учитывать при расчете углов выставки блоков коррекции. Для каждого двигателя эти значения могут отличаться, поэтому существует особая система обозначения и учета этих переменных.

В третьем способе, который не применялся на практике из-за сложности реализации устройства выставки, для совмещения с центром масс изменяют наклон блока коррекции вращая его вокруг двух взаимоперпендикулярных осей. Этот способ позволил бы дополнительно уменьшить занимаемую площадь, а также, возможно, расширить диапазон регулировки.

Все три конструкции имеют свои преимущества и недостатки и могут применяться в том или ином случае в зависимости от требований, предъявляемых к подсистеме коррекции.

© Поляков М. В., Шатров А. К., 2013

УДК 532.5

ВЛИЯНИЕ УПРАВЛЯЮЩЕГО КЛАПАНА НА ДИНАМИКУ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА

В. Я. Свербилов, Д. М. Стадник

Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королева

(национальный исследовательский университет) Россия, 443086, г. Самара, Московское шоссе, 34. E-mail: v.sverbilov@mail.ru, sdm-63@bk.ru

С помощью математического моделирования и экспериментального исследования рассматривается влияние характеристик управляющего клапана (УК) на динамику системы с точки зрения обеспечения требуемой точности и устойчивости в широком диапазоне расхода.

Ключевые слова: пульсатор, управляющий клапан, амплитудно-частотная характеристика.

THE INFLUENCE OF A PILOT VALVE ON DYNAMICS OF THE GAS PRESSURE CONTROL SYSTEM

V. Ia. Sverbilov, D. M. Stadnik

Samara State Aerospace University named after academician S. P. Korolev (National Research University) 34, Moskovskoe shosse, Samara, 443086, Russia. E-mail: v. sverbilov@mail.ru, sdm-63@bk.ru

This paper considers the influence of pilot valve performances on the system dynamics in terms of obtaining system stability and accuracy over a wide range of flow rates.

Keywords: air pulsator, pilot valve, amplitude frequency response.

В работах [1-3] была разработана нелинейная модель регулятора давления газа непрямого действия, выполнены теоретические и экспериментальные исследования для определения наиболее существенных факторов, влияющих на устойчивость и динамику системы. Для упрощения модели предыдущие исследования были акцентированы на динамику основного

клапана, тогда как управляющий клапан был представлен моделью более низкого порядка. Были предложены эффективные средства для обеспечения устойчивости системы (установка специального дросселя на входе в клапан [2], изменение геометрических параметров встроенного в конструкцию клапана КЬ-демпфера).

Контроль и испытания ракетно-космической техники

Схема испытательного стенда на низком давлении показана на рис. 1. Основной клапан (ОК) 24 находится в закрытом положении (разомкнутый контур). Сильфон 23 соединен с проточной полостью УК 6 трубопроводом 20.

Пульсирующий поток газа поступает в глухую полость УК с объемом V4 от пульсатора 9. Измерения статического и динамического давлений в глухой полости УК (входное давление) и в полости сильфона ОК (выходное давление) проводились с помощью датчиков статического и динамического давлений фирм Kulite и PCB соответственно 7, 16, 21 и 22. График изменения динамического давления p2 и p4 в диапазоне частот от 0,2 до 500 Гц изображен на рис. 2, а.

В результате обработки сигналов была получена амплитудно-частотная характеристика, представленная на рис. 2, б. На данном рисунке можно увидеть приемлемую сходимость между экспериментальной

характеристикой и результатами моделирования, которое проводилось с использованием линеаризованной модели УК в программном обеспечении МАТ-ЬАБ/БтиИпк.

Как видно по рис. 2, б, усиление УК очень быстро снижается с частотой, что объясняется малой жесткостью объема У2 полости сильфона ОК. Таким образом, использование УК может быть эффективным при условии низких частот входного сигнала.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках программы «Формирование государственных заданий высшим учебным заведениям на 2013 год и на плановый период 2014 и 2015 гг. в части проведения научно-исследовательских работ», регистрационные номера 7.3206.2011, 7.8660.2013.

Рис. 1. Испытательный стенд для определения частотных характеристик управляющего клапана: 1 - направляющая; 2 - тарель; 3,18 - пружина; 4,14 - редуктор; 5 - дроссель; 6 - УК; 7, 22 - датчик статического давления; 8, 12 - ресивер; 9 - пульсатор; 10 - электродвигатель; 11, 13 - вентиль; 15 - манометр; 16, 21 - датчик динамического давления; 17, 23 - сильфон; 19 - шток; 20 - трубопровод; 24 - ОК

7 б 5

4

<

(N

<аз 2

1-

iV

Simulated

Experimental

10 10 Frequency, Hz

б

Рис. 2. Результаты экспериментальных исследований: а - график изменения динамического давления в глухой полости УК р4 и полости сильфона ОК р2; б - амплитудно-частотная характеристика УК

а

Библиографические ссылки

1. Аналитическая модель автоколебаний плоского предохраниьельного клапана / В. Я. Свербилов, Г. М. Макарьянц, М. В. Макарьянц, Д. М. Стадник // Изв. Самар. науч. центра Рос. акад. наук. 2010. Т. 12. № 4.

2. Обеспечение устойчивости регулятора давления газа непрямого действия посредством установки дросселя на входе / Д. М. Стадник, В. Я. Свербилов, Г. М. Макарьянц, М. В. Макарьянц // Вестник СГАУ. 2012. № 4 (35).

3. Свербилов В. Я., Стадник Д. М. Исследование динамических характеристик системы регулирования давления в газовой подушке топливного бака ЖРД // Изв. Самар. науч. центра Рос. акад. наук. 2011. Т. 13. № 4(3).

References

1. Analiticheskaja model' avtokolebanij ploskogo predohrani'el'nogo klapana / V. Ja. Sverbilov, G. M. Ma-karjanc, M. V. Makar'janc, D. M. Stadnik // Izvestija Samarskogo nauchnogo centra Rossijskoj akademii nauk, t. 12, № 4, 2010.

2. Obespechenie ustojchivosti reguljatora davlenija gaza neprjamogo dejstvija posredstvom ustanovki drosselja na vhode / D. M. Stadnik, V. Ja. Sverbilov, G. M. Makar'janc, M. V. Makar'janc // Vestnik SGAU, 2012, № 4 (35).

3. Sverbilov, V. Ja., Stadnik D. M. Issledovanie dinamicheskih harakteristik sistemy regulirovanija davlenija v gazovoj podushke toplivnogo baka ZhRD // Izvestija Samarskogo nauchnogo centra Rossijskoj akademii nauk, t. 13, № 4(3), 2011.

© Свербилов В. Я., Стадник Д. М., 2013

УДК 629.78.054

ИМИТАЦИЯ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

ПРИ НАЗЕМНЫХ ИСПЫТАНИЯХ

Д. Е. Синицкий, А. В. Мурыгин

ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Россия, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52

Рассматриваются основные принципы построения, структура комплекса имитации двигательной установки (КИДУ). Описывается принцип его действия и функциональные возможности.

Ключевые слова: космический аппарат, двигательная установка, имитатор.

IMITATION OF ACTIVITY OF THE PROPULSION SYSTEM OF THE SPACE VEHICLE

AT GROUND TESTS

D. E. Sinitsky, A. V. Murygin

JSC "Information Satellite Systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russia

The basic principles of construction, the imitation complex structure of the propulsion system (ICPS) are considered. The principle of its operation and functionality is described.

Keywords: spacecraft, propulsion system, simulator.

Наиболее эффективным способом испытаний систем ориентации и стабилизации являются испытания с применением принципов полунатурного моделирования [1], при этом имитация движения КА осуществляется путем установки датчиков СОС на динамические поворотные стенды. На стендах датчики движутся по отношению к имитаторам ориентиров аналогично их угловому движению на борту спутника, относительно Солнца и Земли, звезд.

Датчики, установленные на поворотных стендах [2], измеряют параметры углового движения и выдают информацию об угловом положении относительно имитаторов Земли и Солнца. По показаниям датчиков СОС формирует необходимые управляющие сигналы на исполнительные органы, с помощью которых создаются управляющие моменты на спутник.

Однако по ряду причин не всегда при проведении наземных испытаний СОС удается использовать реальные приборы и устройства. Например, двигательная установка СОС (двигатели ориентации), для работы которой необходимо иметь топливные емкости и определенную камеру, а также дорогостоящее оборудование, которое с требуемой точностью может измерять тягу каждого двигателя ДУ. Как правило, проведение наземных испытаний СОС с использованием реальной ДУ является нецелесообразным и приводит к неоправданно большим материальным затратам.

Для решения этих проблем в ОАО «ИСС» модернизирован имитатор двигательной установки, в результате чего обеспечены:

- имитация работы двигательных установок КА