Экспериментальный блок коммутации нагревателей модуля системы прецизионной термостабилизации

эксплуатации экраноплана (на примере экраноплана малой грузоподъемности) определены предельные требования к его характеристикам маневренности; с использованием моделирования динамики движения экраноплана проанализированы возможности обеспечения этих характеристик в принципе.

В качестве примера реализации методов исследования рассматривается разворот экраноплана по курсу. Предлагается выполнять разворот с креном. Целесообразно крен создавать поворотом экраноплана вокруг оси мгновенного вращения в районе законцовки крыла. Однако очевидно, что в этом случае элероны правой и левой консолей должны отклоняться вниз на различные углы. Это меняет полностью представление об управлении экранопланом по крену в сопоставлении с управлением самолетом. Реализовать подобные законы управления с использованием простейших механических проводок крайне сложно. Кроме того, жесткие требования по обеспечению маневренности (так, радиус разворота экраноплана в полете над рекой шириной 100 м должен быть менее 200 м) требуют оптимального управления.

Представленный анализ потребовал разработки и теоретического обоснования структуры системы управления по всем каналам (продольному, поперечному и путевому). На основе решения задач динамики движения экраноплана предлагается ввести контуры автоматического маневрирования, которые реализуют стандартные маневры по предельным или оптималь-

ным законам управления. Законы управления экрано-планом при выполнении маневров являются основными результатами работы на представляемом этапе.

Библиографическая ссылка

1. Кривель С. М. Математическое моделирование аэродинамических процессов в полете экраноплана над негладкой подстилающей поверхностью // Решет-невские чтения : материалы XIII Междунар. науч. конф., посвящ. 50-летию Сиб. гос. аэрокосмич. ун-та имени акад. М. Ф. Решетнева (10-12 нояб. 2009 г., Красноярск) : в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2009. Ч. 1. С. 32-33.

Reference

1. Krivel S. M. Mathematical modeling of aerodynamic processes in WIG flight over the underlying non-smooth surface (paper) // Reshetnev readings : XIII Int. Scientific. Conf., Dedicated. 50th anniversary of the Siberian. State. Aerospace. University named after Academician M. F. Reshetnev (10-12 Nov. 2009, Krasnoyarsk) in 2 hours, under the total. Ed. Y. Y. Lo-ginov / Sib. State. Aerospace. Univ. Krasnoyarsk, 2009. Part 1. With. 32-33.

© Вшивков Ю. Ф., Галушко Е. А., Кривель С. М., 2013

УДК 536.58

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ БЛОК КОММУТАЦИИ НАГРЕВАТЕЛЕЙ МОДУЛЯ СИСТЕМЫ

ПРЕЦИЗИОННОЙ ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИИ

А. И. Горностаев, И. Н. Тульский, Д. Г. Ощепкова

ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Россия, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52. E-mail: galiv@iss-reshetnev.ru

Представлены результаты проектирования экспериментального блока коммутации нагревателей модуля системы прецизионной термостабилизации.

Ключевые слова: термостабилизированные платформы, системы прецизионной термостабилизации.

EXPERIMENTAL UNIT OF HEATER SWITCHING FOR MODULE OF HIGH-PRECISION THERMALLY STABILIZED SYSREM

A. I. Gornostaev, I. N. Tulskii, D. G. Oshchepkova

JSC "Academician M. F. Reshetnev "Information Satellite Systems" 52, Lenin str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russia. E-mail: galiv@iss-reshetnev.ru

Results of designing the experimental unit of heater switching for module of high-precision thermally stabilized system are presented.

Keywords: thermally stabilized platforms, high-precision thermally stabilized systems.

Для сравнительного анализа эффективности различных методов стабилизации температуры термо-стабилизированных платформ навигационных космических аппаратов (КА), обеспечивающих точность

стабилизации температуры посадочного места стандарта частоты по полученным ИВМ СО РАН (Красноярск) результатам их отработки в условиях наземного эксперимента в вакуумном космофизическом

Решетневские чтения. 2013

стенде КС-1 не хуже 0,1°С [1; 2], в ОАО «ИСС» имени академика М. Ф. Решетнева» был спроектирован и изготовлен экспериментальный блок коммутации нагревателей (БКН-Э), предназначенный для проведения летного эксперимента в составе модуля системы прецизионной термостабилизации (МСПТ) КА «Глонасс-М».

МСПТ включает в себя две термоплиты (ТП), одна из которых должна обеспечивать термостабилизацию посадочного места БКН-Э, другая - имитатора руби-диево-газовой ячейки (ИРГЯ) стандарта частоты. Термостабилизация посадочного места на обеих ТП должна обеспечиваться при автономной работе БКН-Э по специальным алгоритмам автоматического регулирования, предусматривающим сбор оцифрованной с помощью встроенного аналого-цифрового преобразователя (АЦП) информации о температуре с установленных на различных участках ТП датчиков температуры (ДТ), ее обработку и формирование управляющих воздействий на включение нагревателей ТП. Для каждого метода стабилизации температуры должен выбираться соответствующий алгоритм автоматического регулирования по команде из бортового цифрового вычислительного комплекса (БЦВК). Для начальных режимов работы БКН-Э (режим хранения и режим грубой стабилизации) предусматривается обеспечивать поддержание температуры в заданном диапазоне включением и отключением нагревателей ТП при достижении определенного нижнего и верхнего порога температуры. В основном режиме работы БКН-Э (режим точной стабилизации) предусматривается термостабилизация в определенной точке температуры путем широтно-импульсной модуляции импульсов включения нагревателей ТП при фиксированном 5-секундном периоде их следования. Возможное влияние тепловыделения ИРГЯ на точность поддержания температуры на посадочных местах ТП в определенной точке температуры предполагается компенсировать в БКН-Э программными средствами

по дополнительно собранной оцифрованной с помощью встроенного АЦП информации о напряжении питания и токе потребления ИРГЯ.

Кроме того, для отработки двух альтернативных методов стабилизации температуры, используемых для обеспечения режима точной стабилизации, на ТП ИРГЯ дополнительно используются гипертеплопро-водящие пластины (ГТП) и блок термостабилизации температуры (БСТ) со своими нагревателями. Использование для термостабилизации ГТП предполагает в БКН-Э осуществлять управление включением нагревателей ГТП также путем широтно-импульсной модуляции, а использование БСТ предполагает термостабилизацию путем подогрева рабочего тела (эвтектический сплав ва-1п), сохраняющего стабильную температуру на границе раздела фаз (жидкость -твердое тело) с точностью 0,001 °С, и предусматривает управление включением нагревателей БСТ по замыканию концевых контактов (КК) микропереключателя, управляемого расположенным на границе рабочего тела штоком диафрагмы.

Поставленные для МСПТ задачи потребовали применения в БКН-Э специальных вычислительных средств, позволяющих реализовывать различные варианты алгоритмов автоматического регулирования для предложенных методов стабилизации температуры и формировать управляющие воздействия на интерфейсные устройства для обеспечения сбора информации о температуре на различных участках ТП, напряжения питания и тока потребления ИГРЯ, а также для включения и отключения нагревателей ТП БКН-Э и ТП ИРГЯ, ГТП и БСТ. Исходя из поставленных задач БКН-Э функционально был разбит на 6 модулей, объединенных через внутриприборные интерфейсы (см. структурную схему БКН-Э) в соответствии с магист-рально-модульным принципом построения бортовой аппаратуры бортового комплекса управления КА [3]. Все модули в БКН-Э имеют «холодное» резервирование (основной и резервный комплекты).

"[тм^нт

Структурная схема БКН-Э 10

НБСГ

Модуль питания (МП) обеспечивает формирование из первичного бортового напряжения питания ±27 В сетку вторичных напряжений +5 В, +3,3 В и ±15 В для питания микропроцессорного модуля управления (ММУ) и интерфейсных модулей, прием разовых команд (РК) с наземного комплекса управления (НКУ) на включение БКН-Э и переключение комплектов резервирования, а также формирование сигнальной (ТМ) и аналоговой (ТМА) телеметрической информации о состоянии включения и токе потребления БКН-Э.

ММУ обеспечивает для предложенных методов стабилизации температуры программную реализацию различных вариантов алгоритмов автоматического регулирования, осуществляет обмен информацией с интерфейсными модулями через дублированный внутриприборный параллельный интерфейс (ПИ1 и ПИ2), обмен информацией с БЦВК по мультиплек-сорному каналу обмена (МКО), а также формирование сигнальной ТМ-информации. Инициализация работы ММУ производится по включению питания БКН-Э или по РК с НКУ (рестарт). Также в ММУ на случай временного отсутствия обмена с БЦВК предусмотрен прием РК на включение и выключение аварийной температурной автоматики. ММУ по отношению к БЦВК выполняет функцию оконечного устройства (ОУ) для приема и передачи информации по МКО - прием программных команд управления и формирование цифровой телеметрической информации. ОУ ММУ обеспечивает обмен с контроллером БЦВК по МКО в форматах 1, 2, 4 ГОСТ Р 52070-2003 [4]. Для решения вычислительных задач в ММУ применен микропроцессор 1892ВМ8Я ОАО НПЦ «ЭЛВИС» (г. Зеленоград), а для реализации функций ОУ и логических функций в обеспечении работы микропроцессора применена программируемая логическая интегральная схема Л548Х72Л-С0208М фирмы Ле1е1.

Интерфейсный модуль контроля температур (МКТ) преобразовывает с помощью 12-разрядного АЦП сопротивления 10 высокоомных ДТ ТЭП018-06 и 2 низкоомных ДТ ТЭП012-05 в цифровые параметры в широком от минус 20 до 25 °С и узком от 13 до 21°С рабочих диапазонах. При этом обеспечена чувствительность преобразователя для узкого диапазона не менее 0,001 Ом/дв.ед. (0,0025°С/дв.ед.), для широкого диапазона не менее 0,0056 Ом/дв.ед. (0,014°С/дв.ед.). Опрос цифровых температурных параметров производится ММУ через каждые 10 мс.

Интерфейсный модуль контроля питания рубидие-во-газовой ячейки (МКП РГЯ) обеспечивает коммутацию бортового напряжения питания ±27 В на ИРГЯ с током потребления до 2 А, контроль напряжения питания ИРГЯ в диапазоне от 24,5 В до 29,5 В и величины тока потребления ИРГЯ в диапазоне от 0 до 3 А, а также преобразовывает их с помощью 12-разрядного АЦП в цифровые параметры. При этом обеспечена чувствительность преобразователя не менее 2 мВ/дв.ед. Опрос цифровых параметров напряжения питания и тока потребления ИГРЯ производится ММУ через каждые 100 мс.

Интерфейсный модуль коммутации нагревателей ТП (МКН ТП) обеспечивает коммутацию от бортово-

го напряжения питания ±27 В двух нагревателей ТП БКН-Э с током потребления 0,97 А, двух нагревателей ТП ИРГЯ с током потребления 1,11 А и одного нагревателя ГТП с током потребления 3,7 А, а также формирование аналоговых ТМА-параметров о величине протекающего через них тока. При этом в схеме управления предусмотрена независимая аппаратная реализация модуляции длительности импульсов включения нагревателей БКН-Э, ТП и ГТП, вычисляемой в ММУ в соответствии с заданными алгоритмами автоматического регулирования.

Интерфейсный модуль коммутации нагревателей БСТ (МКН БСТ) обеспечивает коммутацию от бортового напряжения питания ±27 В 5-ти нагревателей с током потребления от 0,19 до 0,7 А и формирование аналоговых ТМА-параметров о величине протекающего через них тока. Также в МКН БСТ производится по запросу ММУ опрос состояния КК микропереключателя БСТ через каждые 5 с, по анализу состояния которых ММУ формирует в соответствии с заданным алгоритмом автоматического регулирования управляющие воздействия на включение нагревателей БСТ.

В настоящий момент изготовленный ОАО «ИСС» прибор БКН-Э прошел этап автономной отработки и передан в ИВМ СО РАН для отработки в составе МСПТ. Предполагается с помощью реализованных в БКН-Э алгоритмов автоматического регулирования получить точность поддержания температуры на посадочном месте ТП ИРГЯ не хуже 0,01°C.

Библиографические ссылки

1. Бакиров М. Т., Горностаев А. И., Макуха А. В. Методы стабилизации температуры термостабилизи-рованных платформ // Навигационные спутниковые системы, их роль и значение в жизни современного человека : материалы Всерос. науч.-техн. конф. ; под общ. ред. Н. А. Тестоедова / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2007. С. 120-123.

2. Горностаев А. И., Матвеев В. Г., Мишин А. А., Рыбаков С. А. Экспериментальный комплект блоков коммутации нагревателя // Решетневские чтения : материалы XII Междунар. науч. конф. ; под общ. ред. И. В. Ковалева / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2008. С. 11-12.

3. Горностаев А. И., Капустин А. Н., Зубавичус В. А., Колесников С. М. Применение магистрально-модуль-ного принципа при построении бортовой аппаратуры бортового комплекса управления космических аппаратов // Решетневские чтения : материалы XIII Меж-дунар. науч. конф. ; под общ. ред. Ю. Ю. Логинова / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2009. С. 20-22.

4. ГОСТ Р 52070-2003. Интерфейс магистральный последовательный системы электронных модулей. Общие требования. М. : Изд-во стандартов, 2003.

References

1. Bakirov M. T., Gornostaev A. I., Makuha A. V. Metody stabilizacii temperatury termostabilizirovannyh platform // Navigacionnye sputnikovye sistemy, ih rol'i znachenie v zhizni sovremennogo cheloveka : materialy

Решетневскуе чтения. 2013

Vseross. nauch.-tehnich. konf. ; pod obshh. red. N. A. Testoedova / Sib. gos. ajerokosmich. un-t. Krasnojarsk, 2007. S. 120-123.

2. Gornostaev A. I., Matveev V. G., Mishin A. A., Rybakov S. A. Jeksperimental'nyj komplekt blokov kommutacii nagrevatelja // Reshetnevskie chtenija: Materialy XII Mezhdunar. nauch. konf. ; pod obshh. red. I. V. Kovaleva / Sib. gos. ajerokosmich. un-t. Krasnojarsk, 2008. S. 11-12.

3. Gornostaev A. I., Kapustin A. N., Zubavichus V. A., Kolesnikov S. M. Primenenie magistral'no-modul'nogo

principa pri postroenii bortovoj apparatury bortovogo kompleksa upravlenija kosmicheskih apparatov // Reshetnevskie chtenija : Materialy XIII Mezhdunar. nauch. konf. ; pod obshh. red. Ju. Ju. Loginova / Sib. gos. ajerokosmich. un-t. Krasnojarsk, 2009. S. 20-22.

4. GOST R 52070-2003. Interfejs magistral'nyj posledovatel'nyj sistemy jelektronnyh modulej. Obshhie trebovanija. M. : Izd-vo standartov, 2003.

© Горностаев А. И., Тульский И. Н., Ощепкова Д. Г., 2013

УДК 629.7: 533

ВЛИЯНИЕ УГЛА АТАКИ НА ВОЛНОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ОСТРОГО КОНУСА

Г. Ф. Ерашов

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Россия, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31. E-mail: erashov1948@mail.ru

Рассмотрено влияние малых углов атаки на величину коэффициента волнового сопротивления острых конусов при числах Маха от 2 до 5. Слабое влияние угла атаки позволяет пренебречь его влиянием и проводить оценку величины коэффициента волнового сопротивления по его значению для случая симметричного обтекания конуса.

Ключевые слова: сверхзвуковые скорости, конус, волновое сопротивление, угол атаки.

EFFECT OF THE ANGLE OF ATTACK ON THE WAVE RESISTANCE POINTED CONE

G. F. Erashov

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russia. E-mail: erashov1948@mail.ru

The influence of small angles of attack on the wave resistance coefficient of a sharp cone at Mach 2 to 5 is considered. The weak influence of the angle of attack can ignore its impact and assess the magnitude of the wave resistance coefficient on its value in case of a symmetric flow around the cone.

Keywords: supersonic speed, cone, characteristic impedance, angle of attack.

Конические отсеки характерны для конструкции непротекания, равна нулю, тогда составляющая ско-

корпусов бескрылых летательных аппаратов (ЛА). При рости Vr направлена по касательной к поверхности

сверхзвуковых скоростях полета именно отсеки с пере- конуса и равна скорости на поверхности конуса: менной площадью поперечного сечения являются при-

г тт» V (©к) = V. На поверхности скачка уплотнения, где

чиной возникновения волнового сопротивления ЛА. r v к' к

В работе рассмотрены результаты численного рас- © = в, составляющие скорости Vr и V0 должны чета обтекания острого конуса сверхзвуковым пото- удовлетворять основным соотношениям для косого ком газа в диапазоне чисел Маха Mm = 2...5 при из- скачка уплотнения.

Ao no п Поскольку для решения задачи несимметричного

менении угла атаки в пределах а = 0 ...9 . В качест- _ J / п

обтекания конуса (рис. 1) применялся приближенный

ве исходных уравнений для численного расчета ис- метод, известный под названием «метода местных

п°льз°валась известная стетема дифференциальных конусов», используем свойство частичной коничности

уравнений в виде потока, а именно независимость параметров течения

V t © + (2 V21а2 )v от продольной координаты для каждой отдельно взя-

dV@ = © g У ©' ) r dvr = v той образующей конуса, обтекаемого несимметрич-

d© 1 - V©2/a2 ' d© © ным потоком. Угол наклона образующей к вектору

скорости набегающего потока, то есть угол местного

При решении системы применялись стандартные конуса, рассчитывался по приближенной формуле граничные условия. В данной задаче учитываем, что

на поверхности конуса, где © = ©к нормальная со- © = © -ас05ф-1 а2

ставляющая вектора скорости V© , исходя из условия

^ к sin2 ф . 2 "