БЛОК РУЛЕВОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА УПРАВЛЯЕМОЙ РАКЕТЫ

Полезная модель относится к управляемым снарядам и ракетам с аэродинамическими поверхностями управления, в частности к рулевым электроприводам.
Известен блок рулевого привода управляемого снаряда по патенту RU 2121649 Кл. МПК F42B 15/00, который содержит корпус, силовую часть привода с рулями управления на исполнительной оси, потенциометр обратной связи, который укреплен на корпусе и размещен вдоль бортовой хорды рулей и соединен осью со штоком рулевой машины и рычагом с осью рулей. На рычаге установлена вилка с возможностью разворота относительно рычага.
Такое конструктивное решение, при котором потенциометр обратной связи размещен в блоке рулевого привода, обеспечивает съем электрического сигнала пропорционально углу поворота руля. Однако данное решение не обеспечивает необходимую надежность работы потенциометрического датчика обратной связи.
Известен рулевой привод управляемого снаряда по патенту RU 2285227, Кл. МПК F42B 15/00, который содержит электродвигатель, редуктор, усилитель мощности, потенциометрический датчик обратной связи, формирователь команд, корректирующую цепь обратной связи и рули управления. В указанном приводе отмечается недостаточное контактирование токосъемника и значительная износоустойчивость резистивной подложки потенциометра обратной связи.
Известен блок рулевого привода управляемого снаряда по патенту RU 66023, Кл. МПК F42B 15/00, выбранный в качестве прототипа, который содержит корпус, силовую часть привода с рулями управления на исполнительной оси и суммирующий усилитель с корректирующей цепью, постоянный магнит, установленный на исполнительной оси с возможностью взаимодействия с магниторезистивным датчиком, закрепленным на неподвижном корпусе блока рулевого привода и электрически связанным с инструментальным усилителем и резистором термокомпенсации. Силовая часть привода содержит электродвигатель с редуктором и усилителем мощности, суммирующий усилитель с корректирующей RC-цепью обратной связи образуют аналоговый контроллер управления замкнутым электроприводом. Известный блок рулевого привода позволяет повысить надежность работы рулевого привода за счет исключения контакта между элементами в цепи обратной связи. Однако при близком расположении электродвигателей и магниторезистивных датчиков двухканального привода малогабаритных ракет наблюдается частичное взаимовлияние каналов привода за счет влияния на магниторезистивный датчик магнитного поля соседнего канала.
Предлагаемая полезная модель устраняет указанные недостатки за счет использования бесконтактного емкостного датчика угла и преобразователя «Емкость-Угол» в цепи обратной связи рулевого привода.
Целью создания полезной модели является повышение надежности работы рулевого привода и исключения электромагнитного взаимовлияния каналов многоканального рулевого электропривода.
Указанная цель достигается тем, что в блоке рулевого привода, содержащем корпус, силовую часть привода на электродвигателе с редуктором и рулями управления на исполнительной оси и датчиком угла поворота исполнительной оси, и контроллером управления электродвигателем, датчик угла поворота исполнительной оси выполнен бесконтактным емкостным за счет введения пары дифференциальных емкостных измерительных элементов, закрепленных на неподвижном корпусе, введен преобразователь «Емкость-Угол», электрически связанный с контроллером управления электродвигателем, и сегментный ротор из диэлектрического материала, размещенный на исполнительной оси и взаимодействующий с дифференциальными емкостными измерительными элементами. Емкостной датчик угла поворота исполнительной оси содержит две печатные платы с дифференциальными емкостными элементами, закрепленными на корпусе с зазором, в котором перемещается сегментный ротор из диэлектрического материала, при этом угловой размер сегментного ротора равен рабочему углу емкостного датчика.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид силовой части рулевого привода, на фиг. 2 - функциональная схема электропривода с емкостным датчиком угла поворота исполнительной оси рулей, на фиг. 3 приведен вид рулевой машины блока рулевого электропривода спереди со стороны емкостного датчика углового перемещения исполнительной оси.
Блок рулевого электропривода управляемой ракеты содержит корпус 1, силовую часть электропривода на электродвигателе 2 (на фиг. 1 показана только ось электродвигателя) с редуктором 3 и рулями управления (на фиг. 1 не показаны) на исполнительной оси 4 и емкостным датчиком 5 угла поворота исполнительной оси 4. Емкостной датчик угла поворота 5 образован парой дифференциального емкостных измерительных элементов с изменяемым отношением емкостей в зависимости от угла поворота исполнительной оси 4. Дифференциальные измерительные емкостные элементы образованы двумя параллельными печатными платами 6 и 7 статора, закрепленными на корпусе 1 с зазором, и сегментным ротором 8 из диэлектрического материала, закрепленным на исполнительной оси 4 с возможностью углового перемещения в зазоре между платами 6 и 7. На нижней плате 7 статора расположены два электрода, выполненные в виде кольцеобразных печатных сегментов, на верхней плате 6 расположен кольцеобразный печатный сегментный электрод, равный по размеру двум нижним. Сегментный диэлектрический ротор 8 выполнен в виде сектора диска, по размеру полностью перекрывающего один из секторов платы 7. Каждый печатный сектор платы 7 образует с печатным сектором платы 6 конденсаторы с переменными емкостями соответственно С1 и С2, которые подключены к входам преобразователя «Емкость-Угол» 9. Измеренное значение угла поворота с преобразователя 9 поступает на контроллер электропривода 10 и сравнивается с заданным углом. По результатам сравнения вырабатывается управляющий ШИМ-сигнал, который через усилитель мощности (на схеме фиг. 2 не показан) поступает на исполнительный электродвигатель 2 с редуктором 3, и на исполнительную ось 4 рулевого электропривода.
Блок рулевого электропривода привода управляемой ракеты функционирует следующим образом.
В процессе полета управляемой ракеты на управляющий контроллер рулевого электропривода подаются управляющие сигналы (заданное значение углового положения привода) в виде аналогового сигнала или цифрового кода, которые отрабатываются аэродинамическими рулями, что обеспечивает маневрирование управляемой ракеты.
отн
отн
При повороте исполнительной оси 4 одновременно поворачивается жестко связанный с ней секторный элемент ротора 8. При перемещение ротора 8 изменяется отношения емкостей С1 и С2 дифференциального измерительного емкостного элемента, образованного секторами платы 7 относительно сектора платы 6, пропорционально углу поворота ротора 8. Изменение емкостей определяется частичным перекрытием секторов платы 7 относительно сектора платы 6 диэлектрическим ротором 8 из материала с большей относительной диэлектрической проницаемостью ε (например, для стеклотекстолита ε=4,3), при этом емкость одного из конденсаторов уменьшается, а второго увеличивается. Преобразователь «Емкость-Угол» 9 преобразует отношение емкостей С1 и С2 в значение напряжения или цифрового кода, пропорциональное значению угла отклонения исполнительной оси 4 рулевого электропривода. Выходное напряжение преобразователя 9 подается на контроллер электропривода 10, где формируется сигнал управления электродвигателем 2, осуществляющим угловое перемещение исполнительной оси 4 с аэродинамическими рулями управления ракетой. Перемещение руля прекращается при равенстве сигналов управления и сигнала с емкостного датчика угла поворота.
Емкостной датчик угла с дифференциальным измерительным емкостным элементом образован двумя печатными платами, с нанесенными на них печатными секторами, закрепленными с зазором на корпусе, и диэлектрическом сегментном роторе, закрепленном на исполнительной оси электропривода с возможностью углового перемещения в зазоре между платами. Угловой размер секторного ротора и секторов дифференциального каждого измерительного емкостного элемента статора равен рабочему углу рулевого привода ракеты (обычно 20…30°). Преобразователь «Емкость-Угол» может быть выполнен, например, на микросхеме типа 1382НХ025 (преобразователь емкость в напряжение), или, например, типа 1310НМ01 (преобразователь емкость в цифровой код). Контроллер электропривода может быть выполнен аналоговым на операционных усилителях, например, как в Патенте на полезную модель RU 149139, или цифровым на микроконтроллере, например 32-х разрядном семейства ARM Cortex-М3, с полномостовыми усилителем мощности на силовых MOSFET-транзисторах. В качестве электродвигателя может быть применен, например, коллекторный электродвигатель постоянного тока семейства ДР-25.
Таким образом, полезная модель обеспечивает повышение надежности работы рулевого привода за счет исключения контакта между элементами в цепи обратной связи и исключения электромагнитного взаимовлияния каналов многоканального электропривода.