CC BY
47
УДК 378.162.33
МОДЕРНИЗАЦИЯ УЧЕБНО-ДЕМОНСТРАЦИОННОГО СТЕНДА «МАКЕТ РАКЕТЫ 8К-14»
А. М. Климов Научный руководитель - Г. М. Гринберг
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: [email protected]
Предложена модернизация существующего учебно-демонстрационного стенда «Макет ракеты 8К-14», после которой будут улучшены технические характеристики стенда и расширены его функциональные возможности.
Ключевые слова: жидкостный ракетный двигатель, учебно-демонстрационный стенд, модернизация, микроконтроллер, технические и функциональные характеристики.
UPGRADE TRAINING AND DEMONSTRATION STAND "MISSILE MODEL 8K-14"
A. M. Klimov Scientific Supervisor - G. M. Grinberg
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
A upgrade of the existing educational and demonstration stand "model missile 8K-14", after which will improve the Performance of the stand and extend its functionality.
Keywords: liquid missile engine, teaching and demonstration stand, upgrade, microcontroller, technical and functional characteristics.
На кафедре систем автоматического управления для студентов-бакалавров направления подготовки 24.03.02 «Системы управления движением и навигация» и студентов-специалистов направления подготовки 24.05.06 «Системы управления летательными аппаратами» читается дисциплина «Технические средства навигации и управления движением летательных аппаратов» [1; 2]. Учебным планом этой дисциплины предусмотрено изучение работы автоматики различных двигательных установок летательных аппаратов, в частности жидкостных ракетных двигателей, представляющих собой химические ракетные двигатели, использующие в качестве ракетного топлива жидкости.
При организации учебного процесса используются различные технические средства обучения, которые позволяют реализовать одну или несколько дидактических функций с помощью специальных технических устройств. Из всего разнообразия используемых технические средства в данной статье мы выделяем тренажерные технические средства - специализированные учебно-тренировочные устройства, предназначенные для формирования первоначальных знаний, навыков и умений.
К специализированным учебно-тренировочным устройствам относится имеющийся в СибГАУ учебно-демонстрационный стенд «Макет ракеты 8К-14». Стенд представляет собой выполненную в уменьшенном масштабе модель компоновки ракеты 8К-14 со всеми присущими ей основными элементами. Конструктивно стенд выполнен в виде деревянного щита, на котором часть элементов прорисована цветными красками, а часть элементов выполнена в виде закрепленных на щите муляжей. На щите также расположены все необходимые надписи. Основным предназначением стенда является изучение студентами общей компоновки ракеты 8К-14, состава и принципа работы пневмогидравли-ческой системы жидкостного ракетного двигателя.
Под пневмогидравлической системой (ПГС) жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) понимают совокупность пневмогидравлических устройств ЖРД, состоящих из:
Секция «Инновационные и здоровьесберегающие технологии в современном образовании»
1. Пневмогидравлической системы ЖРД.
2. Топливных баков.
3. Расходных магистралей и вспомогательных устройств и систем, обеспечивающих:
- заправку баков компонентами топлива и зарядку аккумуляторов давления;
- хранение рабочих продуктов без изменения их свойств в заданном диапазоне климатических параметров;
- предпусковой и основной наддувы баков;
- непрерывную подачу топлива с заданными параметрами в камеры сгорания двигателей во время их работы;
- работу агрегатов автоматики (различных клапанов, регуляторов, дросселей, редукторов, стабилизаторов) и регулирования в соответствии с циклограммой работы ЖРД и программой полета ракеты.
Автоматика работы ЖРД должна обеспечивать поэтапное включение всех элементов при запуске двигательной установки и ее останова в аварийных ситуациях [3].
Стенд «Макет ракеты 8К-14» путем прокачки цветной жидкости по стеклянным трубкам, отображающим магистрали ПГС, позволяет симулировать функционирование пневмогидравлической схемы при различных режимах работы ЖРД ракеты. Циклограмма работы стенда задается с помощью шагового переключателя и релейного блока, состоящего из значительного количества электромагнитных реле.
Стенду присущ ряд недостатков:
- сложность в обслуживании, обусловленная наличием гидравлической системы, состоящей из хрупких стеклянных трубок, и необходимостью прокачивания с помощью насосов через эти трубки жидкости;
- низкая надежность, свойственная электромеханическим системам (шагового переключателя, электромагнитных реле и насосов;
- высокое энергопотребление;
- невозможность изменить заданную программу демонстрируемых процессов, так как вся система проектируется и изготавливается под один набор команд и их точное исполнение. Для изменения отображаемых данных, необходимы серьёзные изменения во всей системе.
Цель выполняемой работы - модернизация существующего учебно-демонстрационного стенда «Макет ракеты 8К-14», позволяющая исключить присущие стенду недостатки и наделить его новыми функциональными возможностями.
С появлением новых информационных технологий, новых материалов и новой элементной базы электроники появилась возможность модернизировать имеющийся стенд, так чтобы, с одной стороны, сохранить его наглядность, а с другой стороны, повысить его надежность, улучшить ремонтопригодность и расширить функциональные возможности. Для этого разработан проект модернизации стенда, предусматривающий выполнение следующих работ:
1. Разработку электрической схемы стенда, позволяющую:
- заменить участки ПГС, выполненные в виде стеклянных трубок с прокачиваемой через них жидкостью, на равноценные по размеру и цвету отрезки светодиодных лент;
- выполнить световую индикацию расположенных на стенде элементов.
2. Установить на стенде взамен релейного блока управления микроконтроллер, что позволит:
- повысить скорость и точность работы схемы стенда;
- за счет имеющегося у микроконтроллера потенциала гибкого задания программы работы и многократного перепрограммирования, расширить функциональные возможности стенда;
- исключить из схемы стенда электромеханические элементы, что позволит повысить его надежность и продолжительность времени наработки на отказ.
Микроконтроллер может быть запрограммирован таким образом, чтобы стенд можно было использовать в качестве тренажера при обучении студентов и в качестве экзаменатора при проверке достигнутого студентами уровня обученности. Причем микроконтроллер позволит в зависимости от качества ответов на вопросы определять итоговую оценку и вести статистику по каждому студенту.
Установка в стенде таких малопотребляющих электроэнергию элементов, как микроконтроллер и светодиодные ленты, позволит улучшить его энергетические показатели.
Предлагаемый способ создания конструкции учебно-демонстрационных стендов с использованием микроконтроллера и светодиодных лент является универсальным и технологичным. Подбирая необходимое количество лент и их длину (которая может быть значительной), разрабатывая соответ-
ствующую программу работы микроконтроллера, можно создавать стенды, подобные рассмотренному, и предназначенные для демонстрации конструкции и принципов работы различных технических устройств.
Библиографические ссылки
1. Федеральный государственный стандарт высшего профессионального образования по направлению подготовки 161100 «Системы управления движением и навигация (квалификация (степень) «бакалавр»)» : утв. приказом М-ва образования и науки РФ от 29 марта 2010 № 229 [Электронный ресурс]. URL: http://www.edu.ru/db/cgi-bin/portal/spe/spe_new_list.plx?substr= я161100&st= all&qual=0 (дата обращения: 16.04.2015).
2. Федеральный государственный стандарт высшего профессионального образования по направлению подготовки (специальности) 161101 «Системы управления летательными аппаратами (квалификация (степень) «специалист»)» : утв. приказом М-ва образования и науки РФ от 17 января 2011 № 70 [Электронный ресурс]. URL: http://www.edu.ru/db/cgi-bin/portal/spe/spe_new_list.plx?substr= 161101&st=all&qual=0 (дата обращения: 16.04.2015).
3. Борисов В. А., Жижкин А. М., Мелентьев В. С. Конструирование основных узлов и систем ракетных двигателей : учеб. пособие. Самара : СГАУ, 2011. 42 с.
© Климов А. М., 2015
