CC BY
98
УДК 62-8
ПОДХОД К ПРОЕКТИРОВАНИЮ ПРИВОДОВ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ РАКЕТОЙ
А.А. Васильев, Н.А. Александров, Д.Ю. Савенко
Рассмотрен подход к проектированию привода газодинамического управления ракетой при изменении требований к управляющему усилию.
Ключевые слова: привод газодинамического управления, проектирование, аэродинамическое управление, газодинамическое управление, электромагнит, реактивная сила, однокаскадный привод, двухкаскадный привод.
Наиболее распространёнными видами управления летательными аппаратами являются аэродинамическое и газодинамическое управление. При аэродинамическом управлении одним из факторов, определяющих мощность привода, является нагрузка на рулях, определяемая стабильностью положения центра давления на руль. Максимальное смещение центра давления потока на руль происходит в области трансзвуковых скоростей, поэтому для получения минимальных нагрузок на рулевой привод диапазон скоростей работы рулевого привода желательно ограничивать или дозвуковым диапазоном скорости, или сверхзвуковым, при этом мощность привода и его габариты будут минимальны.
Газодинамическое управление используется на разгонном участке полета летательного аппарата, а также на большой высоте в разряженных слоях атмосферы, где аэродинамическое управление неэффективно [3]. С этой целью рационально использовать привод газодинамического управления с малым временем работы.
При проектировании приводов газодинамического управления основным требованием является создание управляющего реактивного усилия FУUР заданной величины [1], которое определяется секундным расходом источника и скоростью истечения газа через сверхзвуковое сопло:
F = G-У,
УПР '
где G - секундный массовый расход газа; У - скорость истечения газа из сопла.
Для создания относительно небольшого усилия величиной до 20 Н применимы однокаскадные электромагнитные приводы [2], в которых электрический сигнал преобразуется в механическое перемещение распределительного устройства, перекрывающего отверстия в предсопловые полости. Вариант однокаскадного привода в качестве примера показан на рис. 1.
Рис. 1. Однокаскадный привод газодинамического управления
Управляющий электромагнит в таких приводах - единственная ступень в управлении реактивной силой. Широкое использование приводов подобного типа объясняется тем, что нагрузка на управляющий электромагнит (УЭМ) небольшая, а сам привод конструктивно и технологически прост.
При изменении требований к реактивной силе, в частности, увеличении свыше 20 Н, как показывают расчёты (рис. 2), нагрузка, которую должен преодолеть УЭМ, резко возрастает, что требует увеличения габаритов и мощности источника питания Nист :
N = /2 • Я,
ист ?
где ¡, Я - ток и сопротивление обмотки УЭМ.
В свою очередь это влечёт за собой резкое увеличение габаритов элементов электромагнита, а также всей системы в целом. Как правило, при разработке изделий существуют некоторые ограничения как по массо-габаритным параметрам, так и по мощности источника.
Возникающая проблема разрешается использованием двухкаскад-ного газодинамического привода. В качестве второй ступени используется высокоэффективный привод на горячем газе высокого давления, что позволяет реализовать высокую выходную мощность в значительно меньших габаритах.
N источ, Вт \VraM 10, мм
25
20
15
10
60
48
42
36
30
24
18
12
N ИСТОЧ X / / / \ Муэм
10 20 30 40 50 60 70 80
Рупр, Н
0,02 0.04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16
_1_I-
Л_|_
_!_1_
Мне, Н-м
Рис. 2. Зависимость объёма и мощности источника управляющего электромагнита от управляющей силы и момента нагрузки
На рис. 3 приведена в качестве примера схема такого привода, в котором электромагнит перекрывает каналы подвода горячего газа от источника высокого давления к газодинамической системе.
Рис. 3. Двухкаскадный газодинамический привод: 1 - корпус; 2 - дроссель; 3 - сопло; 4 - поршень; 5 - УЭМ
Нагрузка на УЭМ при этом уже небольшая (рис. 4). За счет перепада давлений в полостях поршень приходит в движение и перекрывает отверстия в предсопловую полость.
УЛ™ 10, мм
л I я 3" м о Двухкаскадный привод
П. х о. о с г?
5 баритное ограничение
- - -е-
0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16
Мн I, Н'М
Рис. 4. Зависимость объёма УЭМ от момента нагрузки при двухкаскадном приводе
Таким образом, увеличение расхода газа источника приводит к повышенным нагрузкам на УЭМ, с которыми он должен справляться путём увеличения мощности и, как следствие, увеличения габаритов. И задачи, где требуется получить повышенные значения управляющего усилия, не всегда решаются путем увеличения мощности и габаритов УЭМ и системы в целом. Поэтому одним из вариантов проектирования является установка дополнительного каскада усиления привода.
Список литературы
1. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. М.: Наука, 1969.
824 с.
2. Александров А.В., Александров В.С. Поисковое конструирование регулирующих, распределительных и исполнительных устройств и агрегатов пневмогидроавтоматики: учеб. пособие. Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. 246 с.
3. Шипунов А.Г., Фимушкин В. С., Никаноров Б. А. Системный подход к проектированию, конструированию и экспериментальной отработке ВДРП // Известия ТулГУ. Сер. «Проблемы специального машиностроения». Вып. 2.Тула: Изд-во ТулГУ, 1999. 226 с.
Васильев Александр Анатольевич, инженер-исследователь 2-й категории, [email protected], Россия, Тула, ОАО «Конструкторское бюро приборостроения им. академика А. Г. Шипунова»,
Александров Николай Алексеевич, инженер-исследователь 2-й категории, [email protected], Россия, Тула, ОАО «Конструкторское бюро приборостроения им. академика А.Г. Шипунова»,
Савенко Дмитрий Юрьевич, ведущий инженер-конструктор, [email protected], Россия, Тула, ОАО «Конструкторское бюро приборостроения им. академика А . Г. Шипунова»
THE APPROACH TO DESIGNING OF DRIVES GAS DYNAMIC MANAGEMENT N. A. Alexandrov, A.A. Vasilyev, D.YSavenko
The approach to designing of a drive of gas dynamic management by the rocket is considered at change of requirements to operating effort.
Key words: a drive of gas dynamic management, designing, aerodynamic management, gas dynamic management, an electromagnet, jet force, an one-cascade drive, a two-cascade drive.
Vasilev Alexander Anatolevich, 2nd category research engineer, [email protected], Russia, Tula, KBP named after academician A.G. Shipunov,
Alexandrov Nikolay Alexeevich, 2nd category research engineer, [email protected], Russia, Tula, KBP named after academician A.G. Shipunov,
Savenko Dmitriy Yurevich, chief design engineer, Russia, Tula, [email protected], KBP named after academician A.G. Shipunov
УДК 623.467
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПУСКОМ ПРИВОДНОГО ДВИГАТЕЛЯ ЭГП ЗЕНИТНОГО РАКЕТНО-ПУШЕЧНОГО
КОМПЛЕКСА
О.В. Горячев, И. А. Шигин, В.В. Артющев, А. А. Новиков
Предложен способ пуска асинхронного приводного двигателя электрогидравлического привода при ограниченной мощности системы электропитания зенитно-ракетного пушечного комплекса.
Ключевые слова: асинхронный трехфазный двигатель, автономный инвертор напряжения, система электропитания, трехфазный ключ.
Электрогидравлические приводы (ЭГП) в настоящее время широко используются в качестве силовых систем мехатронных комплексов средней и большой мощности, работающих от автономных источников питания -
180
