Разработка лабораторного стенда «Исследование датчика регулятора скорости полета ракеты» Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Секция

«ИННОВАЦИОННЫЕ И ЗДОРОВЬЕСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ В СОВРЕМЕННОМ ОБРАЗОВАНИИ»

УДК 378.147.88

РАЗРАБОТКА ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА «ИССЛЕДОВАНИЕ ДАТЧИКА РЕГУЛЯТОРА СКОРОСТИ ПОЛЕТА РАКЕТЫ»

С. А. Алдаев, Н. С. Наконечная 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]

В представленной работе рассмотрены требования образовательных стандартов к подготовке студентов к предстоящей профессиональной деятельности. Приведены краткие теоретические сведения об устройстве гироинтегратора линейных ускорений и датчика регулятора скорости полета ракеты. Предложено организовать лабораторный практикум по изучению функционирования датчика регулятора скорости на базе имеющегося в университете оборудования.

Ключевые слова: гироинтегратор, датчик регулятора скорости, лабораторный практикум, лабораторная установка.

DEVELOPMENT OF LABORATORY STAND «ROCKET'S SPEED CONTROL

SENSOR RESEARCH»

S. A. Aldaev, N. S. Nakonechnaya Scientific Supervisor - G. M. Grinberg

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Е-mail: [email protected]

Actual article describes requirements of education standards to prepare students to upcoming test-operational professional activity. It presents short theoretical information about gyrointegrator of linear accelerations and rocket's speed control sensor principle of operation. Suggested to organize laboratory practice to make a research of operation of speed control sensor based on equipment of the university.

Keywords: gyrointegrator, speed control sensor, laboratory practice, laboratory installation.

Кафедра систем автоматического управления (САУ) готовит бакалавров и магистров по направлению подготовки «Системы управления движением и навигация» и специалистов по направлению подготовки «Системы управления летательными аппаратами».

Согласно требованиям федеральных государственных образовательных стандартов высшего образования объектами профессиональной деятельности бакалавров, магистров и специалистов по названным направлениям подготовки являются:

- управляющие, пилотажно-навигационные и электроэнергетические комплексы летательных аппаратов;

- приборы и системы ориентации, стабилизации и навигации;

- системы автоматического управления летательными аппаратами [1-3].

Под автоматическим управлением летательным аппаратом принято понимать «процесс программного изменения и стабилизации отдельных параметров движения летательного аппарата или

Секция «Инновационные и здоровьесберегающие технологии в современном образовании»

целенаправленного управления траекторией полёта, осуществляемый с помощью средств автоматики без воздействия лётчика на органы управления. Для автоматического управления каким-либо параметром движения летательного аппарата должен быть реализован некоторый контур автоматического регулирования, включающий измерители текущего значения регулируемого параметра и его отклонения от заданного значения и регулирующее устройство [4].

Одним из параметров движения летательного аппарата является дальность его полета. Дальность полета такого летательного аппарата как баллистическая ракета определяется параметрами движения ракеты в конце активного участка полета (начале свободного полета), когда происходит выключение маршевого двигателя. Для обеспечения баллистической ракете заданной дальности полета необходимо, чтобы параметры движения в начале свободного полета отвечали определенным требованиям. Среди параметров движения, наиболее сильно влияющих на дальность полета, важным является фактически достигнутая требуемая скорость движения ракеты, при которой должно происходить выключение двигателя. Для этого необходимо измерять скорость движения баллистической ракеты.

Целью выполняемой работы является разработка лабораторного практикума, предназначенного для изучения приборов измерения скорости полета ракеты. Разрабатываемый лабораторный практикум будет включать в себя необходимые теоретические сведения об изучаемых объектах, методические материалы и лабораторный стенд для исследования датчика регулятора скорости полета ракеты.

При управлении дальностью полета ракеты (для определения мгновенной скорости ее полета и выключения двигателя ракеты в момент достижения заданной скорости) применяют гироскопические интеграторы линейных ускорений (гироинтеграторы) [5; 6].

Гироинтегратор состоит из двух основных частей: чувствительного и сравнивающего узлов. Чувствительный узел содержит неуравновешенный гироскоп с тремя степенями свободы и в основу его функционирования положено одно из важнейших свойств гироскопа - прецессия под воздействием момента внешних сил. При действии вдоль оси чувствительности гироинтегратора линейного ускорения, вокруг оси подвеса гироузла возникает момент, пропорциональный действующему ускорению. Под воздействием этого момента гироскоп начинает прецессировать вокруг оси подвеса наружной рамки. На оси вращения наружной рамки закреплена шестерня, вращение которой через понижающую зубчатую передачу передается диску измерителя скорости с установленными на нем кулачками выключения маршевого двигателя. По мере нарастания скорости полета ракеты происходит постепенный поворот диска измерителя скорости, и при достижении ракетой заданной скорости диск повернется на угол, при котором расположенные на нем кулачки вызовут срабатывание контактов выключателя двигателя ракеты. Угловое положение срабатывания контактов задается перед полетом посредством поворота диска задатчика скорости с помощью ручки установки требуемой скорости. Диски задатчика и измерителя скорости являются составными частями сравнивающего узла.

В ряде случаев кроме измерения скорости полета ракеты требуется управление этой скоростью. В схемах управления скоростью используются датчики регулятора скорости (ДРС). Конструкция ДРС во многом схожа с конструкцией рассмотренного выше гироинтегратора. Отличие заключается в том, что вместо устройства сравнения, состоящего из неподвижного диска задатчика скорости, устанавливается непрерывно вращающийся диск из диэлектрического материала с двумя напыленными на него токопроводящими площадками. Площадки имеют форму секторов и изолированы друг от друга. Диск приводится во вращение от специального двигателя. Скорость вращения диска постоянна и выбирается в зависимости от требуемой скорости полета ракеты.

На оси вращения наружной рамки гироскопа установлены три контакта: один общий и два информационных. Вращение контактов происходит одновременно, при этом они скользят по диску. В случае совпадения измеряемой скорости полета ракеты с заданной скоростью диск и контакты вращаются синхронно. При этом положение контактов таково, что они находятся на изолированных участках диска и не замыкаются между собой через токопроводящие площадки. Когда скорость полета ракеты отклоняется от заданной (увеличивается или уменьшается), пропорционально изменяется скорость прецессии гироскопа и скорость вращения контактов (соответственно увеличивается или уменьшается). И при увеличении и при уменьшении скорости вращения контактов происходит их смещение относительно диска. В первом случае они опережают диск, а во втором - отстают.

Смещение контактов происходит до тех пор, пока общий контакт и один из информационных не замкнутся между собой через площадку диска, соответствующую знаку изменения скорости полета. Замыкание контактов приводит к срабатыванию устройства, управляющего работой системы подачи компонентов топлива в двигатель ракеты, что вызывает необходимые изменения тяги двигателя.

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2016. Том 2

Схема лабораторной установки

На рисунке приведена схема разрабатываемой лабораторной установки.

Лабораторная установка включает в себя исследуемый датчик регулятора скорости (ДРС), генератор программных импульсов питания шагового электродвигателя, вращающего диск устройства сравнения, источник переменного тока для питания гироскопа, источник постоянного тока для питания исполнительных устройств гироинтегратора. Выходной сигнал ДРС подается на измерительные и регистрирующие приборы (вольтметр, осциллограф, самописец).

Критериями правильной организации лабораторного занятия являются: наличие методических указаний или другой литературы по проведению лабораторной работы; наличие и подготовка исследуемого прибора, источников питания и прочего оборудования, необходимого для сборки установки. Предлагаемая схема лабораторной установки разрабатывалась исходя наличествующего на кафедре САУ оборудования и поэтому может быть реализована практически.

Библиографические ссылки

1. Федеральный государственный стандарт высшего образования по направлению подготовки 161100 Системы управления движением и навигация (квалификация (степень) «бакалавр»). Утв. приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 29 марта 2010 № 229 [Электронный ресурс]. URL: http://www.edu.ru/db/cgi-bin/portal/spe/spe_new_list. plx?substr=161100&st=all& qual=0 (дата обращения: 10.04.2016).

2. Федеральный государственный стандарт высшего образования по направлению подготовки (специальности) 161101 Системы управления летательными аппаратами (квалификация (степень) «специалист»). Утв. приказом Министерства образования и науки Российской Федерации 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: 10.04.2016).

3. Федеральный государственный стандарт высшего образования по направлению подготовки 24.04.02 Системы управления летательными аппаратами (уровень магистратуры). Утв. приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 6 марта 2015 г. № 166 [Электронный ресурс]. URL: http://base.consultant.ru/cons/cgi/online.cgi?base=LAW;frame=1;n=177319;req=doc (дата обращения: 10.04.2016).

4. Энциклопедия техники. Автоматическое управление летательным аппаратом [Электронный ресурс]. URL: http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_tech/1536/%D0%90%D0%B2%D1%82%D0%BE%D0% BC%D0%B0%D 1 %82%D0%B8%D 1 %87%D0%B5%D 1 %81 %D0%BA%D0%BE%D0%B5 (дата обращения: 18.04.2016).

5. Техническая кибернетика. Устройства и элементы систем автоматического регулирования и управления. Кн. 1. Измерительные устройства, преобразующие элементы и устройства / Л. Е. Андреева, Е. В. Арменский, А. А. Ахметжанов и др. ; под ред. В. В. Солодовникова. М. : Машиностроение, 1973. С. 289-290.

6. Феодосьев В. И. Основы техники ракетного полета. М. : Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1979. С.378-381.

© Алдаев С. А., Наконечная Н. С., 2016