книги из ГПНТБ / Карпухин А.В. Приборы систем управления ракет учебное пособие

3

ВВЕДЕНИЕ

Успешное выполнение полетных заданий баллистических ракет, космических аппаратов, самолетов невозможно без точных и на­ дежных навигационных систем, к которым за последнее время предъявляются весьма высокие требования. Если первоначально задачей навигации являлось обеспечение перемещения какого-либо объекта из одного пункта Земли в другой за длительный промежу­ ток времени, то в настоящее время задачи навигации неразрывно связаны с управлением движением объектов, скорость которых в ряде случаев превышает скорость звука и движение происходит не только в пределах атмосферы, но и вне ее.

Большая сложность управления ракетой, важность задач, ре­ шение которых достигается в результате пуска ракеты, необхо­ димость высокой точности вывода ракеты или ее головной части (боевого заряда) в район цели и ограниченное время полета при­ вели к автоматизации процесса управления. Приборы и устройства, с помощью которых осуществляется навигация и автоматическое управление полетом ракеты, составляют единый комплекс прибо­ ров, называемый системой управления. По принципу действия, ап­ паратурному составу и связи с наземным оборудованием системы управления могут быть различными. Требования, предъявляемые к ним, определяются назначением ракеты, ее тактико-технически­ ми данными. Наиболее существенными являются требования авто­

номности (отсутствие связи бортовой аппаратуры с наземным обо­ рудованием), а также помехозащищенности и скрытности работы системы управления.

Инерциальные системы управления более полно отвечают этим требованиям, вследствие чего они получили широкое применение на различных типах баллистических ракет. Работа инерциальных систем управления и навигации основана на использовании основ­

k

ных законов классической механики. Принцип их работы заключа­ ется в измерении ускорения движения и последующем его интегри­ ровании с помощью различных технических средств с целью опре­ деления скорости движения ракеты и ее координат. Приборы, из­ меряющие ускорение, называют акселерометрами.

Законы классической механики строго справедливы в инерци­ альной, неподвижной в мировом пространстве, системе координат. Поэтому акселерометры, регистрирующие ускорения движения,уста­ навливаются на гироскопических приборах, свободных трехстепен­ ных гироскопах или гиростабилизаторах, которые материально вос­ производят на борту ракеты инерциальную систему координат.

Хотя принцип инерциальной навигации был известен еще со времен Ньютона, проектирование и производство инерциальных си­ стем началось сравнительно недавно, около 15 лет тому назад, и стало возможным только благодаря созданию высокоточных ги­ роприборов и акселерометров, которые являются чувствительными элементами инерциальных систем управления. Поэтому совершен­ ствование таких систем, практически пригодных для использова­

ния на всех видах летательных аппаратов (ЛА), связано в первую очередь с повышением точности и надежности гироскопических приборов и акселерометров.

Кроме приборов, непосредственно участвующих в решении за­ дач навигации и управления, в состав системы управления входят многочисленные приборы и устройства, обеспечивающие контроль работы и управления режимом двигательной установки, определен­ ный температурный режим отдельных частей, приборов и агрегатов ракеты, контроль различных газовых и топливных коммуникаций и состояния как частей конструкции ракеты, так и ее отдельных систем и узлов. Эти задачи выполняются различными измеритель­ ными приборами - датчиками, которые в ряде случаев входят в состав замкнутых автоматических систем регулирования. К числу таких приборов относятся датчики давления, термометры и систе­

5

Р а з д е л I . ГИРОСКОПИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

Г л а в а I

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ

§ 1 . 1 . ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ДВИЖЕНИИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Под механическим движением понимают происходящее с течени­ ем времени изменение положения материальных тел относительно

стемы, состоящей иа жестко связанных материальных точек. В ме­ ханике, как правило, рассматривают движение абсолютно твердого тела, под которым понимают тело, расстояния между частицами которого при всех условиях остаются постоянными.

Механическое движение любого тела можно наблюдать и изучать лишь по отношению к каким-либо другим телам. Система координат,

Пространственная линия, которую описывает какая-либо точка тела, например центр тяжести, при его движении, называется траекторией точки. По виду траектории или по направлению дви­ жения различают прямолинейное и криволинейное движение. Движе­ ние считается прямолинейным, если траектория является прямой' линией, и криволинейным, когда траектория - кривая линия, что свидетельствует о непостоянном направлении движения.

6

Движение одного и того же тела относительно рааных систем отсчета может быть различным. Понятия идвижение" и „покой" от­

нет и абсолютно неподвижных систем отсчета. В технической прак­

тике, однако, очень часто за неподвижную систему отсчета условно при­ нимают систему координат, связанную с Землей, и движение тел по отношению к ней считают абсолютным.

Твердое тело может совершать простейшее движение или уча­ ствовать в сложном движении. Простейшими видами движения твер­ дого тела являются поступательное движение и вращательное дви­ жение.

Поступательным движением называют такое движение твердого тела, при котором все его точки движутся по одинаковым и па­ раллельно расположенным траекториям; при этом всякая прямая, проведенная между двумя точками тела, не меняет своего направ­ ления и остается параллельной сама себе во все время движения. Вследствие того что все точки твердого тела движутся по одина­ ковым траекториям, перемещения всех точек тела геометрически равны между собой. Значит, для определения движения твердого тела, движущегося поступательно, достаточно рассмотреть дви­ жение только одной его точки. Примером поступательного дви­

8

При непостоянной скорости движение называется неравномер­ ным или переменным. Переменное движение характеризуется лилей­ ным ускорением движения W , которое равно изменению скорости за единицу вре'мени, т .е .

где л V - величина изменения скорости за время л t . Ускорение также является вектором, который направлен по

линии действия вектора скорости. Различают ускорение положи­ тельное, когда скорость движения увеличивается (вектор уско­ рения направлен в ту же сторону, что и вектор скорости), и от­ рицательное (замедление), когда скорость движения уменьшается.

Примерами движения с линейным ускорением являются разгон и остановка автомобиля, взлет и посадка самолета, полет ракеты на активном участке, свободное падение тела, разбег человека при прыжке и т .д . Начало каждого движения любого тела всегда происходит с ускорением, так как скорость движения не может мгновенно достичь своего определенного значения или мгновенно измениться от какой-то конечной величины до нуля.

Одним из частных случаев переменного движения является равнопеременное движение, при котором скорость за одинаковые промежутки времени изменяется на одну и ту же величину, т .е .

9

Скорости и ускорения всех точек тела при поступательном движении в любой момент времени равны по величине и одинаково направлены.

Вращательным движением твердого тела вокруг неподвижной оси называют такое движение, при котором любая точка тела на­ ходится на неизменном расстоянии от оси вращения.

Твердое тело в общем случае может совершать сложное дви­ жение, т .е . одновременно участвовать в нескольких поступатель­ ных и вращательных движениях. Число независимых параметров, при задании которых однозначно определяется вид движения и по­ ложение твердого тела в пространстве, называется числом степе­ ней свободы. Условия, ограничивающие свободу движения тела, называются связями. Наложение связи уменьшает число степеней свободы и определяет характер движения твердого тела.

Связи осуществляются, как правило, различными твердыми, а также гибкими телами, которые таким или иным образом связаны с рассматриваемым телом и вследствие этого ограничивают свобо­ ду его перемещения. Сила, с которой тело, реализующее связь,

действием) этой связи и обозначается R . Реакция свяаи суще­ ствует тогда и только тогда, когда данное тело действует на тела, осуществляющие связь. При прекращении такого действия перестают действовать и реакции.

Мысленно через каждое твердое тело можно провести три вза­ имно перпендикулярные оси, начало которых обычно совмещают с центром тяжести (центром масс) тела. Это так называемые с в я -