книги / Системы управления летательными аппаратами и их силовыми установками

- по каналу б через редукционный клапан 2, служащий для по­ нижения и стабилизации давления жидкости, на вход первого каска­ да гидроусилителя.

Первый каскад гидроусилителя представляет собой гидравли­ ческий мост, состоящий из дросселей 5 (постоянные гидравлические сопротивления) и сопел 4 (переменные гидравлические сопротивле­ ния), сопротивления истечению жидкости которых изменяются при перемещении заслонки 5 преобразователя сигналов 6. Преобразова­ тель сигналов 6 представляет собой поляризованный электромагнит с пропорциональным угловым перемещением якоря и устойчивым средним положением.

Входным сигналом для первого каскада усиления является пе­ ремещение заслонки 5. Перепад давлений в диагонали гидромоста (полости А и Б) - это выходной сигнал данного каскада. Узел рас­ пределительного золотника 7 представляет собой второй каскад уси­ ления.

При отсутствии управляющего сигнала, подаваемого в обмотку преобразователя сигналов 6, заслонка 5 одинаково перекрывает со­ пла 4. Вследствие этого гидравлические сопротивления в соответст­ вующих плечах моста одинаковы и мост сбалансирован, а следова­ тельно, одинаковы давления в полостях А и Б распределительного золотника. Золотник находится в среднем положении, дроссельные щели одинаково открыты. В результате перемещение поршня рабо­ чего цилиндра не происходит.

При поступлении электрического сигнала на преобразователь сигналов заслонка 5, перемещаясь, прикрывает одно из сопел 4

иприоткрывает другое.

Врезультате изменения сопротивлений истечению жидкости гидравлический мост разбалансируется, при этом в полостях А и Б устанавливается неодинаковое давление. Под воздействием разности этих давлений распределительный золотник перемещается. Дрос­ сельные щели оказываются перекрытыми неодинаково. Вследствие этого появляется разность давлений жидкости в полостях рабочего цилиндра гидроусилителя. Гидродвигатель преобразует разность

вается в каналы I. Далее через дроссельные отверстия 2 жидкость поступает обратно в резервуар с маслом и параллельно в полости ра­ бочего цилиндра (РЦ), где находится поршень 5, связанный через рычаг 6 с выходным валом 7.

Входной сигнал поступает на узел управления (УУ), пред­ ставляющий собой поляризованный электромагнит, якорь которого 3 механически связан с поршеньками золотникового механизма 4. При отсутствии входного сигнала якорь УУ находится в исходном поло­ жении, и поршеньки перекрывают отверстия 2 в одинаковой степени. Давление в полостях рабочего цилиндра одинаково, и поршень 5 на­ ходится в исходном положении.

При подаче исходного сигнала определенной величины и по­ лярности якорь УУ отклоняется на определенный угол. Пропорцио­ нальность угла поворота якоря входному сигналу обеспечивается специальной пружиной, создающей противодействующий момент (на рисунке пружина не показана). Одно из дроссельных отверстий 2 приоткрывается, другое - призакрывается. Неравномерное перекры­ тие дроссельных отверстий приводит к перераспределению гидрав­ лических сопротивлений, что, в свою очередь, создает определенный перепад давлений в полостях рабочего цилиндра. Под воздействием этого перепада давлений поршень рабочего цилиндра 5 перемещает­ ся, поворачивая через рычаг 6 выходной вал 7.

Достоинство рулевых машин с автономным источником рабоче­ го тела - отсутствие внешнего источника рабочего тела, сравнитель­ но небольшой вес и габариты.

Недостатки: меньшие, чем у РМ с внешним источником рабо­ чего тела, развиваемые силы и моменты, необходимость наличия на борту достаточно мощного источника электроэнергии для питания электродвигателей насосов.

Данные рулевые машины нашли широкое применение преиму­ щественно в системах стабилизации вторых ступеней ЛА.

Электрические рулевые машины. Основными элементами электрической рулевой машины являются электродвигатель, редук­ тор и в ряде случаев электромагнитная муфта сцепления, обеспечи­

вающая реверс. При отсутствии муфты в состав рулевой машины входят два электродвигателя, вращающие выходной вал в разные стороны.

Особенностью электрической РМ является то, что для управ­ ления ее работой используется сигнал ШИМ либо релейный сигнал, т.е. сигналы, полезная информация в которых содержится в длитель­ ности импульсов.

Достоинства электрических РМ: простота конструкции, удоб­ ство в эксплуатации.

Недостатки: сравнительно малые моменты, развиваемые на валу при равных габаритах и весе с электрогидравлическими РМ.

Применяются электрические РМ на вторых ступенях ракет, где для управления рулевыми органами не требуются значительные усилия.

Рулевые машины дискретного действия. В качестве рулевых машин дискретного действйя наибольшее применение находит PH с использованием шаговых двигателей (рис. 16.4). Шаговый двига­ тель (ШД) представляет собой синхронный двигатель переменного тока с асинхронным пуском. Металл, из которого выполнен ротор, обладает остаточным намагничиванием за счет наличия петли гистерезиса. Такие двигатели называются гистерезисными.

Рис. 16.4

На шаговый двигатель поступает сигнал в виде унитарного кода. ЩД воздействует на золотниковый механизм (ЗМ) гидроусилителя (ГУ), в результате чего происходит перераспределение давлений

в рабочем цилиндре (РЦ), что обусловливает перемещение выходно­ го вала РМ.

В данных рулевых машинах применяется механическая, жесткая отрицательная обратная связь (МОС).

Достоинства данных РМ: значительные развиваемые силы и моменты, хорошее быстродействие, упрощение реализации преоб­ разователя, согласующего РМ с БЦВМ, так как цифровой код преоб­ разуется в унитарный код, а не в аналоговый сигнал. Рулевые маши­ ны дискретного действия широко применяются на первых и вторых ступенях ракет.

16.3. Передаточные функции рулевых машин

Получим дифференциальное уравнение рулевой машины, а за­ тем определим передаточную функцию РМ при различных условиях. Запишем уравнение моментов РМ:

где М р - момент, развиваемый РМ;

М„ - инерционный момент;

М а - демпфирующий момент;

Мс - статический момент.

Как правило, рулевые машины работают на линейном участке моментной характеристики, поэтому можно записать, что

здесь J y - ток на выходе усилителя.

где I - приведенный к выходному валу момент инерции подвижных частей РМ и рулевых органов;

5 - угловое ускорение выходного вала РМ.

где АГДкоэффициент демпфирования;

6 - угловая скорость выходного вала РМ.

где КП1 - коэффициент статического, или, как его обычно называют, шарнирного момента РМ, зависящего от угла поворота вала РМ (5) и от силы воздействия воздушной или газовой струи на рулевой орган.

Подставив зависимости ( 16.2)—(16.5) в (16.1), получим

Рассмотрим частные случаи реализации рулевых органов.

1.Рулевые органы представляют собой газодинамические рули.

Вэтом случае основной нагрузкой на РМ является статическая на­ грузка, обусловленная шарнирным моментом. Тогда можно записать,

что Мш» Ми, т.е. можно пренебречь инерционным моментом. При учете данного допущения передаточная функция рулевой машины запишется в виде

К,рм 2рмР +^

2. Рулевые органы представляют собой камеры маршевого либо рулевого двигателя. В таком случае шарнирный момент мал и им можно пренебречь. Передаточная функция РМ запишется в виде

т.е. в этом случае рулевая машина представляет собой интегри­ рующее звено.

16.4. Передаточная функция рулевого привода

Представим структурную схему рулевого привода (рис. 16.5), используя зависимость для передаточной функции РМ вида (16.10).

На рис. 16.5 обозначено: К\ - коэффициент передачи усилителя в прямой цепи; Кг - коэффициент передачи усилителя в цепи обрат­ ной связи; Ко с - коэффициент передачи цепи обратной связи. Опре­ делим передаточную функцию рулевого привода:

T2nP2+2 T £ aP + ï

где

(16.14)

^ К ШК2К0Х

_______ 1_______

(16.16)

2^Тт Кш КгК0Л ■

Итак, рулевой привод представляет собой колебательное звено (при 4n < 1)- Как видно из зависимости (16.14), коэффициент переда­ чи РП не зависит от коэффициента передачи рулевой машины.

Зависимость (16.15) показывает, что замыкание контура привода жесткой отрицательной обратной связью приводит к уменьшению инерционности рулевого привода при выполнении условия

Из (16.17) можно определить коэффициент усиления в цепи об­ ратной связи:

^РМ^о.с^РМ

В заключение можно отметить, что обратная связь в РП реа­ лизуется с помощью датчиков обратной связи потенциометрического либо индукционного типа.