УСТРОЙСТВО ПРИВОДОВ И КОНСТРУКЦИЯ МЕХАНИЗМОВ УПРАВЛЕНИЯ ЛА

Лекция 10
1. Принципиальная схема силовых приводов ЛА и основные требования к ним.
2. Пневматический силовой привод.
2.1. Привод с воздушным аккумулятором давления.
2.2. Привод с пороховым аккумулятором давления.
3. Гидравлический привод.
4. Электромеханический силовой привод.
5. Электромагнитный силовой привод.
6. Механизмы управления.
6.1. Силовая проводка.
6.2. Дифференциальный механизм.
6.3. Механизмы изменения передаточного числа.
Лекция 10

1. Принципиальная схема силовых приводов и основные требования к ним.
Аэродинамические и газодинамические органы управления создают управляющие моменты при помощи силовых приводов, принципиальная схема которых приведена на рис. 1.
Рис. 1 Принципиальная схема силового привода:
Uy– сигнал от системы управления; 1 – усилитель-преобразователь; 2 – ис¬точник энергии; 3 – приводной двигатель; 4 – механизм управления; 5 – руль; б – жесткая обратная связь.

В конструкциях ЛА часто усилитель-преобразователь и приводной двига¬тель выполняются в виде единого агрегата – рулевой машины (РМ), тип кото¬рой определяется источником энергии. Различают пневматические, гидравли¬ческие электромеханические и электромагнитные привода и соответственно рулевые машинки.
Механизмы управления могут быть расположены в одном отсеке корпуса или рассредоточены по ЛА. Жесткая обратная связь дает информацию о зна¬чении угла отклонения органа управления или шарнирного момента.
Приводы ЛА должны обеспечивать:
– требуемое быстродействие и точность в зависимости от класса аппарата (для баллистических ракет скорость поворота органа управления обычно не превышает 50 0/с, для ЛА «воздух-воздух», «земля-воздух» обычно требуется угловая скорость в 10 раз больше);
– надежную работу в заданных внешних условиях с достаточно малыми ста¬тическими и динамическими ошибками;
– простоту и удобство в эксплуатации.
Рассмотрим особенности различных типов приводов.

2. Пневматический силовой привод.
Данный тип привода может быть выполнен в двух основных вариантах: с воздушным аккумулятором давления (ВАД) и пороховым (ПАД).

2.1. Привод с воздушным аккумулятором давления.
На рис. 2 приведена примерная схема привода, работающего на сжатом газе, находящимся в ВАД под давлением (250…400)•105 Па. По сигналу сис¬темы управления Uy сжатый воздух через редуктор 2, понижающий давление до (10…20)•1О5 Па, через распределительное устройство 3 поступает в левую или правую часть РМ. С потенциометра 6 снимается сигнал обратной связи U0.
Конструктивно пневматические РМ выполняются со струйной трубкой (рис. 5) и в виде двухполостного цилиндра (рис. 3). Широкое применение этих РМ на ЛА обусловлено их простотой, малыми габаритными размерами, срав¬нительно небольшой массой и приемлемой надежностью.
В то же время к недостаткам этих РМ следует отнести довольно большой постоянный расход воздуха, который стравливается в атмосферу, и сложность получения больших управляющих усилий.

2.2. Привод с пороховым аккумулятором давления.
Приводы, работающие на горячем газе от порохового аккумулятора давле¬ния (ПАД), используют, в основном, твердое топливо и по принципу распре¬деления газового потока подразделяются на открытые и закрытые. В откры¬тых системах газ расходуется постоянно, даже при отсутствии управляющего сигнала, т. е. они работают как пневматические РМ. В закрытых приводах ре¬гулируемые отверстия открываются только в момент потребления газа, по¬этому такие системы имеют регулирование самого процесса горения твердого топлива, вплоть до гашения и повторных запусков. На ЛА, в основном, ис¬пользуются открытые приводы, которые надежнее и конструктивно значи¬тельно проще закрытых, несмотря на большую экономичность и меньшую массу последних. На рис. 5 приведена конструктивная схема привода на горя¬чем газе. В этой схеме по сигналу управляющие обмотки 8 открывают кла¬паны 10 на различную величину, в результате чего создается разность давле¬ний в верхнем и нижнем цилиндрах (р1 – р2). За счет этого появляется момент поворачивающий руль на угол.
М=М1– М2 (1)
В качестве твердого топлива используются нитроглицериновые и перхло¬ратные пороха, горящие с торца со скоростью 3,8…7,6 мм/с при давлении (35…100)•105 Па, при этом температура может достигать 370…1100 0С. При большом потребном времени работы привода (несколько минут) шашка для более компактного расположения в корпусе может быть выполнена в виде змеевика, спирали или пакета из цилиндрических шашек, расположенных па¬раллельно с последовательным воспламенением. При этом для понижения температуры газового потока его пропускают через пористую пластину, кото¬рая аблируя, охлаждает газ.
Основные достоинства приводов с ПАД – небольшая масса, высокая надежность и возможность длительного хранения в готовом для работы состоянии. Недостаток, который присущ всем пневматическим РМ,– некоторая зависимость работы от температуры окружающей среды, влияющей на значение давления в полости РМ.

3. Гидравлический привод.
В последнее время все шире на ЛА используются гидравлические при¬воды, которые могут быть открытого и замкнутого типа. В качестве рабочей жидкости применяются различные минеральные масла, сохраняющие требуе¬мые свойства в достаточно широком диапазоне температур – 60…250 0С. От¬крытые приводы, в которых использованная жидкость сбрасывается за борт ЛА, применяются при малой продолжительности полета. Схемы замкнутого типа пригодны при любой длительности полета, хотя конструктивно они сложнее. Одна из возможных схем показана на рис. 6. Гидронасосы 2 – обычно шестеренчатого типа – вращаются турбиной или электродвигателем с частотой 2000…2500 об/мин и создают рабочее давление в системе (100…200)•105 Па. При времени полета до 1 мин обычно применяют турбину, раскручиваемую горячим газом от ПАД; при большей продолжительности по¬лета целесообразнее использовать электропривод, особенно, если основным двигателем является ВРД, к которому присоединяется электрогенератор. Для поддержания постоянного давления в системе предусмотрены гидроаккумуля¬тор 3 и сбросовый кран 4.
Гидравлические РМ могут быть выполнены в виде силового цилиндра (см. рис. 7.а), сектора (рис. 7.б) или с использованием кривошипно-шатунного ме¬ханизма (рис. 7.в).
Гидравлические РМ более точны, чем газовые, практически безынерци¬онны, т. е. обеспечивают высокое быстродействие. Масса гидравлических РМ, используемых для привода поворотного крыла, также значительно меньше га¬зовых РМ. В то же время гидроприводы требуют двух источников энергии, потому сложнее и дороже, чем другие типы, кроме того, рабочие жидкости имеют определенный срок хранения в системе из-за их химического разложе¬ния.

4. Электромеханический привод.
Электромеханические приводы, состоящие из электродвигателя и редуктора, нашли применение на ЛА с большой продолжительностью полета. Электродвигатели могут быть двух типов: с переменным по знаку вращением ротора и с постоянным. Первые не нашли широкого применения из-за того, что при реверсировании двигателя возникают значительные силы инерции, что вызывает запаздывание в отклонении органов управления.
У электродвигателей с постоянной угловой скоростью ротора этот недос¬таток отсутствует, и для изменения угла отклонения органа управления ис¬пользуют электромагнитные муфты – фрикционные, магнитопорошковые и гистерезисные. На рис. 8 приведена схема электромеханического привода с магнитопорошковыми муфтами, ведомые части которых 2, 8 выполнены в виде тонкостенных полых цилиндров, имеющих малый момент инерции. По сигналу Uy, системы управления реле 1 включает муфту 2 или 8 в работу для получения нужного отклонения руля. Так как у ротора двигателя 4 большой момент инерции, то данный привод имеет хорошие характеристики в пере¬ходных режимах, обеспечивает высокое быстродействие, точность и обладает достаточной надежностью и удовлетворительными весовыми характеристи¬ками.

5. Электромагнитный силовой привод.
Электромагнитные рулевые машинки просты по устройству, потребляют немного энергии, надежны в работе. Их недостаток – малая мощность. По¬этому они применяются в основном для привода интерцепторов, шарнирные моменты которых очень малы.
Возможная схема электромагнитной рулевой машинки, для интерцептора, работающего в вибрационном режиме, приведена на рис. 9. Машинка имеет два соленоида 1 и 2.
Включением соленоидов управляет реле 3 с двумя обмотками W1 и W2. К обмотке W1 подводится сигнал Uc, системы управления, а к обмотке напряже¬ние Uл, изменяющееся по пилообразному закону. Контакты реле переключа¬ются всякий раз, когда суммарные ампер-витки АW = АWc+AWл изменяют знак. При Uc=0 (АWc=0) время пребывания контакта реле в верхнем и ниж¬нем положениях будет одинаковым, следовательно, длительность импульса тока I1, протекающего через обмотку соленоида 1, будет равна длительности им¬пульса тока I2 соленоида 2. При срабатывании соленоида 1 интерцептор 4 от¬клонится вверх; при срабатывании второго соленоида – вниз. Поскольку ин¬терцептор будет находиться в верхнем и нижнем положениях одинаковое время, средний управляющий момент, создаваемый отклонениями интерцеп¬тора, будет равен нулю.
При наличии сигнального напряжения Uc как показано на рис. 10, пере¬ключение контактов произойдет не в точках 1, а в точках 2, и интерцептор бу¬дет находиться в верхнем положении время t2, а в нижнем t1>t2. В результате средний момент интерцептора будет направлен на пикирование.
Если знак при Uc, изменится, то t1Возможно также непрерывное включение интерцепторов. В этом случае электромагнит имеет один якорь, связанный с рычагом интерцептора, и две обмотки. При включении напряжения на ту или иную обмотку якорь переме¬щается в крайнее положение. Направление перемещения якоря, а следова¬тельно, и интерцептора зависит от знака сигнала системы управления. Таким образом, величина управляющего момента будет всегда одинакова, но интер¬цептор в отклоненном положении будет задерживаться то время, которое не¬обходимо для соответствующего поворота летательного аппарата. Такой ре¬жим работы интерцепторов часто называют режимом «да–нет».

6. Механизмы управления.
Рассмотрим устройство и конструкцию следующего элемента приводов– механизмов управления (МУ), которые предназначены для передачи энергии от РМ к органам управления и должны обеспечивать: управление под дейст¬вием РМ при возможных деформациях конструкции ЛА; независимость дей¬ствия различных каналов управления.
Конструкция МУ должна иметь минимальную длину коммуникаций, ми¬нимальные зазоры и силы трения в местах соединения звеньев, так как эти ха¬рактеристики влияют на эффективность ЛА. В состав МУ входят: силовая проводка, механизмы дифференциального уравнения, изменения передаточ¬ного числа автопилота, стопорения рулей и другие устройства.

6.1. Силовая проводка.
Конструкция с силовой проводки может быть гибкой, выполняемой с по¬мощью тросов, жесткой, состоящей из качалок, тяг, валов, рычагов, и смешан¬ной. Длина силовой проводки существенно зависит от геометрических разме¬ров ЛА и его внутренней компоновки. Обычно стремятся уменьшить длину коммуникаций за счет размещения РМ в непосредственной близости к органу управления (рис. 11).
Гибкая проводка применяется на ЛА небольших размеров и малой манев¬ренности, т. е. при небольших управляющих силах. Масса такой проводки – небольшая, однако тросы пружинят и вследствие их упругой деформации по¬являются подобия люфтов.
Жесткая проводка обеспечивает возвратно-поступательное движение тяг или вращение валов. При этом может применяться большое число подвижных соединений, приводящих к люфтам. В смешанной проводке используется комбинация гибкой и жесткой.
Рассмотрим характеристики жесткой проводки.
Валы выполняются в виде полых труб, к которым сваркой или при помощи штифт-болтовых соединений прикрепляются рычаги. Рычаги – звенья кинема¬тической цепи, к которым присоединяются тяги или непосредственно РМ. Валы работают на кручение, рычаги – на изгиб…..

Скачать полную версию работы

СКАЧАТЬ работу l-raketostroenie/lekcii_raketostroenie_10.rar