Расчёт и проектирование замкнутой системы воздушно-динамического рулевого привода летательного (стр. 2 из 10)

4) по типу исполнительного двигателя:

- одностороннего и двух стороннего действия;

- полуоткрытого и закрытого типа;

5) по типу распределительного устройства:

- поворотный золотник на входе, на выходе, на входе и выходе одновременно;

- струйная трубка;

- клапанное распределительное устройство на входе, выходе, входе и выходе одновременно.

1.2 Обоснование выбора типа привода

Рулевой привод предназначен для преобразования электрических сигналов, поступающих с наземной аппаратуры управления, в соответствующие угловые отклонения аэродинамических рулей, управляющих полетом летательных аппаратов.

При сравнении характеристик различных типов и схем рулевых приводов отмечено, что при заданных шарнирных нагрузках и требуемых динамических характеристиках целесообразно для обеспечения минимальных габаритов и массы летательного аппарата применение пропорционального рулевого привода, использующего в качестве рабочего тела скоростной напор встречного потока воздуха.

В этом случае исчезает необходимость размещения специального источника питания.

Для малогабаритных управляемых ракетных снарядов наиболее часто проектируются воздушно-динамические рулевые привода, обладающие рядом преимуществ:

· независимость массы и объёма рулевого привода от времени работы, так как отсутствует специальный источник питания;

· соответствие потребного и развиваемого момента рулевого привода;

· соответствие потребной и развиваемой скорости;

· практически постоянство фазового сдвига на частоте вращения ракеты вследствие эквивалентности скорости привода и скорости ракеты по крену, движущего момента и момента шарнирной нагрузки;

· применение в конструкции недефицитных материалов вследствие низких давлений и температур рабочего тела.

Для сравнения характеристик различных типов приводов приведём следующую таблицу:

Таблица 1.1 Сравнительная характеристика различных типов приводов

Скорость ЛА
Тип рулевого привода	ВДРП с сил. сист. открытого типа	электромагнитный	ВДРП с сил. сист. закрытого типа	на горячем газе	на сжатом газе
Тип бортового источника питания	-	электрическая батарея	-	ПАД	Баллон со сжатым гелием
Объём привода с источником питания,	97	240	250	1000	800
Масса привода с ист. питания, кг	0.12	0.55	0.28	1.00	1.00
Трудоёмкость изготовления,	5	24	17	74	-
Наиб. момент нагрузки,	0.002	0.001	0.099	0.120	0.050
Наибольший развиваемый момент,	0.005	0.06	0.110	0.25	0.200
Диапазон изменения ФЧХ, град.	3	10-20	10-15	10-30	10-20

Анализ данных таблицы показывает, что ВДРП значительно превосходят по своим характеристикам рулевые приводы отечественных и зарубежных ЛА.

ВДРП управляемого ЛА с дозвуковыми скоростями полета по сравнению с электромагнитными рулевыми приводами ЛА имеет в 2.5 раза меньший объем, в 5 раз меньшую трудоемкость изготовления.

Рулевой привод ЛА с транс- и сверхзвуковыми скоростями полета по сравнению с рулевыми приводами отечественных ЛА и американского ЛА ТОУ имеет в 3-4 раза меньшую массу, в 4 раза меньшую трудоемкость изготовления.

1.3 Технические требования к рулевому приводу

Рулевой привод (РП) одноканальный. Рули складываются внутрь отсека. Пиротехническая задержка раскрытия рулей в течение

Зависимость отклонения рулей от входного сигнала – пропорциональная.

РП работает от скоростного напора воздуха. Зависимость избыточного давления P_и на входе воздухозаборника от времени при различных температурах окружающей среды представлена на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Зависимость избыточного давления P_и на входе воздухозаборника от времени t.

РП должен быть работоспособным при:

·

·числах Маха

(рис. 1.2)

·частотах вращения от 4 до 13 Гц (рис. 1.3)

Рис. 1.2 Зависимость избыточного давления от значений числа Маха

Рис. 1.3 Зависимость частоты вращения ракеты от времени t

шарнирных моментах, представленных на рис. 1.4

Рис. 1.4 Зависимость момента шарнирной нагрузки M_ш от времени t

Изменение фазового сдвига с учётом частот вращения должно соответствовать значениям

Максимальный угол отклонения рулей должен быть ±15°.

1.4 Математическое описание функционирования воздушно-динамического привода

Состояние физического тела (однородного газа) в некотором проточном объеме

в каждый момент времени характеризуется совокупностью следующих параметров:

· давление

;

· удельный вес

;

· тепература

.

Для этого газа, полагая его идеальным, справедливо уравнение состояния:

Из этого уравнения следует, что независимых величин, характеризующих состояние газа в проточной полости, две. В термодинамике для их определения используется два закона:

· закон сохранения энергии;

· закон сохранения массы.

Принимаем допущение о том, что параметры газа являются медленно меняющимися по сравнению с изменением сигналов управления. Это позволяет разбить уравнение нелинейной нестационарной модели привода на две группы уравнений:

· уравнения с медленно меняющимися координатами;

· уравнения с быстро меняющимися координатами.

Расчет газодинамической системы привода по системе нелинейных алгебраических уравнений построен на основе схемы замещения (рис. 1.5).

Рис. 1.5 Схема замещения силовой системы

При разработке РП применяется система математических моделей:

а) нелинейная, используемая для расчета динамических характеристик РП;

б) модель параметрической идентификации, используемая для расчета конструктивных параметров исполнительного двигателя.

Нелинейная математическая модель получена на основе законов сохранения массы и энергии и включает в себя следующие уравнения:

· для полости ресивера:

· для рабочих полостей (i=1,2):

· для полости отсека:

Законы сохранения массы можно записать в следующем виде:

· для полости ресивера:

· для рабочих полостей (i=1,2):

;

· для полости отсека

Удельный приход (расход) энергии находим по следующим зависимостям:

;

Массовый секундный приход (расход) газа в рабочей полости определяется по формулам:

;

;

;

;

.

Функции режима течения определяются по формулам:

при ;

при .

при ;