Введение.

Успешное выполнение программы полета беспилотного управляемого летательного аппарата (БУЛА) во многом зависит от точности и надежности функционирования системы автоматического управления. Одним из наиболее важных элементов таких систем является исполнительные мехатронные модули, предназначенные для создания управляющих усилий, обеспечивающих движение летательного аппарата по заданной траектории – рулевые приводы систем управления движением БУЛА. Развитие и совершенствование БУЛА, расширение круга задач, решаемых в процессе полета, и ужесточение требований к характеристикам привело к созданию различных схем построения таких модулей.

При выборе типа и определении параметров системы рулевого привода БУЛА обычно исходят из двух способов управления: аэродинамического и газодинамического. В системах управления, реализующих первый способ, управляющее усилие создается за счет активного воздействия на аэродинамические рули скоростного напора набегающего потока воздуха. Рулевые приводы предназначены для преобразования электрических сигналов управления в механическое перемещение аэродинамических рулей, жестко связанных с подвижными частями исполнительных двигателей приводов.

Исполнительный двигатель преодолевает действующие на рули шарнирные нагрузки, обеспечивая необходимую скорость и необходимое ускорение при отработке заданных входных сигналов с требуемой динамической точностью.

К системам управления, реализующим второй способ, относятся:

• автономные газореактивные системы автоматического управления;

• системы управления вектором тяги (СУВТ).

В настоящее время для первого способа управления широко применяются устройства, в которых в качестве источника энергии используется газ высокого давления. К данному классу устройств, например, можно отнести:

• системы рулевых приводов с газобаллонными источниками сжатого воздуха или воздушно-газовой смеси;

• системы с пороховыми аккумуляторами давления или с другими источниками рабочего тела, являющегося продуктом предварительной газификации твердых и жидких веществ.

Такие системы обладают высокими динамическими характеристиками. Отмеченное достоинство вызывает к таким системам рулевых приводов большой интерес со стороны разработчиков и делают их важными объектами теоретического и экспериментального исследования.

Создание высокотехнологичных рулевых приводов систем управления БУЛА традиционно связано с поиском новых схемных и конструктивных решений. Особым, радикальным решением проблемы создания высокотехнологичных рулевых приводов явилось использование для управления энергии, обтекающего ракету воздушного потока. Это привело к созданию нового, особого класса исполнительных устройств – воздушно-динамических рулевых приводов (ВДРП), использующих в качестве первичного источника энергии, энергию набегающего потока газа, т.е. кинетическую энергию БУЛА.

В основу данного технического решения положен процесс трансформации энергии двигательной установки, сообщающей ракете кинетическую энергию движения. Использование энергии обтекающего летательного аппарата потока воздуха для привода рулей позволило исключить из его состава бортовой источник питания, составляющий от 20 до 40% трудоемкости привода и занимающий в других видах приводов значительную часть объема и массы, пропорциональных требуемому времени функционирования привода.

Настоящее пособие посвящено вопросам устройства, применения и методам исследования и проектирования исполнительных мехатронных модулей систем управления малогабаритных БУЛА. В нем отражены сведения, которые в первую очередь могут быть полезными для студентов специальностей «Мехатроника» и «Системы автоматического управления летательными аппаратами».

Вопросам математического моделирования, проектирования и испытаний исполнительных мехатронных модулей систем управления БУЛА посвящены работы М.А. Мамонтова[1], Б.М. Подчуфарова[2], А.Г. Шипунова[3], Е.Е. Шорникова[4], Е.В. Герц, и Г.В. Крейнина[5],, С.В. Костина, Б.И. Петрова В.И. и Н.С. Гамынина[6], Чекмазова[7], В.А. Чащина, В.В. Саяпина, В.И. Толмачева, А.Б. Кондратьева и др.[8].