1.1. Классификация исполнительных устройств систем управления летательных аппаратов.

Для обеспечения полёта летательного аппарата (ЛА) по требуемой траектории применяется совокупность различных технических средств, представляющая собой систему управления.

По функциональному назначению входящие в систему управления ЛА устройства можно разбить на три группы (рис. 1.1):

• устройства формирования управляющего воздействия (сигнала управления);

• органы управления, которые создают управляющие ЛА усилия;

• рулевые приводы, приводящие органы управления в действие в соответствии с управляющим воздействием.

Рис. 1.1. Бортовые приборы и устройства системы управления ЛА.

В общем случае к устройствам первой группы относятся:

• гироскопические приборы, определяющие положение летательного аппарата в пространстве, величину и направление действующих на него возмущений;

• приёмники и генераторы различного вида излучений; программные устройства, задающие закон изменения управляющего сигнала в системе управления; усилители и преобразователи электрических сигналов и т.п.

Функциональное назначение и конструктивная реализация устройств этой группы существенно зависит от физических принципов, положенных в основу передачи сигнала, и вида реализуемого закона управления.

Системы рулевого привода включают следующие функциональные элементы.

1. Устройства, обеспечивающие создание силового воздействия на органы управления:

• источники питания – первичные источники энергии (источники сжатых газов и источники электрической энергии – батареи и турбогенераторные источники электрической энергии);

• исполнительные двигатели, кинематически связанные с органами управления, и элементы энергетических магистралей – например, воздушные и газовые фильтры, обратные и предохранительные клапаны, регуляторы давления газа систем с газобаллонными источниками сжатого газа, регуляторы скорости горения пороховых аккумуляторов давления, устройства забора и сброса воздуха ВДРП и т.п.

2. Функциональные элементы, которые устанавливают соответствие формируемого в системе управления управляющего сигнала и необходимого силового воздействия – преобразователи и усилители электрических сигналов, электромеханические преобразователи, различного вида датчики.

Для конкретизации областей исследования задач, стоящих при разработке рулевых приводов, в их составе выделяют силовую и управляющую системы (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Схема рулевого привода летательного аппарата

Силовая система объединяет функциональные элементы рулевого привода, которые непосредственно участвуют в преобразовании энергии источника питания в механическую работу, связанную с перемещением позиционно нагруженных органов управления. Управляющую систему составляют функциональные элементы рулевого привода, которые обеспечивают изменение регулируемой величины (координаты положения органов управления) по заданному или выработанному в процессе полета ЛА закону управления. Несмотря на несколько условный характер выделения силовой и управляющей систем, что связано с необходимостью включения ряда функциональных: элементов рулевого привода как в силовую, так и в управляющую систему, практическая полезность такого обособления заключается в возможности разнопланового представления рулевого привода при решении различных задач в процессе разработки.

В системе газового рулевого привода можно выделить следующие подсистемы:

• первичный источник энергии;

• исполнительный двигатель;

• газораспределительное устройство с управляющим электромеханическим преобразователем;

• электрическая управляющая система – усилители, корректирующие устройства, генераторы вынуждающих колебаний и т.п.;

• первичные преобразователи – датчики линейных и угловых перемещений подвижных частей механических подсистем.

Для классификации систем газовых рулевых приводов, в общем случае, могут быть использованы следующие классификационные признаки:

• тип силовой системы, т.е. тип первичного источника энергии;

• принцип управления аэродинамическими рулями;

• тип контура управления для устройств с пропорциональным движением рулевых органов;

• тип исполнительного двигателя;

• тип распределительного устройства и управляющего электромеханического преобразователя.

По типу силовой системы газовые рулевые приводы можно разделить на следующие группы.

1. Системы с газобаллонным источником сжатого газа. Источником газа высокого давления является воздушно-арматурный блок, в состав которого помимо баллона со сжатым воздухом или воздушно-гелиевой смесью входит предохранительная, запорно-распределительная и регулирующая газовая арматура и арматура для заправки и контроля давления в баллоне. В технической литературе такие системы часто называют «пневматическими».

2. Системы с пороховым аккумулятором давления. Источником газа высокого давления в данном случае является твердотопливный пороховой заряд специальной конструкции, обеспечивающий постоянную производительность рабочего тела – продуктов горения заряда, имеющих высокую температуру. В состав таких систем помимо непосредственно источника газа и устройства включения источника газа в работу, могут входить регуляторы скорости горения топлива и предохранительные устройства. В технической литературе при описании таких систем часто используется термин «горяче-газовые» или просто «газовые».

3. Электромагнитные рулевые приводы. Основой таких устройств обычно является электромеханический преобразователь нейтрального типа, который непосредственно осуществляет заданное движение аэродинамических рулевых органов.

4. Воздушно-динамические рулевые приводы. Как было отмечено во введении, они представляют собой особый принципиально новый класс исполнительных устройств систем управления БУЛА. Устройство, принцип действия и особенности работы ВДРП будут рассмотрены ниже.

5. Электрические рулевые приводы. Исполнительными устройствами таких систем являются электрические двигатели различных типов.

По принципу управления аэродинамическими рулями системы рулевых приводов можно разделить на следующие группы.

1. Системы газовых приводов без устройств обратной связи по перемещению рулевых органов, работающие в двух или трехпозиционном релейном режиме.

2. Системы газовых приводов обеспечивающих перемещение рулевых органов, пропорциональное сигналам системы управления БУЛА. В отличие от первой группы исполнительных устройств, в состав таких систем входят датчики перемещения рулевых органов и устройства преобразования и усиления электрических управляющих сигналов, обеспечивающих заданный закон управления.

В зависимости от назначения, устройства и выполняемой задачи управления программой полета, для исполнительных устройств с пропорциональным движением рулевых органов наиболее часто применяются следующие схемы:

• автоколебательная с двух- и трехпозиционным управлением;

• самонастраивающаяся с генератором вынуждающих колебаний

• системы с генератором вынуждающих колебаний и с двух- и трехпозиционным управлением.

Исполнительный двигатель – устройство преобразующее энергию сжатого газа в перемещение рулевых органов, преодолевающее усилие, создаваемое воздушным потоком обтекающего БУЛА.

По конструктивному исполнению, можно выделить следующие группы исполнительных двигателей.

1. Поршневые – одностороннего и двухстороннего действия. Устройства, наиболее часто применяемые, как в специальной технике, так и в системах автоматизации технологических процессов.

Рис. 1.4. Исполнительный двигатель СГРП закрытого типа – поршневой, с одним силовым цилиндром.

Рис.1.5. Исполнительный двигатель СГРП закрытого типа – с двумя силовыми цилиндрами.

2. Исполнительные двигатели мембранного типа. К таким устройствам можно также отнести двигатели с сильфонами и с эластичными подвижными элементами, которые применяются в системах ВДРП (Рис. 1.5)

3. Исполнительные двигатели лопастного типа.