Проектирование воздушно-динамического рулевого привода управляемой гиперзвуковой ракеты зенитного комплекса

дипломная работа

1.2 Принцип действия РП

При полете управляемой ракеты набегающий поток воздуха через носовой воздухозаборник, теплообменник и распределительное устройство проходит в рабочие полости РМ. С блока усилителей сигнал ошибки, равный разности сигналов управления и датчика обратной связи, подается поочередно на одну или другую обмотки управляющего электромагнита. При поступлении сигнала в одну из обмоток якорь притягивается к ней и устанавливает струйную трубку напротив соответствующего окна приемника. Воздух поступает в рабочую полость, и в ней устанавливается максимальное давление, одновременно вторая полость оcвобождается. Под действием разницы рабочих давлений в рабочих полостях рули смещаются пропорционально входному сигналу, совершая при этом высокочастотные автоколебания. При отсутствии - входного сигнала автоколебания совершаются относительно нулевого положения рулей.

1.3 Математическое описание функционирования воздушно-динамического привода

Состояние физического тела -- однородного газа -- в некотором проточном объёме Wi в каждый момент времени характеризуется совокупностью следующих параметров:

- давления Pi

- удельного веса гi

- температуры Ti.

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

(1.3.1)

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

- закон сохранения энергии;

- закон сохранения массы.

Принимаем допущения 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.

Учитывая выше изложенное, применим для описания функционирования привода законы сохранения энергии.

Расчетная схема канала РП представлена на рисунке 1.3.1

2

Рис 1.3.1 Расчетная схема рулевого привода

Закон сохранения энергии можно записать в следующем виде:

- для полости теплоотборника

; (1.3.2)

- для рабочей полости

;(1.3.3)

- для полости отсека

(1.3.4)

Закон сохранения массы:

-для полости теплоотборника

; (1.3.5)

- для рабочей полости

(1.3.6)

- для полости отсека

(1.3.7)

Удельный приход (расход) энергии находим по зависимостям:

(1.3.8)

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

(1.3.10)

Функции режима течения определяются по формулам:

(1.3.11)

при

;

Математическое описание двигателя включает а себя еще и уравнения, полученные из уравнения состояния. Они имеют вид:

- для полости теплоотборника

; (1.3.12)

- для рабочей полости

(1.3.13)

- для полости отсека

(1.3.14)

С учетом теплообмена будем иметь следующие зависимости:

-для стенок теплоотборника

; (1.3.15)

- для стенок рабочей полости

; (1.3.16)

- для стенок отсека

; (1.3.17)

Механическая подсистема описывается следующими уравнениями:

(1.3.18)

Эффективные сечения входного и выходного отверстий распределительного устройства типа «струйная трубка» с достаточной для инженерной практики точностью можно описать с помощью полинома первой степени.

- для входного сечения:

; (1.3.19)

.

- для выходного сечения:

; (1.3.20)

.

Используя выражение для параметров можно записать:

; ;

тогда:

;

; где ;

где и - соответственно, фактический и максимальный углы поворота распределителя.

Полное нелинейное математическое описание (МО) исполнительного механизма имеет вид:

1.

2.

3.

4.

5.

7.

8.

Математическое описание исполнительного механизма будет иметь следующий вид:

(1.3.21)

где Тг =

где Тум - постоянная времени управляющего электромагнита;

ж - коэффициент колебательности;

kум - коэффициент аппроксимации;

Ubx - напряжение входного сигнала;

PПi - давление в полостях привода;

k - показатель адиабаты;

Пто - удельный расход энергии в теплоотборнике;

Gto - удельный массовый секундный расход рабочего тела в теплоотборнике;

ПП1,2 - удельный расход энергии в рабочих полостях;

GП1,2 - удельный массовый секундный расход рабочего тела в полостях;

SП - площадь поршня;

1 - плечо;

д, д m - угол поворота и максимальный угол поворота рулей;

W1,2 - объем рабочих полостей;

ТП1,2 - температура рабочего тела в полостях;

г П1,2 - удельный вес рабочего тела в полостях;

R - универсальная газовая постоянная;

I? - приведенный суммарный момент инерции подвижных частей;

f - коэффициент вязкого трения;

mш(д) - жесткость шарнирной нагрузки;

Мстр - момент сухого трения;

kо - газодинамический коэффициент;

PТО - давление в ресивере;

YП1,2, YТО1,2 - газодинамические функции режима течения;

µSbx1,2, µSbыx1,2- эффективные площади втекания и истечения в рабочих полостях;

Pо - давление в отсеке;

с - коэффициент, характеризующий регулируемое втекание;

б, бm - угол поворота и максимальный угол поворота якоря управляющего электромагнита;

б, бу - коэффициенты, характеризующие регулируемое истечение.

Структурная схема исполнительного механизма будет иметь следующий вид:

2

2

Рис 1.3.2 Структурная схема исполнительного механизма.

Делись добром ;)