Автореферат (Разработка технических решений для сокращения энергетических затрат и повышения эффективности работы силового тракта газогидравлического привода органов управления летательных аппаратов)

На правах рукописиЕвстратов Дмитрий ИгоревичРАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ДЛЯ СОКРАЩЕНИЯЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ЗАТРАТ И ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИРАБОТЫ СИЛОВОГО ТРАКТА ГАЗОГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРИВОДАОРГАНОВ УПРАВЛЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВСпециальность 05.02.02«Машиноведение, системы приводов и детали машин»АВТОРЕФЕРАТДиссертации на соискание учѐной степеникандидата технических наукМосква – 2013 г.Работавыполненаобразовательном«Московскийвфедеральномучрежденииавиационныйвысшегоинститутгосударственномбюджетномпрофессиональногообразования(национальныйисследовательскийуниверситет)» (МАИ).Научный руководитель: Лалабеков Валентин Ивановичдоктор технических наук, ст. научн.

сотрудникОфициальные оппоненты:Чекмазов Владимир Ильич, доктор технических наук, профессор, Тульскийгосударственный университет, профессорВолковОАОСергей«ЦентральныйВладимирович,кандидатнаучно-исследовательскийтехническихинститутнаук,автоматикиигидравлики», заместитель главного конструкторВедущаяорганизация:ОАО"Корпорация«Московскийинституттеплотехники» (г. Москва).Защита состоится «26»диссертационного советаноября 2013 г.Д212.125.07в11часов на заседаниив Московском авиационном институте(национальном исследовательском университете) по адресу: г. Москва, А-80, ГСП3, Волоколамское шоссе, д. 4, главный административный корпус, зал заседанийУчѐного совета.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАИ.Автореферат разослан «»2013 г.Учѐный секретарьдиссертационного совета Д 212.125.07,кандидат технических наук, доцентА.Б.

Кондратьев.3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы.Приводы органов управления беспилотноголетательного аппарата (ЛА) являются элементами, в которых происходитзначительное усиление мощности командного сигнала. Усиление мощностиобеспечивается за счѐт наличия в энергетическом тракте привода входящим в егосостав бортового источника питания.Высокие требования к энергомассовым показателям привода обусловленытем фактом, что для летательного аппарата привод является в совокупности сдругими элементами пассивной массой, которая определяет массу полезнойнагрузки.

Таким образом, решение проблем, связанных со снижением массыисточника питания при выполнении требований к выходной мощности за счѐтснижения энергозатрат на управление обеспечит повышение эффективности ЛА –увеличение полезной нагрузки по отношению к его суммарной массе.Так как возмущѐнное движение беспилотных летательных аппаратов поданным публикаций составляет 10…12% от энергетической загрузки рулевогопривода в течение ограниченного времени работы двигательной установки, тоцелесообразновгазогидравлическийгазогенератораикачествеисточникаисточникпитания,вытеснительнойпитаниясостоящийсистемыподачиприводовизиспользоватьтвердотопливногорабочейжидкости–вытеснительный пороховой аккумулятор давления. Достоинством такой схемыявляется простота конструкции, а, следовательно, ивысокая надежность.Указанный привод в широком диапазоне мощностей конкурентоспособен поэнергомассовым показателям с более сложными в конструктивном отношениианалогами.С учѐтом отмеченного, совершенствование существующих проектныхметодик за счѐт более полного учѐта факторов, связанных с условиямиприменения в составе головного объекта, а также предложение новых техническихрешений,направленныхнаулучшениеэнергомассовыхпоказателейгазогидравлических рулевых приводов с вытеснительной системой подачирабочей жидкости для повышения эффективности летательного аппарата являетсяактуальной проблемой.4Объектом исследования – является газогидравлический источник питаниявытеснительного типа рулевого привода.Цельюдиссертационнойработыявляетсядальнейшееразвитиесуществующих проектных методов и технических решений, обеспечивающихсозданиегазогидравлическогопривода,обладающегоминимальнымиэнергетическими потерями в силовом тракте привода и надѐжной работой дляповышения эффективности ЛА.Задачи исследования.Достижение поставленной цели предлагается решением задач, включающих:1.

Сравнительный анализ приводов органов управления по энергомассовымпоказателям.2. Учѐт влияния эксплуатационных факторов (температурного диапазонаприменения привода) для определения необходимого запаса рабочей жидкости вбаке газогидравлического привода.3.Разработкутехническихэнергетическом трактерешенийпостабилизациидавлениявгазогидравлического средствами системы управления иработой рулевых машин.4. Разработку математической модели участка работы источника энергиигазогидравлического привода от момента запуска до достижения режима заданноймощности, обеспечивающей возможность синтеза параметров, реализующихминимизацию времени готовности привода к началу эксплуатации.5. Уточнение границ, разделяющих плоскость параметров «мощность –время» на области существования приводов минимальной массы с учѐтомвыполнения требований к динамике работы энергетического тракта на участкедвижения рулевых машин в переходных режимах при максимально действующихвозмущениях на ЛА.Методы исследования.

Поставленные в данной работе задачи решались сиспользованием метода анализа и синтеза энергомассовых показателей, методовтеории линейных и нелинейных систем, газо- и гидромеханики, а также методовсовременной теории автоматического управления, математического и натурногомоделирования динамических систем с применением современных средствкомпьютерной техники.5Научные результаты, выносимые на защиту:1. Усовершенствованная методика расчѐта необходимого запаса рабочейжидкости в вытеснительном источнике питания газогидравлическогорулевогопривода управления поворотным соплом, учитывающая граничные условияэксплуатации, динамические режимы работы привода и гидромеханическиесвойства рабочей жидкости.2.Алгоритм, параметрически связывающий энергетический канал, сигналуправления и рулевую машину и обеспечивающий, за счѐт введения звенакоррекции в сигнал управления исполнительным механизмом, стабилизациюдавления в камере твердотопливного газогенератора (ТГ) на минимальнодопустимом уровне, существенно снижающий разброс внутрибаллистическиххарактеристик ТГ, минимизирующий энергозатраты в силовом тракте привода присохранении расчѐтных запасов устойчивости в штатном режиме работе привода ипри действии в ТГ нерасчѐтных возмущений.3.

Математическая модель работы вытеснительного источника питаниягазогидравлического рулевого привода на участке времени от момента запуска додостижения требуемой мощности и при аномальных ситуациях работы привода.4. Методическая процедура альтернативного выбора параметров ТГ длягазогидравлическихразделяющихпреобразователейплоскостьпараметровэнергиив части«мощность–уточнениявремя»награниц,областисуществования приводов минимальной массы с учѐтом динамического показателя.Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:- получены достоверные, по сравнению с традиционно принятой методикой,данные по объѐму жидкости в баке вытеснителя, в обоснование еѐ достаточностидля обеспечения заданного времени работы;- разработаны способ стабилизации давления в ТГ за счѐт формированияуправления газогидравлическим рулевым приводом и устройство для егореализации, подтвержденные патентом на изобретение № 2012112110, 2013г.- разработан твѐрдотопливный газогенератор с заданным расположениемнулей передаточной функции подтвержденный патентом на полезную модель №119811, 2012г.6-наосновенелинейныхдифференциальныхуравненийразработанаматематическая модель работы вытеснительного источника питания на участкевремениотмоментазапускадодостижениятребуемоймощности,характеризующая быстродействие в готовности привода к эксплуатации, а такжеустойчивость работы привода при действии возмущений различной природы;- решена задача, связанная с расширением области применения газогидравлического рулевого привода с вытеснительным источником питаниявсторону области ранее занимаемой более сложным в конструктивном отношениигазогидравлическим рулевым приводом с аксиально-поршневым мотор насоснымагрегатом.Практическая значимость полученных автором диссертации, результатовдля теории и практики определяется следующим:- повышением эффективности и достоверности инженерных расчетов за счетиспользования разработанной методики и выявленных закономерностей влияниявязкости жидкости, температурного диапазона эксплуатации ТГ и работы газовогорегулятора давленияна запас рабочей жидкости в баке вытеснительногоисточником питания;- повышением качества переходных процессов, надѐжности работы привода,засчѐтвведенияобеспечивающеговконтуруправлениястабилизациюкорректирующегопараметровмеханизма,энергетическоготрактагазогидравлического рулевого привода средствами системы управления ивозможностями рулевых машин;- увеличением эффективности инженерных расчетов за счет разработаннойматематическоймоделигазогидравлическогоучасткарулевоговыходапривода,инженерных расчѐтов точностью механизмназаданныйописывающейсрежиммощностидостаточнойдляпроцесса запуска, протекающего вгазогидравлическом рулевом приводе и определяющего его боеготовность;-получением уточнѐнных данных по энергомассовым показателям приводов сучѐтом снижения энергетических ресурсов источников питания при их работе впереходных режимах.Достоверность научных положений и выводов7Достоверностьиобоснованностьнаучныхположений,выводовирекомендаций обусловлена использованием апробированных современных методоврасчѐта, компьютерного моделирования и подтверждением экспериментальнымиданными.Апробация результатов работыОсновные положения диссертационной работы докладывались и обсуждалисьна:- ХХ, ХХI, XXII научно-технических семинарах «Современные технологии взадачах управления, автоматики и обработки информации.

Алушта, сентябрь 2011,2012, 2013 гг.;- XVII международном симпозиуме «Динамические и технологическиепроблемы механики конструкций и сплошных сред им. А.Г. Горшкова», Ярополец,февраль 2011г.Реализацияработы.Материалыдиссертационнойработыбылииспользованы в учебных и научно-исследовательских работах, проводимых«Московскимавиационныминститутом(национальнымисследовательскимуниверситетом)», при создании курса лекций по теме: «Пневмоавтоматика ипневмопривод ЛА», «Исполнительное устройство САУ ЛА» и учебного пособия:«Газогидравлические приводы органов управления летательных аппаратов. Основыразработки» издательство ФГУП «НТЦ «Информтехника», 2012г., главы 4, 7, 8,привыполнениив2013г.совместносОАО«Центральнымнаучно-исследовательским институтом автоматики и гидравлики» работы по теме«Разработка рулевого привода для ДУ III ступени модернизированного изделия.Проведение математического моделирования» разделы 4, 7.ПубликацииПо теме диссертационной работы опубликовано 13 научных работ, из них – 3опубликованы в научных изданиях, рецензируемых ВАК РФ.