Диссертация (Улучшение динамических свойств и исследование рабочих процессов авиационного рулевого гидропривода с комбинированным регулированием скорости при увеличении внешней нагрузки), страница 2

Они обладают малымэнергопотреблением в нейтральном состоянии, высоким КПД (70...80%), акроме того использование таких приводов позволяет упростить гидравлическийкомплекс самолёта, уменьшив количество централизованных гидросистем [11].Несмотря на то, что гидростатические приводы имеют очевидныйпроигрыш в размере и весе по сравнению с дроссельными приводами [27], вряде публикаций указывалось достижение снижения массы системы приводов вцелом [11,40]. Так, например, на самолете А-380 электрогидростатическиеприводы (приводы типа ЕНА и ЕВНА) используются в качестве резервных дляуправления рулем высоты и флаперонами. Это позволило отказаться от третьейцентральной гидросистемы, что уменьшило массу самолета на 450 кг [9,11,40].6Однако современные электрогидростатические приводы типа EBHA иEHA [44,47,55] обладают существенно худшими динамическими свойствами,чем типовые электрогидравлические приводы с дроссельным регулированиемскорости [4].

В частности, в области малых сигналов у этих приводовуменьшаетсядинамическаячувствительность,[18,30].того,характеристикиКромеухудшаютсядинамическиечастотныехарактеристикиэлектрогидростатических приводов в значительной степени зависят оттехническогоитехнологическогосовершенстваэлектродвигателя,реверсивного насоса с очень широким диапазоном скоростей, а также качестваэлектроники блока управления электродвигателем, что повышает конечнуюстоимость таких приводов и трудоемкость изготовления.Помимо ухудшения динамических характеристик в области малыхсигналов управления, исследования, проводимые в ЦАГИ, выявили еще одинсущественный недостаток электрогидростатических приводов, работающих вконтуре управления и стабилизации самолета. При большом уровне ветровыхвозмущенийиспользованиегидростатическогоприводахарактеризуетнедопустимое с точки зрения обеспечения безопасности полета падение запасовустойчивости замкнутой системы "Самолет – СУП (Система управленияполетом)" [11].В связи с указанными выше недостатками электрогидростатическихприводов, особую актуальность приобретает другой тип привода с питанием отэлектрической энергосистемы самолета - электрогидравлический привод скомбинированным регулированием скорости выходного звена (КРС) [16,33,34].Обладая преимуществами гидростатических приводов по части малого (до 125Вт для привода мощностью порядка 800Вт) энергопотребления в нейтрали иповышенного до 70-75% КПД в широком диапазоне скоростей, такие приводыимеютулучшенныединамическиехарактеристикивобластималыхуправляющих сигналов, хорошее быстродействие и жесткость [21,30].Статическая жесткость привода с комбинированным регулированием скорости7в области малых амплитуд управляющих сигналов выше в 1.4 раза посравнению с гидростатическими приводами [30].Электрогидравлические приводы с комбинированным регулированиемисследовались в работах Селиванова А.М.

и Хомутова В.С., где были показаныихположительныекачества[20,22,30].Термин«комбинированноерегулирование скорости» был предложен Селивановым А.М. для обозначенияразработанного им принципа регулирования [17], который предусматриваеттрансформацию энергии, создаваемую приводным электродвигателем вперемещение поршня гидроцилиндра с использованием, как электромоторногопринципа регулирования скорости [35], так и дроссельного принципа спреобладанием каждого из них в зависимости от величины управляющегосигнала.

Для регулирования скорости штока гидроцилиндра используетсянереверсивный насос, подача которого изменяется за счет изменения скоростивращениявалаприводногоэлектродвигателя,ипропорциональныйзолотниковый клапан реверса. Блок управления приводом (микровычислитель)осуществляет непрерывное параллельное управление клапаном реверса искоростью вращения электродвигателя.Законы управления, применяемые в известной схеме привода [19,30],ставшей базовой для диссертационной работы, выбраны таким образом, чтопри нейтральном состоянии привода и отсутствии нагрузки на нем, встроенныйнасос развивает на выходе давление порядка 5МПа, обеспечивающеепреимущественно дроссельное регулирование скорости при малых открытияхрабочих окон клапана реверса. При увеличении сигнала рассогласованияпривода более 5…10% от максимального сигнала, рабочие окна клапанареверса открываются, и изменение их проводимости постепенно перестаетвлиять на скорость штока гидроцилиндра.

Таким образом, переход отдроссельногорегулированияскоростиприводакэлектромоторномурегулированию осуществляется постепенно и плавно.Важноотметить,чтовпроцессеуправлениятакогоприводаэлектродвигатель вращается в одном направлении, а минимальная скорость8вращения его вала составляет около 5-10% от максимальной скоростихолостого хода, что позволяет смягчить требования к качеству характеристикэлектродвигателя в области малых скоростей вращения.Современные требования к динамике рулевых приводов маневренных иперспективных пассажирских самолетов предусматривают обеспечение малыхфазочастотных и амплитудных искажений гармонического сигнала на частоте1Гц.

Величина искажений не должна превышать 15-20о по фазе и -1.5 дБ поамплитуде, при амплитудах управляющего сигнала не более 0.5% при работепривода без нагрузки и в условиях частичного нагружения привода внешнейпостоянной или медленно меняющейся нагрузкой. Такие показатели вдальнейшем будут считаться высококачественными [12]. В таблице 1приведены некоторые частотные характеристики привода с комбинированнымрегулированием скорости (КРС) в сравнении с приводом типа EBHAпроизводства Liebherr [49]. Результаты, представленные в таблице 1,показывают высококачественную отработку управляющих сигналов приводомс комбинированным регулированием скорости.Таблица 1За счет реализации преимущественно дроссельного регулированияскорости в области малых сигналов управления, привод с КРС способенобеспечить высококачественные динамические и точностные характеристики,необходимыенеустойчивыхдляилиработысистемымалоустойчивыхстабилизациисамолетоваэродинамически[30].Совокупность9положительных качеств приводов с комбинированным регулированиемскорости делает возможным их применение авиационных системах управленияс электрическим энергопитанием.

Однако, по мнению автора, в настоящеевремятакиеприводыисследованынедостаточнодляихсерийногопроизводства и промышленного применения.При испытаниях опытного образца привода с КРС, проводимых в ЦАГИ,[38] было установлено, что его частотные характеристики в области малыхвходных сигналов ухудшаются при работе под нагрузкой, что ограничиваетобласть применения таких приводов в их базовой схеме [17,30]. Эффектухудшения частотных характеристик базовой схемы привода при нагруженииобусловлен сокращением области работы привода в режиме преимущественнодроссельного регулирования скорости. При нагружении возникает перепаддавлениявполостяхгидроцилиндраи,следовательно,уменьшаетсясравнительно небольшой перепад давления на окнах золотникового клапанареверса (5МПа для базовой настройки блока управления приводом [19,30]).

Этазависимость усиливается тем обстоятельством, что при нагружении приводаеговыходноезвенонесколькопроседаетивозникающийсигналрассогласования следящего привода приоткрывает окна клапана реверса,увеличивая их гидравлическую проводимость.В связи с этим можно сделать вывод, что приводы с комбинированнымрегулированием скорости, в целом, являются перспективным решением дляуправления рулевыми поверхностями самолета с повышенным уровнемэлектрификации по совокупности положительных свойств, однако дляустранения или минимизации указанных выше недостатков требуетсядетальное исследование приводов данного типа. В частности, необходимопровести исследование характеристик и рабочих процессов, протекающих вприводескомбинированнымрегулированиемскорости.Необходимакомплексная оценка влияния параметров настройки блока управленияприводом и его управляющего алгоритма на динамические характеристикипривода.Необходимавыработканаучнообоснованныхрешенийи10рекомендаций по улучшению частотных характеристик привода с КРС приработе под нагрузкой.

Кроме того, для внедрения приводов с КРС вавиационныесистемыэнергетическихуправления,свойствтакихнемаловажнымприводовприявляетсяработевоценкатиповыхэксплуатационных режимах.По мнению автора, в настоящее время наибольший практический интереспредставляет реализация привода с комбинированным регулированием в видегибриднойсхемы, объединяющейводнойконструкцииклассическийдроссельный привод с питанием от централизованной гидросистемы и привод скомбинированным регулированием скорости, питающейся от электрическойэнергосистемы.

Такие приводы позволят обеспечить высокий уровеньдинамических характеристик и показателей жесткости позиционированиярулевой поверхности вне зависимости от типа энергетического питания, а напервоначальных этапах электрификации самолета привод с питанием отэлектрической энергосети будет находиться в резервном канале и включатьсяпосле отказа основного гидравлического энергетического канала, что позволитупростить внедрение. Кроме того, гибридные приводы, по аналогии сприводамиЕВНА,будутобладатьразнороднымрезервированиемэнергетических каналов, что увеличит их конечную надежность.Работы автора в рамках научных исследований и НИР, проводимыхкафедрой №702 МАИ совместно с ведущими предприятиями РФ в областиавиастроения, такими как ГосНИИАС, ОАО «ПМЗ Восход», ММЗ «Рассвет», атакже работой с европейской фирмой CESA в области разработки и созданиярулевого привода для «более электрического самолета», легли в основупредставляемой диссертационной работы.

Личный вклад автора в указанныеисследования изложен в диссертационной работе и отражён в публикациях[1,2,3,4 и др.].11Цель работыЦелью диссертационной работы является улучшение динамическихсвойствиисследованиерабочихпроцессовавиационногорулевогогидропривода с комбинированным регулированием скорости. Для достиженияуказанных целей в работе решаются следующие научно-технические задачи: Исследование характеристик и рабочих процессов привода скомбинированным регулированием скорости выходного звена (КРС). Определение взаимосвязей между параметрами настройки блокауправления (включая алгоритмы управления) приводом с КРС сдополнительным регулированием по перепаду давления на клапанереверса и его динамическими характеристиками.