Отзыв оппонента (Улучшение динамических свойств и исследование рабочих процессов авиационного рулевого гидропривода с комбинированным регулированием скорости при увеличении внешней нагрузки)

В диссертационный совет Д 212.125.07 Московского авиационного института (национального исследовательского университета) ОТЗЫВ официального оппонента на диссертационную работу Алексеепкова Артема Сергеевича «Улучшение динамических свойств и исследование рабочих процессов авиационного рулевого гидропривода с комбинированным регулированием скорости при увеличении внешней нагрузки»„ представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.02 «Машиноведение, системы приводов и детали машин» Структура и краткая оценка основного содержания работы Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения и литературы из 55 позиций, содержит 77 рисунков.

Общий объем диссертации составляет 150 страниц машинописного текста. Диссертационная работа посвящена решению ряда задач, входящих и общую проблематику создания эффективного, обладающего высокими динамическими свойствами авиационного рулевого привода с комбинированным (частотно-дроссельным) регулированием скорости движения выходного звена. Такие приводы являются исполнительными модулями систем управления летательных аппаратов (ЛА), соответствующих современной и считающейся перспективной концепции полностью электрического самолета (ПЭС). По сравнению с приводами только дроссельного„машинного и машинно- дроссельного управления комбинированные модули имеют ряд преимуществ, которые позволяют считать комбинированные рулевые гидростатические приводы (КРГП) перспективным видом исполнительных модулей.

Одним из существенных недостатков КРГП, отмеченных в диссертации, является ухудшение динамики в области малых информационных (управляющих) сигналов при повышении нагрузки. Кроме того, комбинированное управление затрудняет выработку алгоритмов оценки и оптимизапионного расчета КРГП по критерию энергодостаточности, что в ряде случаев приводит к заметной и недопустимой «переразмеренности» приводов, и так имеющих повышенные массовые и габаритные показатели (по сравнению с дроссельными гидроприводами как исполнительными модулями при централизованной системе гидропитания). На решение этих задач направлена диссертационная работа. Поэтому тематика диссертационного исследования, являегся, несомненно, актуальной.

В первой главе соискателем выполнен анализ современных схемотехническихх исполнений авиационных рулевых приводов, соответствующих построению силовых систем в рамках концепции ПЭС. Подробно рассмотрены преимущества и недостатки приводов с машинным (насосным) управлением (МРГП), которые по терминологии автора такие приводы называются гилростатическими, КРГП и гибридных рулевых гидроприводов (ГРГП). Отмечается ухудшение динамики и статической жесткости МРГП в зонах малых управляющих сигналов. Показано, что за счет рациональных алгоритмов переключения КРГП (с частотного на дроссельный режимы и обратно) такой привод имеет достаточно высокие динамические показатели и жесткость в области больших и малых сигналов управления (последние соответствуют наиболее типовым режимам полета современного пассажирского самолета). Особое внимание уделено ГРГП, который может работать в режиме дроссельного привода с энергопитанием от централизованной гидросистемы самолета и электрогидростатического привода с частотным управлением приводящего электродвигателя (далее, на стр.

35 диссертации такой режим назван автономным). В качестве одного из выводов по данной главе содержится мнение соискателя о перспективности именно гибридного привода, сочетающего преимущества КРГП и дающего повышенную надежность системы управления самолета. Вторая глава посвящена модернизации существующего ГРГП лля экспериментальных исследований данного привода. Основной задачей такого исследования было определение взаимосвязей между параметрами настройки блока управления приводом, алгоритмами синхронного управления и характеристиками привода в зависимости от различных уровней (амплитуд) управляющего сигнала и внешних силовых воздействий.

С этой целью в схему привода были добавлены датчики давления в полостях гидродви~ атсля (цилиндра), в напорной гидролинии насоса и линии гидрокомпенсатора, позволяющие помимо очевидного контроля состояния частей привода осуществить коррекцию привода по давлению. Подготовленный таким образом для проведения экспериментальных исследований привод работоспособен в двух активных (частотного и дроссельного), а также двух пассивных (кольцсвания полостей гидродвигателя и демпфирования) режимах. Третья глава содержит материал по математическому моделированию привода, работающего в режиме комбинированного регулирования скорости движения выходного звена.

В диссертации представлена концептуальная (проблемно-ориентированная) модель, составленная из функционально законченных блоков отдельных частей привода (блока управления, приводящего бесколлекторного электродвигателя, контроллера, насоса, клапана реверса). Подробно рассмотрены особенности моделирования блока управления (контроллера) частями привода при переходе от одного режима к другому и в пределах режимов. В четвертой главе диссертации рассмотрены вопросы разработки экспериментального образца гибридного рулевого гидропривода мощностью до 5 кВт, оснащенного «переразмеренным» по мощности приводящим электродвигателем (10 кВт), представлены пространственные компьютерные изображения привода, приведено описание работы и внешний вид экспериментального стенда.

В пятой главе приведены материалы экспериментальных исследований разработанного привода, работающего в автономном режиме (дроссельное управление с гидропитанием от внешней насосной установки нс рассматривается). Показано, что графики скоростных, нагрузочных характеристик привода и регулировочной характеристики клапана реверса имеют симметричный и близкий к линейному вид, что упрощает настройку и построение алгоритмов управления привода. Шестая глава посвящена сопоставлению результатов численного моделирования и экспериментальных исследований.

Показано вполне удовлетворительное совпадение характеристик и выполнено уточнение параметров модели привода, позволяющее в дальнейших и расширенных исследованиях использовать математическую модель. Седьмая глава содержит результаты исследования динамических и статических характеристик ГРГП, а также оценку энергетических свойств привода. Основное внимание уделено определению взаимосвязи между параметрами настойки блока управления привода и его характеристиками в области малых амплитуд входных сигналов г0,2...5Уо от максимального значения).

Для оценки режимов регулирования соискатель ввел показатель динамического качества привода как отношения частоты гармонического сигнала к фазовому запаздыванию выходного сигнала, и определил области предпочтительного регулирования скорости (частотного, дроссельного и комбинированного). Частотные характеристики привода в режиме комбинированного регулирования при различных амплитудах входного сигнала вполне физичпы и достаточно традиционны — сравнительно низкая полоса пропускания по амплитуде и фазе ~5 — б Гц), ниспадающий характер характеристик, типичное ухудшение динамики привода с ростом нагрузки.

Для улучшения динамики привода в области малых управляющих сиг— налов при повышении нагрузки с одновременным улучшением экономичности (энергопотребления) привода диссертантом предложено использовать повышение начального давления на клапане реверса, реализуемое с помощью разработанного соискателем алгоритма, в виде дополнительной отрицательной обратной связи, сигнал которой пропорционален нагрузке привода.

Данное решение позволило существенно улучшить динамические показатели привода. С целью большей наглядности соискатель представил влияние параметров настройки блока управления на характеристики привода в виде трбхмерных диаграмм «чувствительность — энергопотребление — полоса пропускания», Научную новизну работы подтверждают наиболее существенные научные результаты, полученные соискателем: 1.

Выполнен анализ различных структур приводов для силовых систем самолетов, соответствующих перспективной концепции ПЭС, показана перспективность использования гибридного рулевого гидравлического привода, 2. Исследовано влияние параметров блока управления гибридным приводом. 3. Предложен способ улучшения динамических и энергетических показателей ГРГП, основанный на введении дополнительной отрицательной обратной связи по перепаду давления на клапане реверса привода. 4. Сформирован новый алгоритм и существенно модернизирована структура регулятора привода, реализующая коррекцию по перепаду давлений на клапане реверса. 5.

Разработан способ определения и автоматизированного построения зон предпочтительного регулирования скорости ГРГП. б. Предложен метод оценки динамических и, частично, энергетических показателей привода по трехмерным графикам его показателей. Выполненные теоретические исследования и оптимизационные расчеты базируются на классических соотношениях гидравлических приводов с насосным, дроссельным управлением потоками гидроэнергии, электрических машин, положениях теории управления и реализовано с помощью апробированных программных комплексов компьютерного моделирования. Подтверждение же результатов исследований выполнено путем сравнения результатов теоретических исследований с экспериментальными данными и результатами численных экспериментов.

Таким образом, обоснована достоверность полученных результатов. Применение рассмотренных в диссертации решений для гибридного рулевого гидропривода позволяет существенно улучшить динамические показатели нагруженного рулевого привода в наиболее востребованной зоне работы — малых амплитуд входного сигнала. Данные методы достаточно универсальны, а подобные приводы представляют собой исполнительную базу для силовых систем многих других объектов из разных отраслей промьпиленности, где реализована концепция электрических силовых систем. Поэтому практическая значимость результатов диссертационно~ о исследования не вызывает сомнений. К отдельным недостаткам диссертационной работы можно отнести следующие: В работе имеет место достаточно произвольное толкование общепринятых терминов.

Так, во введении и последуюших |лавах автор широко использует понятие электрогидравлического привода (стр.7), затем применяет термин «электрогидростатический привод», который почему-то рассматривается только как привод с машинным (насосным) управлением потоками гидравлической энергии и, следовательно, скоростью движения выходного звена. Вместо общепринятого термина «поворотный гидродвигатель» на стр.37 применено считающееся устаревшим понятие «неполноповоротный гидродвигатель», вместо терминов «напорная» гидролинии линия нагнетания, на стр. 37 насос привода называется аксиалык>- плунжерным, а на стр. 52 и в оглавлении — поршневым, а в и т» ь Чтение текста затрудняет «сбитая» нумерация формул в гл.3 и отсутствие словесной расшифровки вводимых автором обозначений физических величин.