2.3.3 Динамические свойства рулевых машинок (1245741), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Системе (78) соответствует структурная схема - рис. 3.(7), где:
; (79а)
; (79б)
; (79в)
; 
;
; 
;
79а) ЛА аэродинамических схем: нормальная и «бесхвостка» (
);
79б) ЛА аэродинамических схем: «утка» и с поворотными крыльями (
; 
);
79в) маневренные ЛА с малой нормальной силой органов управления (
; 
).
Рис.3.(7). Структурная схема нагруженной рулевой машинки.
Поскольку уравнения, описывающие динамические свойства гидравлических, пневматических и электрических рулевых машинок имеют много общего, а нагрузку для любой рулевой машинки описывают одинаково, то и структурные схемы этих рулевых машинок идентичны.
Коэффициент обратной связи в нагруженной рулевой машинке рис.3.(7) равен:
или 
(80)
Из рис.3.(7) видно, что рулевая машинка имеет жесткую обратную связь по шарнирному моменту (80), глубина которой пропорциональна скоростному напору, обратно пропорциональна тормозному моменту и зависит от аэродинамических характеристик ЛА и его органов управления.
Знак пунктирной обратной связи (рис.3.(7).) зависит от знака коэффициента кα или 
в передаточных функциях (79), который, в свою очередь, зависит от аэродинамической схемы ЛА и наличия или отсутствия статической устойчивости ЛА. При отрицательной пунктирной обратной связи рулевая машинка может стать неустойчивой. В этом случае устойчивость рулевого привода обеспечивается соответствующим выбором параметров обратной связи рулевого привода.
При выполнении условия 
, что соответствует выполнению условия (А), нагрузкой можно пренебречь, считая 
. Тогда обратная связь в рулевой машинке исчезает, и динамические свойства рулевой машинки соответствуют передаточным функциям ненагруженной рулевой машинки (18):
и 
.
Из сравнения (18) и (78) видно, что динамические свойства нагруженной и ненагруженной рулевых машинок различны.
Определим передаточную функцию нагруженной рулевой машинки 
.
Для удобства анализа динамических свойств нагруженной рулевой машинки преобразуем структурную схему рис.3.(7) к виду, показанному на рис.3,(8).
Рис.3.(8). Преобразованная структурная схема рулевой машинки
На рисунке: 
- угол отклонения рулей ЛА при 
; 
- передаточная функция рулевой машинки с обратной связью по шарнирному моменту 
; 
- угол отклонения рулей ЛА, обусловленный влиянием составляющей шарнирного момента 
; 
- передаточная функция замкнутого контура рулевой машинки с обратной связью по шарнирному моменту для входного воздействия α - рис.3.(7).
Передаточную функцию определяется из рис.3.(7) при :
, (81)
где: 
; 
; 
.
Передаточную функцию рулевой машинки можно определить из рис.3.(9) при 
.
Рис.3.(9). К расчету передаточной функции
Для упрощения процедуры получения передаточной функции преобразуем структурную схему рис.3.(9) к виду, представленному на рис.3.(10).
Рис.3.(10). Преобразование структурной схемы рис.3.(9)
На рис.3.(10) передаточная функция 
аналогична передаточной функции (81):
. Тогда:
.
Передаточная функция нагруженной рулевой машинки (рис.3.(8)), полученная с учетом проделанных преобразований, равна:
. (82)
Динамические модели нагруженной рулевой машинки.
Модель 1. Система уравнений (78) и структурная схема рис.3.(7), или передаточная функция (84), описывающие динамические свойства нагруженной рулевой машинки, достаточно сложны. Для расчёта систем стабилизации на этапах Технических Предложений и Эскизного Проектирования, при качественной оценке динамических свойств нагруженной рулевой машинки пользуются её упрощёнными моделями. В зависимости от степени упрощения системы (78) модели нагруженной рулевой машинки могут быть различны.
Модель 2. Если можно пренебречь составляющей шарнирного момента 
, то структурная схема нагруженной рулевой машинки может быть представлена рисунком 3.(7). без пунктирной обратной связи, а её передаточная функция запишется в виде (81).
Модель 3. Если можно пренебречь инерционным (динамическим) и демпфирующим моментами нагрузки (считая, что в (81) 
), то структурная схема рулевой машинки будет соответствовать рис.3.(8), где: 
Модель 4. Без учета сжимаемости рабочего тела нагруженную рулевую машинку можно представить структурной схемой, показанной на рис.3.(11), где коэффициент жесткой обратной связи по нагрузке кос определяется по формуле (80).
Рис.3.(11). Структурная схема нагруженной
рулевой машинки без учета сжимаемости рабочего тела.
Передаточная функция нагруженной рулевой машинки запишется в следующем виде (гидравлическая рулевая машинка):
, (83)
где: 
.
Модель 5. Чаще всего основным моментом нагрузки на органах управления ЛА является шарнирный (позиционный) момент 
. Тогда, пренебрегая моментами 
, 
и 
, структурную схему нагруженной рулевой машинки можно представить рис.3.(12), где звено с передаточной функцией (
+1) учитывает сжимаемость рабочего тела.
Рис.3.(12). Структурная схема рулевой машинки,
нагруженной шарнирным моментом.
С учётом (51) сделаем некоторые преобразования. Поскольку 
=
=
; 
=
, а коэффициент нагрузки рулевой машинки кн мал:
то 
Тогда:
для гидравлической рулевой машинки (56) 
с;
для пневматической рулевой машинки (63) 
1/æ, с;
для электрической рулевой машинки (67). 
с.
Передаточная функция нагруженной рулевой машинки с учётом сжимаемости рабочего тела соответствует (83) с параметром: крм = δmax кн;
для гидравлической рулевой машинки:
с; (84)
для пневматической рулевой машинки:
Трм = (1 + æ кн)Тсж , с; (85);
для электрической рулевой машинки:
, с. (86)
В таблице 3.(1) для рулевых машинок различных типов приведены результаты расчета их основных параметров по полученным формулам в зависимости от вариантов исходных данных.
К расчёту параметров рулевых машинок. Таблица 3.(1).
| Тип рулевой машинки | | | кн | крм град. | Тсж,с Тя, с | Трм, с | |||||
| Исходные данные | Результаты расчёта | ||||||||||
| Гидравлическая | ±15 |
| 1,3 | Е=109,Н∙см-2 | ≈20 | ≈0,0003 |
| ||||
| Пневматическая | ±15 |
| 1,3 | | ≈20 | ≈0,04 |
| ||||
| Электрическая | ±15 |
| 1,3 | rя = 0,4,Ом | ≈20 | ≈0,06 |
| ||||
По результатам расчётов таблицы 3.(1). видно, что:
- значение постоянной времени Трм для всех типов рулевых машинок увеличивается при снижении требований к их быстродействию;
- в гидравлической рулевой машинке значение параметра Тсж мало, поэтому сжимаемостью жидкости можно пренебречь и формулу (84) записать в следующем виде: 
с. Структурная схема нагруженной гидравлической рулевой машинки примет вид, показанный на рис.3.(11).
Передаточная функция рулевой машинки будет аналогична (83) с параметрами: 
; 
, с; 
.
При известных моментной (рис.3.(13)) и механической характеристиках рулевой машинки (рис.3.(5) и рис.3.(6)) параметры передаточных функций упрощённых моделей нагруженной рулевой машинки могут быть определены следующим образом.
Рис.3.(13). Моментная характеристика рулевой машинки.
Модель 6. Если основой является позиционная нагрузка, то передаточная функция рулевой машинки запишется в виде (83) с параметрами: 
где 
- крутизна моментной характеристики рулевой машинки; 
– крутизна (жесткость) механической характеристики.
Модель 7. Если основной является инерционная нагрузка, то передаточная функция рулевой машинки запишется в виде:
, (87)
где: 
, с-1 ; 
, с ; J, кг·м2 – момент инерции всех подвижных частей рулевой машинки, приведённый к оси вращения руля.
Модель 8. Если позиционная и инерционная нагрузки соизмеримы, то передаточная функция рулевой машинки запишется в виде:
(88)
где: 
Для всех моделей нагруженных рулевых машинок для обеспечения требуемых значений 
и 
рулевая машинка должна иметь постоянную времени Трм не более полученного значения, рассчитанного по формулам (86), (87) и (88).
Передаточные функции упрощенных моделей рулевых машинок различных типов приведены в Таблице 3.(2).
Передаточные функции упрощенных
моделей рулевых машинок. Таблице 3. (2)
| Тип рулевой машинки | Передаточная функция рулевой машинки | ||
| z(s) | Ненагруженная рулевая машинка | Нагруженная рулевая машинка | |
| Гидравлическая, пневматическая | | | |
| Электрическая | | | |
Таким образом, в зависимости от требуемой точности решения поставленной задачи может быть использована та или иная модель нагруженной рулевой машинки, описываемая системой уравнений (78) и передаточными функциями (82), (83), (87), (88).
Динамические свойства рулевых машинок на горячем газе описывается другими физическими процессами и отличаются от физических процессов в гидравлических, пневматических и электрических рулевых машинках.
43
файл:240804-15928.doc.docx дата печати:01.03.2013 13:46
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
