Пупков К.А. Элементы теории систем управления летательными аппаратами (2015) (1246990), страница 7

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 7)

Если вкачестве таковой используется стартовая система координат, то — угол между вектором скорости и плоскостью местногогоризонта в точке запуска.49В конечной точке активного участка движения РН происходит«отсечка» реактивной двигательной установки, после чегоголовная часть РН с боевым зарядом продолжает двигаться побаллистической траектории в направлении цели.

Этот участоктраектории движения является неуправляемым, пассивным,поскольку движение осуществляется только под воздействиемгравитационных сил Земли. Схема, иллюстрирующая процессдоставки баллистической ракетой боевого заряда в заданную точкуна поверхности Земли, приведена на рис.

3.1, б.Очевидно, что процесс управления движением РН как материального тела требует решения двух основных проблем:управления движением центра масс РН;управления движением вокруг центра масс РН.В рассматриваемых системах движением центра масс РНуправляют путем изменения угловой ориентации вектора тягидвигательной установки, определяемой угловым положением РН.Организация такого управления представляет собой сложнуютехническую проблему.Проанализируем основные задачи, которые должна решатьСАУ движением РН вокруг центра масс.

Как было отмеченовыше, в процессе вывода полезной нагрузки РН направлениевектора скорости ракеты V должно быть управляемое. Следовательно, САУ должна обеспечить высокоточную отработкузадающего воздействия, определяющего требуемое программноеизменение угла тангажа   t  РН.Расчет программы изменения угловой ориентации РН по каналу тангажа   t  представляет собой самостоятельную сложную задачу, решение которой зависит от многих факторов:координат точек запуска и прицеливания;расчетных траекторий вывода;тяги реактивной двигательной установки;инерционно-массовых характеристик РН;характеристик окружающей атмосферы и др.На рис. 3.2, а представлено семейство графиков, отражающихпримерный характер траекторий движения головной части РН напассивном баллистическом участке траектории вывода для различных начальных значений углов ориентации векторов скоростив конечной точке активного участка вывода баллистической ракеты.

Семейство графиков, отражающих примерный характер50требуемого программного изменения угловой ориентации баллистической ракеты по каналу тангажа   t  на активном участкевыведения полезной нагрузки в заданную точку пространства,приведено на рис. 3.2, б.Рис. 3.2. Баллистические траектории для различных значений угловойориентации вектора скорости (а); семейство программных измененийугла тангажа на активном участке вывода (б) и зависимость плотностиатмосферы от высоты (в)Особенностью ракетных транспортных систем является то,что на различных участках их траекторий движение происходиткак в плотных слоях атмосферы Земли, так и в условиях ее практического отсутствия, что существенно усложняет процесс расчета и реализации программных траекторий.

Параметры атмосферыносят неопределенный характер и зависят от многих факторов, вчастности от времени года и суток, координат участка атмосферынад поверхностью Земли и др. Примерная зависимость плотностиатмосферы от высоты дана на рис. 3.2, в.51Рассмотрим теперь более подробно вопросы, связанные с формированием общей функциональной структуры системы управления движением РН вокруг центра масс. Известно, что любое материальное тело имеет три степени свободы, которые определяютего угловую пространственную ориентацию. При формированииматематического аппарата, необходимого для формального описания процессов управления угловой ориентацией РН, используютуглы тангажа  , рыскания  и крена  , полностью определяющие угловую ориентацию РН относительно координатных осейнекоторой базовой инерциальной системы координат.Таким образом, САУ движением РН вокруг центра масс должна быть трехканальной, причем по каждому из каналов необходимо генерировать управляющие моменты.

Очевидно, что для контролируемого изменения углового положения РН в пространстве всостав САУ должны входить исполнительные устройства, создающие управляющие моменты относительно трех взаимно перпендикулярных осей связанной с РН системы координат.Возможны различные конструктивные схемы созданияуправляющих моментов. Одна из схем компоновки реактивнойдвигательной установки (рис. 3.3, а) включает в себя основнойРис. 3.3.

Схемы компоновки реактивной двигательной установки(РДУ) с маршевым двигателем и системой поворотных двигателеймалой тяги (а) и с «качающимся» маршевым двигателем в двухстепенном подвесе (б)52маршевый реактивный двигатель, развивающий большую тягу P,и систему «качающихся» двигателей малой тяги, позволяющихизменять направления развиваемых ими векторов реактивных силP1—P4.Формируя командные сигналы управления на автоматическиеприводы, позволяющие изменять угловое положение камерреактивных двигательных установок малой тяги, можногенерировать управляющие моменты относительно любойиз координатных осей РН.На рис.

3.3, б представлена другая возможная схема компоновки реактивной двигательной установки, которая включает всебя развивающий большую тягу P основной маршевый реактивный двигатель, установленный в подвес с двумя степенями свободы, что позволяет управлять направлением вектора тяги и таким образом создавать не только ускоряющую тягу, но и необходимые управляющие моменты.Формируя командные сигналы управления на автоматическиеприводы, позволяющие изменять углы отклонения Y и  Zкамеры сгорания основного маршевого двигателя, можногенерировать управляющие моменты относительно координатнойоси zс по каналу тангажа  и относительно оси yс по каналурыскания  (рис.

3.4, а).Для создания управляющих моментов по каналу крена  относительно продольной оси xс связанной с РН системы координатможно использовать систему реактивных двигателей малой тягис неизменяемой ориентацией векторов тяги каждого двигателя.Под линейным эксцентриситетом тяги маршевого реактивногодвигателя следует понимать линейное смещение вектора Pотносительно продольной оси симметрии, на которой располагается центр масс РН. Наличие линейного эксцентриситета приводит квозникновению значительных действующих на РН возмущающихTмоментов.

Характеризуется он вектором Δr   0 ΔrY ΔrZ  .Угловой эксцентриситет тяги маршевого реактивного двигаTтеля определяет угловое отклонение вектора P  PX PY PZ  отего рас-четного направления, параллельного продольной xс осисим-метрии, на которой располагается центр масс РН. Наличиеугловогоэксцентриситетаприводитквозникновениюзначительных действующих на РН возмущающих сил и моментов(рис. 3.4, б). Характеризуется он значениями углов  и .53Рис.

3.4. Схемы формирования управляющих моментов (а), а также возмущающих сил и моментов (б), действующих на РНИсточниками линейного и углового эксцентриситетов являются технологические погрешности изготовления и установки накорпусе РН маршевого реактивного двигателя, а такжефлюктуации параметров вектора тяги P вследствие неоднородности и случайного характера процессов горения рабочего телав камере сгорания.Определим теперь измерения, необходимые для реализацииуправления угловой ориентацией РН. Сформулируем принципыфункционирования и организации САУ.Основная цель управления — целенаправленное и контролируемое изменение модуля и направления вектора скорости РН.Очевидно, что изменение модуля вектора скорости РН можетбыть обеспечено реактивной двигательной установкой, а егонаправления — только путем управляемого разворота РН в плоскости расчетной траектории ее движения.

Таким образом, САУдолжна обеспечить движение РН вдоль заданной траектории стребуемыми параметрами движения путем управления ее угловым пространственным положением.Определим основные задачи САУ в процессе ее функционирования:541) реализация программного изменения во времени ориентации вектора тяги P путем программного изменения его угловойориентации относительно оси zс связанной системы координат,т. е.

реализация программного управления изменением угла тангажа   t  ;2) парирование поперечных смещений центра масс РНи обеспечение ее движения только в продольной плоскостистрельбы путем стабилизации угловой ориентации РН относительно оси yс связанной системы координат, т. е. стабилизациянулевого угла рыскания   t   0;3) стабилизация угловой ориентации РН относительно ее продольной оси xс связанной системы координат, т. е.

стабилизациянулевого угла крена   t   0;4) компенсация действующих на РН возмущающих сил и моментов, обусловленных наличием линейного и углового эксцентриситетов маршевого реактивного двигателя большой тяги,а также случайными флюктуациями вектора тяги;5) компенсация действующих на РН возмущающих сил и моментов, обусловленных аэродинамическими силами и моментамипри ее движении в пределах границ атмосферы Земли.Возможны различные принципы построения САУ движениемРН как объекта управления.

Характеристики

Список файлов книги