Анализ динамики регулируемого газодинамического исполнительного устройства с уменьшенным импульсом последействия управляющей силы Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 681.5.013+621.646

В.А. Зуйков, асп., (4872)35-38-35

(Россия, Тула, ТулГУ)

АНАЛИЗ ДИНАМИКИ РЕГУЛИРУЕМОГО

ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА С УМЕНЬШЕННЫМ ИМПУЛЬСОМ ПОСЛЕДЕЙСТВИЯ УПРАВЛЯЮЩЕЙ СИЛЫ

Рассматриваются вопросы анализа динамических характеристик регулируемого газодинамического исполнительного устройства.

Ключевые слова: газодинамические исполнительные устройства, регуляторы давления, динамические характеристики.

Развитие и совершенствование технических средств пневмогидро-механических модулей мехатронных систем и, в частности, газовых силовых систем управления летательными аппаратами (ЛА) привело к созданию различных схем их построения на основе пускоотсечных электропневмоклапанов (ПОК), регуляторов давления (РД), предохранительных сбросовых клапанов (СК), нерегулируемых газодинамических исполнительных устройств (НГИУ) (рис. 1, а) и малогабаритных агрегатов ПОК-РД, РД-СК, ПОК-РД-СК (рис. 1, б), выполняющих одновременно функции соответствующих однофункциональных устройств.

Рассмотрим случай, когда на выходе агрегатов ПОК-РД и ПОК-РД-СК в качестве потребителя газа установлено проточное сверхзвуковое сопло. В этом случае данные агрегаты превращаются в регулируемые ГИУ (ГИУ-РД [1] и ГИУ-РД-СК), создающие постоянное предельное управляющее усилие без использования как указанных выше однофункциональных устройств, так и самих исходных агрегатов ПОК-РД и ПОК-РД-СК. Основным конструктивным отличием ГИУ-РД-СК (рис. 1, б) от ГИУ-РД является наличие в торце толкателя выпускного седла, которое обеспечивает при закрытии агрегата и посадке большого шарика на впускное седло более быстрое опорожнение предсопловой полости В и уменьшение импульса последействия реактивной силы, создаваемой при вытекании газа через сопло в атмосферу.

Расчётная схема агрегатных регулируемых ГИУ (РГИУ) показана на рис. 1, б. Исследование функционирования и параметрический синтез рассматриваемых агрегатов проводились с помощью их частных нелинейных математических моделей, формируемых на основе обобщенных моделей [1,2] с учетом отличительных особенностей устройства и функционирования.

Н

а

в

ЗхЮ6 1>407 1.3х107 2х107

Рм, Па

д

+^тр

5х10б 1x107 І.5А07 2>407

Рм, Па

б

г

0.026

0.025

о

И_

ьс

6

0.024

0.023

5х106 1x107 1.5х107 2x107

Рм, Па

2.3х10б

2.25х106

я 2.2*106

С

Д

2.15хЮ6

2.1х106

2.05x10°

5х1[|6 1 к107 1 5х107 2x107

Рм. Па

Рис. 1. К анализу агрегата ПОК-РД-СК

Основными характеристиками установившегося режима работы агрегатов являются статические характеристики, отражающие в этом режиме зависимости координаты поршня X, низкого давления в предсопловой полости Рв, управляющего усилия и секундного расхода Свс газа через сопло от давления в ресивере Р?, изменяющегося от начального значения Рмя до конечного Рмк.

Графики статических характеристик, рассчитанных при £=1.4, Л*=287 Дж/кг-К, Рмн =РРН=20 МПа, Рмк =Ррк=5.4 МПа, /с=0.1 МПа, 7м=7р=7с=293 К, гРБ=0.9-10-3 м, гБА=0.7-10-3 м, й?ш=2.381-10-3 м, й?т=0.8-10-3 м, Бвс =5.23-10-6 м, Бв=1.466-10-5 м, Л*ш=4.366-10-3 м, Д^в=6.2-10-3 м, Лтн=4-10-3 м, Г>тв=2-10-3 м, £п=8,423-4 м2, л=3,237-106 Н/м, ^пп=2,37-103 Н, ^=0,15 Н-с/м, М=0,1 кг, Хн=4,936-10-5м, Хк=1,813-10-4м, ^Тр=±25 Н, показаны на рис. 1, в - е.

Значения конструктивных параметров РГИУ были определены в результате параметрического синтеза [2] из условия обеспечения ^у=14±0,5 Н при ^ун= ^уК=13,5 Н и ^уэкстр=14,5 Н.

Важнейшим режимом работы РГИУ, как и указанных выше НГИУ, является импульсный режим с переменной частотой и длительностью следования управляющих импульсов.

Основными функциональными показателями ГИУ в этом режиме являются времена открытия то и закрытия тз, которые определяются по результатам расчета переходных процессов, вызванных подачей на вход электромеханического преобразователя и снятием ступенчатого входного сигнала. При этом большой интерес представляют переходные процессы открытия и закрытия тепломеханической части ГИУ, вызванные мгновенным перебросом маленького шарика с выпускного седла на впускное и обратно.

Необходимые для расчета этих процессов начальные значения переменных величин в полостях закрытого агрегата, а также координаты X и скорости Vпоршня, определяются из эксплуатационных соображений.

Графики переходных процессов, рассчитанных при указанных выше значениях конструктивных и эксплуатационных параметров и различных значениях координаты упора поршня хШщ, показаны на рис. 2, 3.

В левой части рисунков представлены графики, рассчитанные при Рр=Рн, а справа - при Рр=Рк: рис. 2, а - г - без сбросового клапана при Хтщ = 0 (агрегат ГИУ-РД), д-е и рис. 3 - со сбросовым клапаном, в том числе и при Хщщ = 4 -10-4м, близком к значению -5.153-10-4 м, соответствующему равенству площадей регулируемого сбросового отверстия и седла толкателя.

& Хтш ^

Рр=Рн

б Хтт 0M,

Рр=Рк

в Хтт ^

Ру.Н

д Хт;„=-2-10-4м, Рр=Р

Р?=Ря

Свс, кг/с

Р-^Т н

Хтт ОМ,

Ру.Н

Р?=Рк

ЙВС, кгк

е Хт,„=-2-10-4м

Рр=Рк

Рис. 2. Переходные процессы ГИУ при Рр=Рн, Рр=Рк иразличных Хт

Хпп„—4 • 10 4м, Рр—Р н Х„т,—4 • 10 4м, Рр—Р к

а

Рис. 3. Переходные процессы ГПУ при Рр=Рн, Рр=РК и Хт1П=-4 10г4м

Анализ динамических характеристик показывает, что наличие СК и увеличение Хтп уменьшают импульс последействия управляющего усилия при закрытии агрегата, но увеличивают время его открытия и колебательность механической подсистемы.

В заключение следует отметить, что ГИУ-РД-СК без сопла является агрегатом ПОК-РД-СК регулируемой системы газоснабжения блока НГИУ (рис. 1, а,б). В этом агрегате в конце переходного процесса закрытия за счет СК происходит нежелательный дренаж газа, уменьшающий давление в полости Вина входе в НГИУ до давления среды.

Поэтому данный агрегат целесообразно использовать при малом времени полета ЛА и одноразовом открытии либо закрывать при закрытых потребителях, что может привести к нерегулируемому росту давления на их входе за счет утечки газа через неплотно закрытую впускную клапанную пару «затвор-седло». В этом случае необходимо использовать агрегат ПОК-РД с самостоятельным СК, либо другой агрегат ПОК-РД-СК, в котором отсутствует указанный выше нежелательный дренаж газа.

Список литературы

1. Исследование функционирования регулируемого газодинамического исполнительного устройства / А.В. Александров [и др.] // Известия ТулГУ. Сер. Вычислительная техника. Информационные технологии. Системы управления. Вып. 3. Системы управления. Т. 1. 2006. С. 13-25.

2. Параметрический синтез регулируемого газодинамического исполнительного устройства // А.В. Александров [и др.] // Известия ТулГУ.