CC BY
48
УДК 629.735
В.А. Яшков, асп., 8-950-317-19-68, уауйаПс@уапёех.ги ,
А.А. Порунов, канд. техн. наук, проф., 8-908-331-65-77, рршпру [email protected] (Россия, Казань, КГТУ-КАИ)
АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СТРУЙНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПОДВИЖНЫМ ОБЪЕКТОМ
Проанализированы системы управления подвижными объектами различных классов. Рассматриваются принципы построения и схема струйной системы, построенной на основе датчика угловой скорости, использующего сочетание струйного, теплового и акустического эффектов.
Ключевые слова: струйная система управления, подвижный объект, кинематические параметры.
В создание интегрированных систем управления (ИСУ) подвижных объектов (ПО) в настоящее время вкладываются значительные инвестиции. Их эффективность существенным образом зависит от новизны тех решений, на основе которых подобные системы строятся. Однако даже при использовании современных достижений в области автоматизированных систем управления и информационных технологий разработчики ИСУ сталкиваются с рядом трудностей различного характера — организационного, терминологического, кадрового, технического, программного, структурного и т.д. В совокупности такие трудности и составляют проблемы создания ИСУ, от выбора путей преодоления которых также зависит эффективность инвестирования.
Непрерывное расширение спектра задач, выполняемых ПО в различных областях науки и техники, а также при решении задач повышения обороноспособности страны требует совершенствования уровня надежности и безопасности их применения. Это в значительной степени зависит от систем информационного обеспечения, в том числе струйных, необходимых для успешного контроля и управления кинематическими параметрами ПО. Особое значение на современном этапе развития страны имеет повышение объема и интенсивности транспортных перевозок грузов, людей и специальных технических объектов внутри страны, между странами ближнего и дальнего зарубежья. Это обусловливает необходимость контроля таких кинематических параметров, как линейная и угловая скорость, линейное и угловое ускорение, информация о которых не только непосредственно используется для инструментального управления движением ПО, в том числе и транспортными средствами (ТС), но необходима для реализации законов автоматического или полуавтоматического управления ТС, особенно на переходных режимах их движения.
Возрастающие требования к повышению эффективности и безопасности подвижных объектов различного назначения, в том числе и ТС, обу-
словливает необходимость совершенствования бортовых систем информационного обеспечения, в том числе и систем навигации с входящими в них элементами и устройствами. К наиболее перспективному направлению решения этой задачи следует отнести применение принципов комплекси-рования источников информации, построенных на различных физических принципах, в сочетании с широким использованием компьютерных технологий в обработке и представлении результатов измерений.
Таким образом, высокая информативная ценность кинематических параметров, с одной стороны, и успешное развитие специализированных и универсальных бортовых средств вычислительной техники, с другой, создают необходимые условия для внедрения в практику как автоматического, так и инструментального управления ПО новых методов и средств измерения кинематических параметров.
Особую сложность при управлении подвижным объектом представляет получение непосредственной информации о параметрах движения в различных системах координат, среди которых можно выделить векторы ускорения, угловой скорости, а также аэродинамические углы. Использование известных методов и средств измерения этих параметров, применительно к задачам управления и контроля подвижным объектом при полете в воздушном и космическом пространствах, ограничивается габаритномассовыми, стоимостными, точностными характеристиками, быстродействием, временем готовности, устойчивостью к воздействию радиоактивного излучения, поставившими задачу расширения диапазона измерения ускорений и вертикальных скоростей в сторону малых, что особенно необходимо в переходных режимах, а также для повышения достоверности измерения. Наиболее перспективным является использование принципов струйной техники в сочетании с широтно-импульсной модуляцией.
Анализ задачи разработки струйных систем управления для определения параметров подвижных объектов рассмотрен в работе [1], где особое внимание уделялось тепловым, акустическим и струйным эффектам. В данной работе приводятся принципы и схемы построения систем, построенных на основе струйных измерительных устройств, в качестве которых рассмотрены струйный датчик угловой скорости, струйное устройство формирования композиционного устройства, имеющие ряд преимуществ по сравнению с пропорциональными системами: большее быстродействие и точность, некритичность к потерям в линиях передач, отсутствие дрейфа нуля. Методы и подходы, применяемые при решении задачи формирования сигналов управления, являются энергонезависимыми и позволяют использовать их как в условиях космоса, так и при высоком уровне возмущающих воздействий. Суммарное силовое воздействие на струю приводит к возникновению разности длительностей импульса нахождения рабочей струи в крайних положениях. Одним из перспективных направлений со-
вершенствования систем на основе струйных измерителей является использование вихревых эффектов, применяемых для создания курсовых систем, базовым элементом которой является вихревой датчик угловой скорости, охваченный отрицательной скоростной обратной связью, позволяющей поддерживать частоту вращения датчика равной нулю и, следовательно, иметь фиксированную ориентацию датчика относительно оси чувствительности независимо от поворотов рамы, на которой устанавливается датчик.
В представленной работе предложен новый подход к реализации контура скоростной обратной связи, основанный на использовании струйных элементов. Предлагаемый метод реализации позволяет упростить систему благодаря исключению дополнительных преобразователей. В результате была получена функция преобразования струйного датчика угловой скорости, представляющая зависимость отклонения затопленной газовой струи ОТ угловой скорости. При воздействии угловой скорости Юо на струю газа, истекающую из формирующего сопла, центр струи отклоняется на расстояние у относительно оси симметрии преобразователя, которое определяется выражением. Анализируя состояние и направление совершенствования курсовых систем на новых физических принципах, сделан вывод о перспективности построения струйной курсовой системы для малоразмерных объектов авиационной техники на основе струйных датчиков угловой скорости вихревого или баллистического типа. Исследования физикоматематической модели струйного устройства на основе этих эффектов позволили обосновать принципы и варианты его конструктивного построения.
На рис. 1 показана структурно-функциональная схема струйного датчика угловой скорости, который служит для измерения угловой скорости подвижного объекта в связанной системе координат. Основной целью устройства является повышение точности измерений ускорения. При отсутствии угловой скорости струя газа расположена симметрично относительно оси прибора и анемочувствительные элементы 5 обдуваются участками струи с одинаковой скоростью. В этом случае сигналы \]\ и Ц? на выходах электрических цепей б и 7 одинаковы и разностный электрический сигнал, пропорциональный ускорению, равен нулю. При вращении датчика с угловой скоросттью со происходит отклонение струи газа относительно оси симметрии прибора. При этом скорости обдува анемочувствитель-ных элементов становятся различными, что приводит к изменению сигналов \]\ и и2, разность которых пропорциональна ускорению. На выходе дифференциального усилителя 8 получаем сигнал, пропорциональный ускорению. Источник пневмопитания содержит пьезокерамический преобразователь 2, резонансную акустическую камеру 3, образованную пьезопре-
образователем и стенкой 4 с центральным отверстием - соплом, и приём ный канал 5.
Рис. 1. Структурно-функциональная схема струйного датчика угловой скорости:
1 - источник пневмопитания, 2 - формирующее сопло, 3 - рабочая камера, 4 - герметичный корпус, 5 - анемочувствительные элементы, 6,7 - дифференциальные электрические цепи,
8-усилитель, 9 - струя
Предварительные эксперименты на макете струйного преобразователя и изучение стандартов на эксплуатационные воздействия применительно к преобразователям угловых скоростей позволили выявить наиболее существенные факторы (рис. 2).
Рис. 2. Структурно-функциональная схема процесса преобразования угловой скорости
В общем случае отклонение струи газа (входной элементарный пневматический преобразователь 1) является функцией факторов, связанных с кинематическими параметрами ламинарной «затопленной» газовой струи: угловая скорость со, линейные ускорения ах и ау по осям х и у, объемный расход Он источника пневмопитания (ИПП), определяемый напряжением [/#, частотой питания ИПП 10 и температурой Тс среды. Отклонение струи вызывает изменение массовых расходов Ад\ и Ад2, значения которых зависят также от отклонения 2, являющегося функцией ускорений
ах az, температуры среды и У, струи, расхода нагнетателя и ускорения g свободного падения [2].
Список литературы
1. Ятттков В.А. Основы теории разработки и проектирования струйных систем измерения кинематических параметров летательного аппарата // XX Российская ттткола по проблемам науки и технологий “Наука и технологии - 2010”. Миасс: МСНТ, 2010. С.54-56.
2. Ятттков В.А. Струйный измеритель кинематических параметров системы управления подвижным объектом // XII Международная научнотехническая конференция “Проблемы управления и моделирования в сложных системах”. Самара: Самарский научный центр РАН, 2010.
С. 376-381.
V. A. Jashkov, А.А. Porunov
THE ANATYSIS AND SYNTHESIS OF JET CONTROL SYSTEMS BY MOBILE OBJECT
Control systems of mobile objects of various classes are analysed. Principles of construction and the scheme of the jet system constructed on the basis of the gage of angular speed, jet combination jet, thermal and acoustic effects are considered.
Key words: jet control system, mobile object, kinematic parameters.
УДК.623.421.8
Ф.А.Савченко, канд. техн. наук, нач. кафедры, (8412) 54-60-23, [email protected] (Россия, Пенза, ВУНЦ СВ «ОВА ВС РФ»)
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ГРАНАТОМЕТНОГО ВООРУЖЕНИЯ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
Рассмотрено влияние параметров функционирования гранатометного вооружения на эффективность его боевого применения в особых условиях на основе проведения комплексной медицинской оценки работоспособности гранатометчика.
Ключевые слова: гранатомет, боевое применение в особых условиях, помегцение замкнутого объема, медицинская oifeHm.
Оценка влияния параметров функционирования безоткатного оружия, в частности безоткатных средств ближнего боя (БСББ), на эффективность его боевого применения в особых условиях заключалась в проведении комплексной медицинской оценки состояния гранатомётчика при имитации и проведении стрельбы из помещений замкнутого объёма с пре-
