CC BY
58
ццУДК 681.5.013+621.648
СИНТЕЗ ВАРИАНТОВ СИСТЕМЫ КОМБИНИРОВАННОГО
РУЛЕВОГО ПРИВОДА
Рассматриваются с точки зрения патентоведения аналоги, прототипы и технические решения задачи структурного синтеза системы комбинированного рулевого привода.
Ключевые слова: структурный синтез, комбинированный привод, рулевая машина, газодинамическое устройство управления.
Объектом поискового конструирования является система комбинированного рулевого привода, содержащего рулевую машину с аэродинамическими рулями, газодинамическое устройство управления со сверхзвуковыми соплами и имеющего повышенную экономичность за счет использования бортовых источников сжатого газа только при полете в условиях малых скоростных напоров набегающего воздушного потока на начальном и/или высотном участках траектории.
Известны системы воздушно-динамических рулевых приводов (ВДРП), содержащие аэродинамические рули, воздухозаборник набегающего потока и сообщенную с ним рулевую машину, снабженную электромеханическим преобразователем, пневмораспределителем с регулирующим органом, перемещаемым этим преобразователем, и объемным пневматическим двигателем с подвижным элементом, соединенным кинематически с рулями [1].
Достоинством этих систем является использование для питания рулевой машины скоростного напора набегающего воздушного потока, что позволяет исключить автономный бортовой источник рабочего тела при
Ус - скорость полета. Недостаток заключается в низкой эффективности управления летательным аппаратом в условиях малых скоростных напоров на начальном участке траектории при малой скорости полета и на высотном участке в разреженных слоях атмосферы.
Этого недостатка лишена выбранная в качестве прототипа известная система комбинированного рулевого привода, реализующая помимо аэродинамического газодинамический способ управления, который основан на создании дополнительного управляющего воздействия на летательный аппарат за счет реакции газа, истекающего из противоположно направленных сверхзвуковых сопел в окружающую среду [2].
В.С. Александров, А.А. Васильев, Е.В. Морозова
достаточных скоростных напорах
Данная система комбинированного рулевого привода содержит аэродинамические рули, первый бортовой источник сжатого газа и сообщенную с ним рулевую машину, снабженную электромеханическим преобразователем, первым газораспределителем с поворотным регулирующим органом, перемещаемым этим преобразователем, и объемным газовым двигателем с подвижным элементом, соединенным кинематически с рулями, второй бортовой источник сжатого газа и сообщенное с ним газодинамическое устройство управления, снабженное вторым газораспределителем с регулирующим органом, соединенным кинематически с подвижным элементом газового двигателя, и двумя каналами отвода газа, сообщенными с противоположно направленными сверхзвуковыми соплами.
Достоинство данного прототипа заключается в обеспечении с помощью бортовых источников сжатого газа эффективного управления летательным аппаратом в условиях малых скоростных напоров набегающего потока на начальном участке траектории. Недостатком является низкая экономичность системы и, как следствие, ее большие габариты и масса, обусловленные использованием первого бортового источника сжатого газа для питания рулевой машины как на начальном, так и на продолжительном основном участках траектории полета. Очевидно, для повышения экономичности и уменьшения габаритов и массы системы комбинированного рулевого привода вместо указанного первого бортового источника для питания рулевой машины на основном участке траектории может применяться используемый в аналоге скоростной напор набегающего воздушного потока, что не является существенным отличительным признаком систем с комбинированным аэро- и газодинамическим способами управления.
Задачей настоящего структурного синтеза является повышение экономичности системы комбинированного рулевого привода летательного аппарата за счет частичного питания рулевой машины и газодинамического устройства управления набегающим воздушным потоком и использования бортовых источников сжатого газа только при полете в условиях малых скоростных напоров этого потока на начальном или высотном участках траектории.
Решение данной задачи в случае начального участка траектории может быть достигнуто с помощью газовых эжекторов (рис. 1). Система комбинированного рулевого привода с газовыми эжекторами, содержит аэродинамические рули 1, 2, первый бортовой источник 3 сжатого газа и сообщенную с ним рулевую машину 4, снабженную электромеханическим преобразователем 5, первым газораспределителем 6 с регулирующим органом 7, перемещаемым этим преобразователем, и объемным газовым двигателем 8 с подвижным элементом 9, соединенным кинематически с рулями 1, 2, второй бортовой источник 10 сжатого газа и сообщенное с ним газодинамическое устройство управления 11, снабженное вторым газораспределителем 12 с поворотным регулирующим органом 13, соединенным
кинематически с подвижным элементом 9 газового двигателя 8, и двумя каналами 14, 15 отвода газа, соединенными с противоположно направленными сверхзвуковыми соплами 16, 17. Рулевая машина 4 и газодинамическое устройство управления 11 снабжены соответственно первым и вторым газовыми эжекторами 18, 19, содержащими низконапорные сопла 20, 21, сообщенные с дополнительно установленными первым и вторым воздухозаборниками 22, 23 набегающего потока, высоконапорные сопла 24, 25, сообщенные соответственно с первым и вторым бортовыми источниками 3, 10 сжатого газа, запускаемыми при малых скоростных напорах набегающего потока, и камеры смешения 26, 27, соединенные с каналами подвода 28, 29 газа соответственно к рулевой машине 4 и газодинамическому устройству управления 11.
Рис. 1. Система комбинированного рулевого привода с газовыми эжекторами
Описанная система с газовыми эжекторами работает на начальном участке траектории следующим образом.
При пуске летательного аппарата одновременно запускается первый бортовой источник 3 сжатого газа, поступающего через высоконапорное сопло 24 в камеру смешения 26 первого газового эжектора 18. Благодаря
24
эффекту эжекции во входном сечении камеры 26 создается более низкое статическое давление, по сравнению с полным давлением низконапорного газа, и он под действием перепада давлений поступает из воздухозаборника 22 через низконапорное сопло 20 в камеру 26, где смешивается с высоконапорным газом, образуя на выходе камеры 26 рабочее тело в виде газовой смеси с давлением, обеспечивающим работу рулевой машины 4 с первым газораспределителем 6 и регулирующим органом 7. При одновременном запуске второго бортового источника 10 сжатого газа во втором газовом эжекторе 19 протекают аналогичные процессы, которые приводят к повышению давления в камере смешения 27, канале подвода 29 и, в конечном итоге, в каналах 14, 15 газодинамического устройства управления 11. Следует отметить, что установка камеры смешения 27 на выходе сверхзвукового сопла 25 обеспечивает эжекторное увеличение реактивной силы, создаваемой этой камерой, по сравнению с силой, создаваемой самим соплом [3 - С. 440, рис. 9.4; С. 504, рис. 9.30]. Таким образом, установка в системе комбинированного рулевого привода газовых эжекторов 18 и 19 позволяет обеспечить достаточно эффективное управление движением летательного аппарата на начальном участке траектории, перекладывая в соответствии с командами со стороны системы управления рули 1, 2 и поворотный регулирующий орган 13 второго газораспределителя 12, открывая, в частности, вход в одно сопло 16 и закрывая в другое - 17.
По окончании начального участка и работы бортовых источников 3, 10 рулевая машина 4 продолжает свою работу на основном участке траектории, используя достаточный скоростной напор набегающего потока, поступающего из воздухозаборника 22. Кроме того, в отличие от прототипа, газодинамическое устройство управления, используя набегающий поток из воздухозаборника 23, создает на основном участке некоторое дополнительное газодинамическое управляющее усилие, увеличивающее аэродинамическое усилие, создаваемое рулями.
В случае короткого начального участка траектории скорость полета и скоростной напор набегающего потока достаточно быстро возрастают, что позволяет весьма эффективно использовать газовый эжектор 18 даже с нерегулируемым баллонным источником сжатого газа, в котором давление в баллоне, питающем высоконапорное сопло 24 соответственно быстро убывает от высокого начального значения. Иначе обстоит дело на достаточно длинном высотном участке траектории, где плотность воздуха в набегающем потоке по мере увеличения высоты значительно уменьшается. В этом случае вместо газовых эжекторов для питания рулевой машины 4 и газодинамического устройства управления 11 можно использовать бортовые источники сжатого газа с распределительными клапанами, отсекающими воздухозаборники с целью исключения сброса газа из источников в атмосферу.
На рис. 2 показана схема системы комбинированного рулевого привода, в котором в отличие от описанного выше рулевая машина 4 и газодинамическое устройство управления 11 снабжены соответственно первым и вторым распределительными клапанами 18, 19, содержащими рабочие полости 20, 21, соединенные соответственно с каналами подвода 22, 23 газа к рулевой машине 4 и газодинамическому устройству управления 11, и клапанные регулирующие органы 24, 25, каждый из которых имеет по два жестко соединенных впускных затвора 26, 27 и 28, 29, расположенных между двумя соответствующими впускными седлами 30, 31 и 32, 33, причем два впускных седла 31, 33 сообщены с дополнительно введенными воздухозаборниками 34, 35 набегающего потока, а два противоположно расположенных впускных седла 30, 32 сообщаются соответственно с первым 3 и вторым 10 бортовыми источниками сжатого газа, запускаемыми при малых скоростных напорах набегающего потока.
Описанная система с распределительными клапанами 18, 19 работает на высотном участке траектории следующим образом.
При вхождении летательного аппарата в разреженные слои атмосферы по командам из системы управления запускаются первый 3 и второй 10 бортовые источники сжатого газа, подводимого с необходимыми давлениями РИ1 и РИ к закрытым впускным седлам 30, 32 распределительных клапанов 18, 19. Под действием этих давлений клапанные регулирующие органы 24, 25 перебрасываются с нижних впускных седел 30, 32 на верхние 31, 33, осуществляя отсечку низконапорного газа в воздухозаборниках 34, 35 и подачу в рулевую машину 4 и газодинамическое устройство управления 11 сжатого газа с давлениями РМ и РН , обеспечивающими их функционирование.
В случае возвращения летательного аппарата в плотные слои атмосферы и окончания работы бортовых источников сжатого газа 3, 10 давления в воздухозаборниках 34, 35, действующие на клапанные регулирующие органы 24, 25 со стороны верхних впускных седел 31, 33, превысят уменьшающиеся давления со стороны нижних седел 30, 32, что вызовет переброс клапанных регулирующих органов 24, 25 на нижние впускные седла 30, 32 и подачу в рулевую машину 4 и газодинамическое устройство управления 11 набегающего потока из воздухозаборников 34, 35 с давлением, достаточным для обеспечения их функционирования на конечном участке траектории.
Таким образом, в предлагаемой системе комбинированного рулевого привода бортовые источники сжатого газа 3 и 10 применяются для питания рулевой машины 4 и газодинамического устройства управления 11 с целью повышения эффективности управления только на начальном или высотном участках траектории, а на продолжительном основном участке подъема летательного аппарата и на возвратном участке его спуска используется скоростной напор набегающего воздушного потока, что приво-
дит к повышению экономичности системы по сравнению с системой, использующей для питания рулевой машины бортовой источник сжатого газа в течение всего времени полета.
27
Рис. 2. Система комбинированного рулевого привода с распределительными клапанами
В заключение заметим, что для одновременного обеспечения эффективного управления на начальном и высотном участках траектории в системе комбинированного рулевого привода можно последовательно установить как эжекторы, так и распределительные клапаны со своими бортовыми источниками сжатого газа.
Список литературы
1. Патент ЯИ 2070714 С1, 20.12.1996.
2. Кашин В.М., Лифиц А. Л. Методологические основы проектирования переносных зенитных ракетных комплексов / В.М. Кашин, А.И. Лифиц. М.: Наука, 2013.
3. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика: учебник для втузов / Г.Н. Абрамович. 3-е изд., перераб.и доп. М.: Наука, 1969.
27
Александров Вячеслав Сергеевич, д-р техн. наук, проф., avs@sau.tsu.tula.ru, Россия, Тула, ФГБОУ ВО "Тульский государственный университет",
Васильев Александр Анатольевич, инженер, alexander5151@rambler.ru, Россия, Тула, КБ приборостроения имени академика А.Г. Шипунова,
Морозова Елена Владимировна, канд техн. наук, доц., mevsautulgu@,mail.ru, Россия, Тула, ФГБОУ ВО "Тульский государственный университет"
SYNTHESIS OF VARIANTS OF A COMBINED SYSTEM OF STEERING GEAR
V.S. Alexandrov, A.A. Vasilev, E. V. Morozova
The point of view of patent analogues, prototypes and technical solutions to the problem of structural synthesis of a combined system of steering gear are considered.
Key words: structural synthesis, the combo drive, steering gear, gas-dynamic control
device.
Alexandrov Vyacheslav Sergeevich, doctor of technical science, professor, avs@sau. tsu. tula.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Vasilev Alexander Anatolevich, engineer, alexander5151@rambler.ru, Russia, Tula, Instrument design Bureau named after academician A. G. Shipunov,
Morozova Elena Vladimirovna, candidate of technical science, docent, mevsautul-gu@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.383
ЦВЕТОВАЯ СЕЛЕКЦИЯ ТОЧЕЧНЫХ ИСТОЧНИКОВ
А.Ю. Андросов
Исследуется проблема селекции сигнала с разделением на цветовые составляющие. Показано, что без увеличения общей информационной емкости сигнала при использовании в качестве информативных признаков цветовые составляющие можно повысить эффективность выделения сигнала.
Ключевые слова: точечный источник, селекция, цветовые составляющие.
В большинстве работ по селекции целей изображения рассматриваются как монохромные [1, 2, 3], а следовательно такой важный параметр, как частота электромагнитного излучения V исключается из анализа, что в ряде случаев затрудняет решение задач поиска и идентификации объекта на сцене. В цветном изображении каждый элемент сцены обеспечивает модуляцию светового потока (излученного или отраженного) по частотам
