CC BY
208
УДК.531.383
М.И. Дегтярев, асп., (4872) 35-19-59,
ёе^агеу mihail@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
Д.М. Малютин, канд. техн. наук, доц., проф., (4872) 35-19-59
МЛЬУТШОМ@уапёех.ги (Россия, Тула, ТулГУ)
СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ ИНДИКАТОРНЫХ ГИРОСТАБИЛИЗАТОРОВ НА ДИНАМИЧЕСКИ НАСТРАИВАЕМОМ ГИРОСКОПЕ
Приведен обзор технических характеристик индикаторных гиростабилизато-ров на динамически настраиваемом гироскопе, а также литературы, посвященной ги-ростабилизаторам на динамически настраиваемом гироскопе. Выявлены достоинства и недостатки таких гиростабилизаторов. Сформулированы задачи, решение которых позволит повысить точность и эффективность использования управляемых гиростабилизаторов на динамически настраиваемых гироскопах.
Ключевые слова: гиростабилизатор, динамически настраиваемый гироскоп, система стабилизации.
На сегодняшний день в авиационной и ракетной технике широкое распространение получили гироскопические стабилизаторы (ГС), с помощью которых решают задачи ориентации и навигации летательного аппарата (ЛА), а также стабилизируют специальные приборы - пеленгаторы, прицелы, визиры, объективы фотоаппаратов и др.
Области применения таких систем расширяются, вместе с тем, возрастают требования к ним по точности стабилизации, точности определения параметров ориентации, минимизации массы, габаритов, стоимости, энергопотребления, времени готовности и способности интегрироваться в современные системы управления объекта.
Рассмотрим ГС на динамически настраиваемом гироскопе (ДНГ), выпускаемые отечественной и зарубежной промышленностью.
На предприятии ЦКБ «АРСЕНАЛ» (Украина) разработан ГС поля зрения (ГС ПЗП). Система стабилизации и наведения представляет собой двухосный ГС на основе миниатюрного управляемого ДНГ.
Точность стабилизации (таблица) определялась при гармонической
- , п о
качке основания по азимуту и по высоте с амплитудой ± 3 и частотой 0,7...1,2 Гц.
ОАО «НПК» Киевский завод автоматики им. Г.И. Петровского» выпускает гирокомпас «КРУИЗ - М», относящийся к классу корректируемых гирокомпасов с косвенным управлением.
ГК построен на индикаторном ГС на базе динамически настраиваемого гироскопа. Прибор предназначен для определения навигационных параметров морских, речных судов и яхт.
22
ФНПЦ «ОАО «Красногорский завод им. С. А. Зверева» выпускает системы стабилизации изображения для танков «Агат - М» и «Ноктюрн».
В комплексе «Агат - М» три оптических канала размещены в одном корпусе. Стабилизация поля зрения каждого из каналов обеспечивается за счёт стабилизации головного зеркала, являющегося общим конструктивным элементом для всех трёх каналов.
В тепловизионном прицеле «Ноктюрн» стабилизация осуществляется аналогичным образом - посредством зеркала.
В качестве чувствительного элемента ГС «Агат - М» и «Ноктюрн» используются гироскопы ДНГ и трехстепенной астатический гироскоп с наружным кардановым подвесом МГТУ - 02. Точность стабилизации (таблица) определялась при гармонической качке основания с частотой 0,7 Гц.
Мичуринский завод «Прогресс» производит координаторы цели Д1-2У и ХМ 1-2 на ДНГ, которые входят в состав усовершенствованной активной радиолокационной головки самонаведения 9Б - 1103 М производства НИИ «Агат» (г. Жуковский) (диаметр 150, 200 и 300 мм), предназначенной для установки на ракеты класса «воздух-воздух» и «земля-воздух».
Зарубежные фирмы [1], такие, как «Сперри-маркони», «Сфим», «Зингер - Кирфот», производят прецизионные инерциальные навигационные системы (ИНС) на ДНГ для осуществления навигации в чисто инерци-альном режиме работы. Например, германская фирма «Зингер - Кирфот» производит ИНС SKN - 2416, SKN - 2440, определяющие местоположение, скорость и курс самолета для стратегического бомбардировщика В - 1В.
а
б
Координатор цели Д1-2У на ДНГ: а - вид сбоку; б - вид сверху
23
Технические характеристики перечисленных выше ГС приведены в таблице.
Технические характеристики ГС на ДНГ
Тип / производитель Точность стабилизации, угл. с Скорости наведения, град/с Углы обзора, град Масса, кг/ габариты, мм
ГС ПЗП/ ЦКБ «Арсенал» 21 ± 0,02.. .3,5 + 20.- 10 высота, ± 5 азимут 14,5 0250Х х285
Танковый тепло-визионный прицел «Ноктюрн»/ ФНПЦ «ОАО «Красногорский завод им. С.А. Зверева» 42 - - 55
Танковый прицел командира «Агат-М»/ ФНПЦ «ОАО «Красногорский завод им. С.А. Зверева»: на ДНГ на МГТУ - 02 50 60 - - 60 62 541Х355Х х233
ГС, ОАО «НПК Киевский завод автоматики им. Г.И. Петровского» 55 - ± 45 дифферент, ± 45 крен. 25
Из таблицы видно, что применение ДНГ в качестве чувствительного элемента ГС, использующегося для стабилизации танкового прицела «Агат - М», позволяет повысить точность стабилизации по сравнению с МГТУ - 02.
В учебном пособии [1] рассмотрена динамика ДНГ с вращающимся и невращающимся упругим подвесом ротора, исследованы методические
и инструментальные погрешности, показаны возможности практического использования ДНГ для измерения угловых скоростей и углов относительно инерциального пространства, представлены математические модели погрешностей ДНГ. Также рассмотрена работа ДНГ в составе гиростабили-зированной платформы, точнее, появление корпусной составляющей ухода (воздействие на гироскоп при нанесении виброудара по корпусу гироси-стемы). Однако в данном пособии не рассматривается работа ГС на ДНГ в режиме стабилизации и управления.
В учебном пособии [2] при анализе динамики ДНГ для определения положения ротора используется невращающаяся система координат (СК), также приведены соотношения между углами, определяющими положение ротора в невращающейся СК, и углами, определяющими положение ротора во вращающейся СК. Это объясняется тем, что во многих случаях исследование движения ДНГ во вращающейся СК оказывается неудобным.
В работе [3] рассмотрены вопросы теории, конструктивные схемы ДНГ, методики испытаний и вопросы применения их в системах ориентации и навигации ЛА. На базе анализа уравнений движения ДНГ приведены рекомендации по выбору основных параметров прибора. Получена модель погрешности ДНГ и оценено влияние условий эксплуатации на точность функционирования прибора. Основное внимание уделяется исследованию работы гироскопа, изучению его основных погрешностей. Приведены выводы уравнений движения для п-колечного подвеса ротора ДНГ. В отличие от [1, 2] представлено математическое описание ГС на ДНГ, но это математическое описание не учитывает особенностей работы системы в совмещенном режиме стабилизации и управления, математическая модель выведена без учета влияния гироскопа на платформу.
В работе [4] проведено исследование ДНГ с точки зрения их применения в качестве чувствительного элемента ГС. Уравнения движения гироскопа получены на основе необобщенных уравнений Эйлера. Проведен анализ этих уравнений, исследована устойчивость, получены необходимые передаточные функции. Также в работе [4] рассмотрены основные элементы конструкции ДНГ, даны их характеристики, приведен расчет угловой жесткости упругих элементов карданова подвеса. Получены уравнения движения ГС на ДНГ и сформулированы условия, при которых обеспечивается устойчивость ГС, показано, что ГС устойчив, если ДНГ и следящая система устойчивы по отдельности. Приведена методика формирования регулятора ГС, обеспечивающая заданную точность и качество регулирования. Описаны конструктивные меры, обеспечивающие заданную точность и качество регулирования, а также помехоустойчивость ГС от шумов, источником которых является ДНГ. В работе [4], так же, как и в [3], отсутствует анализ работы ГС в совмещенном режиме стабилизации и
управления, не рассмотрено функционирование контура электрического арретирования, при выводе математической модели не учитывалось влияние гироскопа на платформу.
Анализ литературных источников позволил выяснить, что точность ГС определяется как точностью системы стабилизации, обеспечивающей совмещение платформы с опорной СК, так и точностью самой опорной системы, где гироскоп играет роль чувствительного элемента, моделирующего опорную СК.
ДНГ относится к гироскопам среднего класса точности, однако имеет меньшую стоимость и небольшие размеры по сравнению с гироскопами высокого класса точности, малое число функциональных элементов и, следовательно, повышенную надежность, возможность функционирования в широком диапазоне температур и перегрузок при малом времени готовности, малую потребляемую мощность. Для систем одноразового использования ДНГ можно отнести к гироскопам высокого класса точности по сравнению с использующимися аналогами: трехстепенным астатическим гироскопом с внешним кардановым подвесом МГТУ - 05 и трехстепенным астатическим гироскопом с шаровым подвесом Д - 7 - 03. Перечисленные выше факторы обуславливают достоинства ГС на ДНГ. К недостаткам ГС на ДНГ можно отнести вариативность вида передаточной функции ДНГ на низких частотах при изменении условий функционирования, что затрудняет построение контуров стабилизации прибора.
Увеличение точности и эффективности функционирования ГС на ДНГ может быть достигнуто путем увеличения точности собственно ДНГ, увеличения точности следящей системы, разработки оригинальных алгоритмов управления ГС.
Разработка адекватного математического описания работы ГС на ДНГ в совмещенном режиме стабилизации и управления с учетом влияния ДНГ на платформу, а также в режиме электрического арретирования является актуальной задачей и требует своего решения.
Работа проводилась при поддержке Государственного контракта № 02.740.11.558.
Список литературы
1. Брозгуль Л.И. Динамические настраиваемые гироскопы: модели погрешностей для систем навигации. М.: Машиностроение, 1989. 232 с.
2. Пельпор Д.С. Гироскопические системы. Теория гироскопов и гиростабилизаторов. М.: Высшая школа, 1986. 423 с.
3. Пельпор Д.С., Матвеев В. А. Динамические настраиваемые гироскопы. М.: Машиностроение, 1988. 264 с.
4. Матвеев В.А., Подчезерцев В.П., Фатеев В.В. Гироскопические стабилизаторы на динамически настраиваемых гироскопах. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. 103 с.
M.I. Degtarev, D.M. Malyutin
THE CONDITION OF THEORY AND PRACTICE OF THE INDICATED GYROSTABILIZERS ON THE DYNAMICALLY ADJUSTED GYROSCOPE
The revive of technical characteristics of the indicated gyrostabilizers on the dynamically adjusted gyroscope is resulted, the revive of the literature devoted to gyrostabilizers on the dynamically adjusted gyroscope is resulted. Advantages and weaknesses of this gyrostabilizers are revealed. The problems allowing to increase accuracy and efficacy to use of the indicated gyrostabilizers on the dynamically adjusted gyroscopes are formulated.
Key words: stabilizer, dynamically adjusted gyroscope, system of stabilization.
Получено 17.08.11
УДК 621.923
A.О. Ионов, асп., юпру anton@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
B.В. Прейс, д-р техн. наук, проф., (4872)33-24-38, preys@klax.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ АНАЛИТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ РОТОРНОГО БУНКЕРНОГО ЗАГРУЗОЧНОГО УСТРОЙСТВА С ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ВОРОНКОЙ
Рассматривается усовершенствованная аналитическая модель производительности роторного бункерного загрузочного устройства с вращающимися воронками для тонких стержневых предметов обработки формы тел вращения.
Ключевые слова: аналитическая модель, роторная линия, система автоматической загрузки, бункерное загрузочное устройство, предмет обработки, производительность.
Роторные системы автоматической загрузки (САЗ), в структуре которых используют бункерные загрузочные устройства (БЗУ) (рис. 1) с вращающимися воронками 1, широко применяются для загрузки штучных предметов обработки 4 формы тел вращения в технологические роторные линии с производительностью более 300 шт./мин [1].
Для захвата тонких стержневых предметов обработки формы тел вращения с отношением габаритных размеров 5 < l/d < 10 ^ - длина пред-
