CC BY
21<Тешетневс^ие чтения. 2016
Рентгеновская томография. Из известных к настоящему времени способов промышленной томографии наибольшее распространение нашла рентгеновская, поскольку рентгеновские лучи хорошо проникают через различные конструкционные материалы. Для томографов нового поколения требуется создание источников излучения с более высокой импульсной мощностью. Такое излучение может быть получено с использованием индукционных ускорителей электронов - бетатронов.
Томограф, разработанный в ТПУ (рис. 3) на базе бетатрона, позволяет определять дефекты в различных материалах: от металлов до полимеров.
Энергия электронов, МэВ, до 9 Фокусное пятно, мм, 1x0,3 Детектор панель (PerkinElmer) XRD1622 размер детектора, мм, 400x400 разрешение детектора, мкм, 200 Детектор линейка X-Scan iHE2-410 (Detection Technology)
С помощью томографического комплекса [2] можно получать высококачественные визуализированные данные с высоким разрешением, возможно определять, локализовать и измерять дефекты с высокой точностью (0,01 мм) в режиме реального времени с выводом результатов на монитор.
Данный томограф является наиболее дешевым и малогабаритным по сравнению с аналогами за счет применения оборудования отечественного производства.
Библиографические ссылки
1. Тепловые методы контроля [Электронный ресурс]. URL: http://portal.tpu.ru/departments/institut/ ink/Files/Lab34/Avia.pdf (дата обращения: 23.09.2016).
2. Рентгеновский томограф больших объектов [Электронный ресурс]. URL: http://portal.tpu.ru/ departments/laboratory/rknl/products/big_tomo (дата обращения: 23.09.2016).
Рис. 3. Томограф крупногабаритных объектов
Основные технические характеристики томографа крупногабаритных объектов:
пространственное разрешение томограммы, мкм, 100 Диаметр объекта, мм, 1 000 Масса объекта, кг, 1 000
Габариты рабочей области, мм, 2 000x2 740x2 320 Источник бетатрон МИБ9(ТПУ)
References
1. Electronic textbook Heat control methods: http://portal.tpu.ru/departments/mstitut/ink/Files/Lab34/A via.pdf (accessed: 23.09.2016).
2. Electronic textbook X-ray tomography of large objects: http://portal.tpu.ru/departments/laboratory/rknl/ products/big_tomo (accessed: 23.09.2016).
© Бориков В. H., Зыков В. М., Вавилов В. П., Смолянский В. А., Седнев Д. А., 2016
УДК 681.5
УСТРОЙСТВО АСИНХРОННОГО ПРИВОДА СИЛОВЫХ ГИРОСТАБИЛИЗАТОРОВ
С. П. Ботуз, С. В. Кузнецов, А. С. Стреж
Краснознаменский завод полупроводниковых приборов «Арсенал» Российская Федерация, 143090, г. Краснознаменск, Московская область, ул. Связистов, 9
E-mail: str_s@mail.ru
Рассматриваются принципы управления асинхронными двигателями силовых гиростабилизаторов с изменяемым кинетическим моментом, применяемых, в частности, в системах ориентации искусственных спутников Земли, обеспечивая высокую стабильность скольжения, скорости и момента асинхронного двигателя силовых гиростабилизаторов.
Ключевые слова: гиростабилизатор, двигатель-генератор, момент, система ориентации, скорость программно-задающего воздействия.
DEVICE OF ASYNCHRONOUS DRIVE POWER GYROSTABILIZERS
S. P. Botuz, S. V. Kuznetchov, A. S. Strezh
JSC "Arsenal" KrZPP 9, Svyazistov Street, Krasnoznamensk, Moscow region, 143090, Russian Federation
E-mail: str_s@mail.ru
The paper discusses the principles of control of asynchronous motors of power gyrostabilizers with a variable kinetic moment applied in the system of orientation of artificial Earth satellites, providing high stability of the slip, the speed and torque of the induction motor power gyrostabilizers.
Keywords: Gyrostabilizer, motor-generator, torque, system of attitude control, speed software and reference variable.
Работа относится к области управления асинхронными двигателями силовых гиростабилизаторов с изменяемым кинетическим моментом, применяемых, в частности, в системах ориентации искусственных спутников Земли. В таких гиростабилизаторах двигатель-маховик (источник кинетического момента) разгоняется до номинальной скорости (первичный разгон), а затем по командам системы управления разгоняется или тормозится относительно номинальной скорости. При этом диапазон изменения скорости составляет ±(10-40) % от номинальной.
Таким образом, в рассматриваемом классе силовых гиростабилизаторов необходимо выполнять следующие операции управления двигателем:
1. Первичный разгон до номинальной скорости.
2. Стабилизация скорости вращения на основе разгона и рекуперативного торможения двигателя в ограниченных пределах изменения скорости относительно номинальной, а именно: ±(10^40) % от номинальной.
Вторая операция осуществляется с нормированным моментом двигателя. Для осуществления разгона, торможения, стабилизации скорости вращения и момента двигателя осуществляют регулирование частоты или напряжения таким образом, чтобы задать определенные величины абсолютного скольжения, потока возбуждения машины и тока, потребляемого от источника питания. Известны устройства для разгона и торможения асинхронных двигателей с махо-вичной нагрузкой, в частности гироскопов. Такие устройства можно подразделить на две группы. К первой группе относятся устройства, в которых изменение частоты задается программно [1]. Темп изменения частоты может задаваться параметрически [Л6] или корректироваться в функции абсолютного скольжения.
В системах второй группы [2] частота напряжения питания двигателя образуется как алгебраическая сумма частоты вращения ротора (частота выходного напряжения тахогенератора) и частоты абсолютного скольжения. Разновидностью этого способа является способ деления частоты тахогенератора [3]. Недостатком устройств обеих групп является сложность, обусловленная необходимостью применения задающего генератора с программно изменяемой частотой в устройствах первой группы и наличием блока суммирования частот в устройствах второй группы. Если
суммирование частот осуществляется с помощью промежуточного преобразования частоты в напряжение, то в этом случае не удается получить достаточно высокую стабильность абсолютного скольжения, а следовательно, момента двигателя [4]. В случае непосредственного суммирования частот для устранения девиации частоты питания двигателя необходимо существенно повышать частоту тахогенератора и уменьшать девиацию частоты с помощью делителя частоты с большим коэффициентом деления. Применение устройства [5] также требует делителя частоты.
Стабилизация скорости вращения маховика на участках разгона и торможения двигателя достигается за счет того, что согласно предлагаемому способу на участках разгона и торможения асинхронного двигателя маховика силовых гиростабилизаторов во время первичного разгон маховика до номинальной скорости и стабилизации скорости вращения на основе разгона и рекуперативного торможения двигателя в ограниченных пределах изменения скорости относительно номинальной, а именно, ±(10^40) % от номинальной, дополнительно осуществляют измерение и нормирование величины сигналов (мгновенных значений) напряжений на выходе усилителей датчика скорости вращения и программно-задающего блока и и2(0, при этом непрерывно корректируют величину зоны гистерезиса функционального релейного усилителя с памятью на основе следующих соотношений: \а\\ = (к21к\)и\(() и -а\ = -(к21к\)и2((), где к1 и к2 - коэффициенты усиления соответствующих усилителей сигналов датчика скорости вращения и программно-задающего блока, а на выходе функционального релейного усилителя с памятью формируют сигнал, который может быть описан следующей зависимостью [6]:
Up3I =■
ísign Е(t), при Е(?)> а1 для всех t > 0; [и^.ц, при Е(V)е (-а1, а1) для всех t > 0;
+1, при |Е(V)|> 0;
0, при |Е(V)|> 0;
-1, при |Е(V)|< 0;
Е () - сигнал ошибки, Е () = (6 () - и2 ()) К^), К2 (V) - коэффициент усиления; (V) и и2 (V) - нормированные величины измеренных значений (мгновен-
где sign E (t) =
Тешетневс^ие чтения. 2016
ных) напряжений на выходе усилителей датчика скорости вращения и программно-задающего блока; 2*^1 - величина зоны гистерезиса функционального релейного усилителя; \а\\ = (к2/к\)и\ (?) и -а\ = = —(к2/к!) и2(?), при этом к1 и к2 - коэффициенты усиления соответствующих усилителей датчика скорости вращения и программно-задающего блока.
Как видно из приведенных соотношений, для случая, когда <Ж(0 / = 0, за счет запоминания предшествующего состояния выходной величины релейного элемента , для всех Е(?)е(—аь а\),
где \2ах \ < &Тр — величина требуемой (заданной) точности отработки программно-задающего воздействия (ПЗВ), устраняется возможность потери информации о сигнале ошибки до момента входа в зону нечувствительности или гистерезиса функционального релейного усилителя, что поясняет эффект повышения точности отработки ПЗВ в режиме отработки малых изменений Е(?) без необходимости вычислять производную от изменения сигнала ошибки. При этом угол проводимости тиристоров в каждой фазе будет функционально связан с текущими значениями основных показателей качества отработки программно-задающих воздействий. Степень функциональных связей можно раздельно установить для каждого канала управления как перед включением в работу системы, так и непосредственно во время обработки, например, каждой «ступеньки» программно-задающих воздействий. Вышеописанные возможности во многих практически важных случаях программного управления электроприводами силовых гиростабили-заторов, с точки зрения упрощения процесса настройки и оптимизации режимов регулирования (например, плавности переходных процессов при пуске за счет уменьшения интенсивности электромагнитных процессов), выгодно отличают систему от известных технических решений. При этом выходное напряжение питания инвертора (подаваемое на обмотки двигателя) стабилизируется. Этим однозначно задается величина потока возбуждения машины, а следовательно, и величина развиваемого ею момента, Таким образом, уменьшается второй из вышеназванных недостатков: нестабильность момента двигателя при изменении напряжения питания, температуры окружающей среды. Здесь следует отметить, что остается нестабильность момента, вызываемая изменением параметров двигателя при нагреве или изменении окружающей температуры. Однако эта нестабильность находится в интервале (3—5 %), так, например, диапазон изменения окружающей температуры гиростабилизаторов искусственных спутников Земли, размещаемых в гер-моконтейнере обычно находится в интервале (0—40 °С), а собственный перегрев асинхронного двигателя мал из-за слабого использования его активных частей.
Основные преимущества данного подхода к реализации предлагаемого способа сводятся к следующим [7]:
— обеспечение режима рекуперативного торможения регулируемого привода и генераторного режима работы асинхронных двигателей силовых гиростаби-
лизаторов при отсутствии переключений в силовой цепи преобразователя и в цепях управления;
- отсутствие циркуляции уравнительных токов между управляемым выпрямителем и зависимым инвертором;
- преобразователь частоты обладает лучшим быстродействием при переводе нагрузки из одного режима в другой вследствие непрерывности работы вентильных групп и постоянства направления токов в индуктивностях сглаживающих фильтров;
- промежуточные цепи постоянного тока в данной схеме более уравновешены, чем в других известных схемах, что позволяет уменьшить емкость сглаживающих фильтров, соответственно и массу всей системы стабилизации;
- при выполнении оконечного инвертора с наиболее простым коммутирующим звеном из конденсаторов, малой индуктивности и отсекающих диодов в схеме инвертора не образуются послекоммутацион-ные короткозамкнутые контуры, в которых в известных схемах циркулирует начальный ток индуктивности.
Таким образом, уменьшается нестабильность скорости и момента двигателя при изменении напряжения питания, температуры окружающей среды. Здесь следует отметить, что остается нестабильность момента, вызываемая изменением параметров двигателя при нагреве или изменении окружающей температуры. Однако эта нестабильность находится в интервале (3-5 %), так, например, диапазон изменения окружающей температуры гиростабилизаторов искусственных спутников Земли, размещаемых в гермокон-тейнере, обычно находится в интервале (0-40 °С), а собственный перегрев асинхронного двигателя мал из-за слабого использования его активных частей.
Библиографические ссылки
1. Петров Б. H. Избранные труды. Управление авиационными и космическими аппаратами. Т. 2. М. : Наука, 1983. С. 303-305.
2. Military Technology. Бонн (DE), Monch Publishing Group. 1994. T. 17, № 7. С. 20, 21.
3. Ракетная техника и космонавтика : журнал. М. : Мир, 1980. Т. 18, № 2, февраль. С. 128-138.
4. RU 2044274 C1 (Производственное объединение «Корпус») 20.09.1995 G01C25/00 Стенд для контроля прецизионного гироскопического датчика угловой скорости / Калихман Д. М., Калихман Л. Я., Улы-бин В. И. (Россия). Зарегистрир. в Гос. реестре изобр. 20.09.1995. Б.И. 1995.
5. Пат. 2383863 Рос. Федерация : C1, МПК3 Н02Р 23/08 (2006.01). Система стабилизации скорости вращения силовых гиростабилизаторов / Стреж С. В., Вороной А. Т. № 2008134188/09 ; заявл. 21.08.2008 ; опубл. 27.03.2010, Бюл. № 9.
6. Пат. 2385531 Рос. Федерация : C1, МПК Н02Р 23/08 (2006.01). Способ стабилизации скорости вращения силовых гиростабилизаторов / Стреж С. В., Вороной А. Т. № 2008134189/09 ; заявл. 21.08.2008 ; опубл. 27.03.2010, Бюл. № 9.
7. Пат. 2381451 Рос. Федерация : C1, МПК Н02Р 23/08 (2006.01). Адаптивная система управления
гиростабилизатором / Стреж С. В., Вороной А. Т. № 2008134194/09 ; заявл. 21.08.2008 ; опубл. 27.03.2010, Бюл. № 9.
References
1. Petrov B. N. Izbrannye trudy. Upravlenie aviatsionnymi i kosmicheskimi apparatami. [Manage aircraft and spacecraft]. Vol. 2. Moscow, Nauka, 1983. P. 303-305 (In Russ.)
2. Military Technology. Бонн (DE), Monch Publishing Group, 1994. Vol. 17, № 7. P. 20, 21.
3. Zhurnal "Raketnaya tekhnika i kosmonavtika". ["Rocketry and Astronautics" Magazine]. Moscow : Mir, 1980. Vol. 18, №2 (February). P. 128-138.
4. Kalikhman D. M., Kalikhman L. Y., Ulybin V. I. Stend dlya kontrolya pretsizionnogo giroskopicheskogo
datchika uglovoy skorosti. [Stand for control precision gyro angular velocity sensor]. Patent RF, no. 2044274, 1995.
5. Strezh S. V, Voronoy A. T. Sistema stabilizatsii skorosti vrashcheniya silovykh girostabilizatorov. [System to stabilise powered gyrostabiliser spin rate]. Patent RF, no. 2383863, 2010.
6. Strezh S. V, Voronoy A. T. Sposob stabilizatsii skorosti vrashcheniya silovykh giro stabilizatorov. [Method for stabilization of power gyrostabiliser rotation speed]. Patent RF, № 2385531, 2010.
7. Strezh S. V, Voronoy A. T. Adaptivnaya sistema upravleniya girostabilizatorom. [Gyrostabiliser adaptive control system]. Patent RF, № 2381451, 2010.
© Ботуз С. П., Кузнецов С. В., Стреж А. С., 2016
УДК 629.7
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ РАЗРАБОТКИ ВГТУ В ОБЛАСТИ ТРАНСПОРТНЫХ И КОСМИЧЕСКИХ СИСТЕМ
И. Г. Дроздов*, Д. П. Шматов, А. M. Кудрин
Воронежский государственный технический университет Российская Федерация, 394026, г. Воронеж, просп Московский, 14 E-mail: drozdov_ig@mail.ru*
Представлены наиболее перспективные разработки, а также полученные ранее результаты проводимых исследований в области ракетно-космической техники и технологии, выполняемые ВГТУ в сотрудничестве с предприятиями оборонно-промышленного комплекса Воронежской области.
Ключевые слова: оборонно-промышленный комплекс (ОПК), перспективные разработки, лаборатории, научно-образовательный центр.
PROSPECTIVE DEVELOPING VEHICLE AND SPACE SYSTEMS BY THE VORONEZH STATE ENGINEERING UNIVERSITY
I. G. Drozdov*, D. P. Shmatov, A. M. Kudrin
Voronezh State Technical University 14, Moskovsky Av., Voronezh, 394026, Russian Federation E-mail: drozdov_ig@mail.ru*
The article presents the most promising projects, as well as previous results of the research in the field of space engineering and technology carried out by the Voronezh State Technical University in cooperation with the enterprises of the military-industrial complex of the Voronezh region.
Keywords: military-industrial complex, long-term development, laboratories, research and educational center.
В Воронежском государственном техническом университете (ВГТУ), который теперь имеет статус опорного университета и охватывает ЦентральноЧерноземный регион, активно проводятся научные исследования, и в первую очередь их тематика обусловлена тесным взаимодействием с предприятиями ОПК (КБХА, ВМЗ, РИФ, Турбонасос, ВАСО и т. д.). Так, при выполнении различных проектов созданы лаборатории и Научно-образовательный центр (НОЦ).
Научно-образовательный центр «Инновационные технологии в авиастроении» был создан в рамках проекта кооперации вуза и предприятия в 2010-2012 гг. по проекту создания высокотехнологичного производства с ПАО «ВАСО». На сегодняшний день в НОЦ ИТА входят две научные лаборатории:
- лаборатория «Композиционные материалы»;
- лаборатория «Специальные авиационные технологии».
