ГАЗОРЕАКТИВНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫМ АППАРАТОМ Российский патент 1997 года по МПК B64C15/00 F42B10/60 

Изобретение относится к системе управления летательных аппаратов, а именно к газореактивным системам, и может быть использовано для управления ракетами и реактивными снарядами.

Для управления летательными аппаратами широкое применение получили газореактивные системы, использующие сжатый газ в качестве рабочего тела [1] Такие системы чрезвычайно просты и содержат источник рабочего тела, исполнительные микродвигатели и устройства автоматики. Рабочим телом таких систем является сжатый газ, поэтому основным недостатком их является низкая удельная тяга микродвигателей из-за низкой степени совершенства рабочего процесса, составляющего 500.700 м/с.

Повысить удельную тягу, т. е. экономичность таких систем, можно путем использования порохового газогенератора в качестве источника рабочего тела. Но при работе на горячем пороховом газе подвижные части исполнительного микродвигателя могут перестать функционировать из-за засорения гарантированных конструктивных зазоров несгоревшими частицами твердого топлива и разрушиться от теплоэрозионного воздействия порохового газа. Введение для повышения надежности очистки и охлаждения горячего порохового газа не решает проблему повышения экономичности системы, т. к. при этом усложняется конструкция и возникают большие (до 50%) энергетические потери.

Таким образом, задачей данного технического решения являлась разработка газореактивной системы, работающей только на сжатом газе с незначительной удельной тягой ее микродвигателей.

Общими признаками с предлагаемой авторами системой являются наличие источника рабочего тела, исполнительных микродвигателей и устройства автоматики.

Указанных недостатков лишена двухтактная вихревая система регулирования расхода газа [2] являющаяся наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой газореативной системе и принятая за прототип. Она содержит источник питания пороховой газогенератор, газораспределитель электромеханического типа и вихревые клапаны, соединенные с источником питания и между собой каналами.

Управление известной вихревой системой осуществляется газораспределителем, установленным в канале управления одного из вихревых клапанов. При этом второй клапан работает на рассогласовании фиксированного давления управления с изменяющимся давлением питания, что является недостатком, т.к. изменение давления питания в процессе закрытия и открытия вихревых клапанов в совокупности с большой протяженностью каналов питания приводит к нестационарности процесса переключения, характеризуемого временем переключения реактивной силы (время от начала подачи электрической команды до достижения реактивной силы номинального значения). Нестационарность процесса переключения увеличивает инструментальные ошибки системы и в сочетании с нестационарностью летательного аппарата, как объекта управления, приводит к ухудшению его точностных характеристик.

Другим недостатком известной системы является то, что в ней для уменьшения нагрузки на электромеханический клапан газораспределителя на активно управляемый вихревой клапан постоянно подается дополнительный управляющий расход газа. Это приводит к снижению коэффициента усиления, т.к. увеличивается сопротивление вихревой камеры и, как следствие, уменьшается расход газа, протекающего через вихревой клапан при отсутствии электрического управляющего сигнала. В результате давление в каналах питания повышается, увеличивая расход газа, протекающего через вихревой клапан. Т.к. реактивная сила вихревого клапана напрямую связана с расходом, то диапазон регулирования реактивной силы системы, определяемой как разница реактивных сил вихревых клапанов, уменьшается.

Таким образом, задачей данного технического решения (прототипа) являлась разработка газореактивной системы управления, работающей на горячем пороховом газе.

Общими признаками с предлагаемой авторами газореактивной системой является наличие источника питания, газораспределителя механического типа с переменными дросселями и вихревых клапанов, соединенных между собой каналами питания и управления.

В отличие от прототипа, предлагаемая авторами система дополнительно снабжена накопительной камерой и силовым цилиндром, поршень которого взаимодействует с поворотным клапаном, установленным в канале питания каналов управления вихревых клапанов, переменные дроссели газораспределителя снабжены устройством регулировки и включены в два плеча пневматического моста, в два других плеча которого включены постоянные дроссели, а силовой цилиндр установлен в одну из диагоналей моста, причем вихревые клапаны снабжены общим каналом питания с накопительной камерой.

Именно это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом.

Указанные признаки, отличительные от прототипа, и на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны, во всех случаях достаточны.

Задачей определяемого изобретения является создание газореактивной системы управления летательных аппаратов, работающей на пороховом газе и позволяющей за счет уменьшения нестационарности времени переключения реактивной силы расширить диапазон регулирования реактивной силы и снизить инструментальные ошибки.

Такое выполнение газореактивной системы позволит обеспечить активное и одновременное управление обоими вихревыми клапанами при постоянном расходе газа в общем канале питания, что в совокупности с накопительной камерой, сглаживающей пульсации давления питания в моменты открытия и закрытия вихревых клапанов, исключит влияние объема и протяженности канала питания на время переключения реактивной силы.

Введение в систему силового цилиндра позволит уменьшить нагрузку на электромагниты газораспределителя и отказаться от постоянной подачи дополнительного управляющего расхода газа в вихревые клапаны, т.е. повысить коэффициент усиления и тем самым расширить диапазон регулирования реактивной силы системы.

Снабжение переменных дросселей газораспределителя устройством регулировки и включение их в мостовую схему позволит настраивать в определенных пределах время открытия и закрытия вихревых клапанов путем регулировки плеч моста, т.е. уменьшить нестационарность времени переключения реактивной силы системы.

Сравнение известных газореактивных систем с предлагаемой показало, что существенные признаки, отличающие ее от прототипа (введение в нее накопительной камеры и силового цилиндра, взаимосвязь его с поворотным клапаном, установка поворотного клапана в канал питания каналов управления вихревых клапанов, снабжение переменных дросселей газораспределителя устройством регулировки и взаимосвязь всех элементов между собой) неизвестны, т.е. предлагаемая система обладает новой неизвестной совокупностью признаков.

Сущность изобретения заключается в том, что газореактивная система управления летательным аппаратом, включающая источник питания, газораспределитель электромеханического типа с переменными дросселями, вихревые клапаны, соединенные между собой каналами питания и управления, в отличие от прототипа согласно изобретению дополнительно снабжена накопительной камерой и силовым цилиндром, поршень которого взаимодействует с поворотным клапаном, установленным в канале питания каналов управления вихревых клапанов, переменные дроссели газораспределителя снабжены устройством регулировки и включены в два плеча пневматического моста, в два других плеча которого включены постоянные дроссели, а силовой цилиндр установлен в одну из диагоналей моста, причем вихревые клапаны снабжены общим каналом питания с накопительной камерой.

На чертеже изображена газореактивная система управления.

Система содержит источник питания 1 с пороховым зарядом 2 (газогенератор), вихревые клапаны 3 и 4, канал питания 5 с накопительной камерой 6, каналы управления 7 и 8, газораспределитель 9, силовой цилиндр 10, поворотный клапан 11, канал питания 12, устройство понижающее давление 13, постоянные дроссели 14 и пневматическую мостовую схему 15.

Силовой цилиндр 10 содержит поршень 16, связанный с поворотным клапаном 11, а газораспределитель 9 состоит из электромагнитов 17, якоря 18, переменных дросселей 19 типа сопло заслонка и устройств регулировки 20.

Газореактивная система работает следующим образом. При подаче электрического сигнала на один из электромагнитов 17 (например, левый) газораспределителя 9 якорь 18 поворачивается по часовой стрелке, открывая левый и закрывая правый переменные дроссели 19. При этом давление в левой полости силового цилиндра 10 уменьшается, а в правой повышается. Под действием этого перепада давлений поршень 16 перемещается влево, поворачивая по часовой стрелке связанный с ним клапан 11. Клапан 11 закрывает вход в канал управления 8 и открывает вход в канал управления 7. Так как в канал 8 рабочее тело не подается, то вихревой клапан 4 открыт и через него свободно протекает рабочее тело из снабженного пороховым зарядом 2 источника питания 1 через устройство, понижающее давление 13, накопительную камеру 6 и канал питания 5, создавая реактивную силу. В то же время рабочее тело из источника питания 1 через канал 12 и открытый вход канала управления 7 поступает в вихревой клапан 3. Давление в канале питания 5 из-за устройства 13 ниже давления в канале 7, поэтому вихревой клапан 3 закрывается и его реактивная сила практически равна нулю.

При подаче электрического сигнала на правый электромагнит 17, якорь 18 поворачивается против часовой стрелки, открывая правый и закрывая левый переменные дроссели 19. Давление в правой полости силового цилиндра 10 повышается, а в левой уменьшается. Поршень 16 перемещается из левого крайнего положения в правое, а клапан 11 поворачивается против часовой стрелки, открывая вход в канал 8 и закрывая вход в канал 7. При этом вихревой клапан 3 открывается и протекающее через него рабочее тело из канала 5 создает реактивную силу, а вихревой клапан 4 закрывается и его реактивная сила равна нулю. Таким образом происходит переключение реактивной силы системы в зависимости от входного электрического сигнала.

Настройка времени переключения осуществляется предварительным изменением пневматического сопротивления устройств регулировки 20, т.е. балансировкой плеч пневматического моста 15, в котором в других плечах установлены постоянные дроссели 14. Увеличение или уменьшение протекающего через них расхода рабочего тела приводит к изменению времен наполнения и опорожнения полостей силового цилиндра 10 и времен движения поршня 16 (следовательно, и поворотного клапана 11) из одного крайнего положения в другое. Это дает возможность добиваться одинакового времени переключения реактивной силы системы в ту или другую сторону.

В предлагаемой газореактивной системе разброс времени переключения реактивной силы может быть уменьшен до нуля, что в сочетании с расширением диапазона регулирования реактивной силы приводит к улучшению точностных характеристик летательного аппарата.

По предлагаемому изобретению была разработана конструкторская документация, по которой в настоящее время изготовлена опытная газореактивная система управления.

Стендовые натурные испытания в составе летательного аппарата подтвердили работоспособность ее и дали положительные результаты.

При этом по сравнению с прототипом:
диапазон регулирования реактивной силы увеличен в 1,5 раза;
разброс времени переключения реактивной силы уменьшился в 2 раза.

Как показал анализ результатов испытаний, предлагаемая газореактивная система управления обеспечивает за счет указанных преимуществ улучшение точностных характеристик летательного аппарата.

По результатам испытаний предлагаемая газореактивная система управления рекомендована для реализации в перспективных разрабатываемых летательных аппаратах.

Использование: в системах управления летательных аппаратов, а именно в газореактивных системах, и может быть использовано для управления ракетами и реактивными снарядами. Сущность изобретения заключается в том, что газореактивная система, включающая источник питания, газораспределитель электромеханического типа с переменными дросселями, вихревые клапаны, соединенные между собой каналами питания и управления, дополнительно снабжена накопительной камерой и силовым цилиндром, поршень которого взаимодействует с поворотным клапаном, установленным в канале питания каналов управления вихревых клапанов, при этом переменные дроссели газораспределителя снабжены устройством регулировки и включены в два плеча пневматического моста, в два других плеча которого включены постоянные дроссели, а силовой цилиндр установлен в одну из диагоналей моста, причем вихревые клапаны снабжены общим каналом питания с накопительной камерой. 1 ил.

Газореактивная система управления летательным аппаратом, содержащая источник питания, газораспределитель электромеханического типа с переменными дросселями, вихревые клапаны, соединенные между каналами питания и управления, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена накопительной камерой и силовым цилиндром, поршень которого взаимодействует с поворотным клапаном, установленным в канале питания каналов управления вихревых клапанов, при этом переменные дроссели газораспределителя снабжены устройством регулировки и включены в два плеча пневматического моста, в два других плеча которого включены постоянные дроссели, а силовой цилиндр установлен в одну из диагоналей моста, причем вихревые клапаны снабжены общим каналом питания с накопительной камерой.