УСТРОЙСТВО УГЛОВОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ РЕАКТИВНОГО СНАРЯДА Российский патент 2003 года по МПК F42B10/60 F42B15/01 

Изобретение относится к области военной техники, а именно к системам управления вращающимися по крену ракетами, и может быть использовано, например, для угловой стабилизации реактивных снарядов систем залпового огня.

Известны системы угловой стабилизации летательных аппаратов (см. Кузовков Н. Т. Системы стабилизации летательных аппаратов. М., Высшая школа, 1976, с. 238, рис.7.16). Такие системы содержат датчик угловых отклонений, преобразователь сигналов, исполнительный орган.

Задачей данного технического решения являлось повышение точности стабилизации за счет вращения ракеты вокруг ее продольной оси.

Однако придание вращения ракете приводит к увеличению инструментальных ошибок преобразования сигнала датчика в управляющий сигнал, который отрабатывает исполнительный орган.

Общими признаками с предлагаемой авторами системой угловой стабилизации является наличие в системе-аналоге датчика угловых отклонений, преобразователя сигналов, исполнительного органа.

Указанного недостатка лишено устройство угловой стабилизации вращающейся ракеты (см. патент РФ 2126129), являющееся наиболее близким по технической сущности к изобретению и принятое за прототип.

Оно содержит датчик угловых отклонений с чувствительным элементом, оснащенным постоянным магнитом и связанным с электроприводом, сигнальную и опорную обмотки, преобразователь сигналов, исполнительный орган.

Задачей прототипа являлось повышение точности стабилизации ракеты за счет снижения инструментальных ошибок путем формирования результирующего сигнала рассогласования с последующим его преобразованием в результирующий сигнал управления без его разложения по каналам.

Недостатком технического решения, используемого в прототипе, является то, что разброс в широком диапазоне возмущающих воздействий, действующих на стабилизируемую ракету при пуске и полете, разброс частоты вращения чувствительного элемента и тормозящего момента при воздействии перегрузок, погрешности датчика угловых отклонений, обусловленные рассеиванием магнитного потока кольцевого магнита, определяют конечную ошибку устройства стабилизации и не позволяют повысить точность стабилизации.

Общими признаками с предлагаемым устройством стабилизации снаряда является наличие в прототипе датчика угловых отклонений с сигнальной и опорной обмотками, чувствительным элементом, оснащенным постоянным магнитом и связанным с электроприводом исполнительного органа и преобразователя сигналов, входы которого соединены с сигнальной и опорной обмотками, а выход с исполнительным органом.

В отличие от прототипа в предлагаемом авторами устройстве угловой стабилизации дополнительно введен генератор напряжения линеаризации, выход преобразователя сигналов оснащен последовательно соединенными сумматором и компаратором, датчик угловых отклонений снабжен регулятором оборотов электропривода и цилиндрическим магнитопроводом, размещенным симметрично относительно центра чувствительного элемента соосно с осью его вращения, при этом сигнальная и опорная обмотки установлены между чувствительным элементом и цилиндрическим магнитопроводом, а выход генератора напряжения линеаризации подключен к сумматору.

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 защиты, во всех случаях достаточны.

Задачей предлагаемого изобретения является создание устройства, обеспечивающего повышение точности угловой стабилизации снаряда за счет:
- реализации в устройстве релейной стабилизации при больших сигналах рассогласования и перехода в линейный режим стабилизации при сигналах рассогласования, не превышающих требуемой точности стабилизации углового положения снаряда;
- исключения погрешностей датчика угловых отклонений из-за рассеивания магнитного потока кольцевого магнита, наводок в сигнальной и опорной обмотках;
- уменьшения разбросов частоты вращения чувствительного элемента из-за разброса технических характеристик электропривода и воздействия перегрузок.

Введение в устройство угловой стабилизации реактивного снаряда генератора напряжения линеаризации, оснащение выхода преобразователя сигналов последовательно соединенными сумматором и компаратором, установленными последовательно, и соединение выхода генератора напряжения линеаризации с сумматором позволило обеспечить разные законы парирования возмущений. Так, например, при сигналах рассогласования, превышающих точность стабилизации в 10 раз, для парирования возмущений необходимы максимальные управляющие воздействия, которые в устройстве реализуются близким к релейному режимом работы исполнительного органа по сигналам компаратора. В то же время при отсутствии возмущений или при малом их уровне, когда сигнал рассогласования находится в пределах точности стабилизации, релейный режим приводит к росту амплитуды колебаний и снижению точности стабилизации. Поэтому в предлагаемом устройстве генератор напряжения линеаризации совместно с сумматором и компаратором при сигналах рассогласования, не превышающих напряжения генератора линеаризации, обеспечивает практически линейный закон парирования возмущений, не вызывающий роста колебаний, что повышает точность стабилизации.

Снабжение датчика угловых отклонений регулятором оборотов электропривода (и обеспечение согласованного вращения чувствительного элемента и снаряда) позволяет в условиях воздействия перегрузок стабилизировать несущие частоты напряжений сигнальной и опорной обмоток, уменьшая разбросы частоты вращения поплавка с кольцевым магнитом, что снижает инструментальные ошибки датчика по коэффициенту передачи, коэффициенту перекрестной связи, постоянной времени, тем самым повышая точность в определении сигнала рассогласования и точность устройства стабилизации.

Выполнение датчика угловых отклонений с цилиндрическим магнитопроводом, размещенным симметрично относительно центра чувствительного элемента соосно с осью его вращения, и установка сигнальной и опорной обмоток между чувствительным элементом и цилиндрическим магнитопроводом снижает рассеивание магнитного потока кольцевого магнита и увеличивает экранный эффект, что существенно уменьшает наводки в сигнальной и опорной обмотках, уменьшает искажения формы напряжений в указанных обмотках и повышает точность формирования блоком преобразования управляющего (стабилизирующего) сигнала, что позволяет повысить точность стабилизации.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве угловой стабилизации реактивного снаряда, содержащем датчик угловых отклонений с сигнальной и опорной обмотками, чувствительным элементом, оснащенным постоянным магнитом и связанным с электроприводом, исполнительный орган и преобразователь сигналов, входы которого соединены с сигнальной и опорной обмотками, а выход с исполнительным органом, причем входы демодулятора в преобразователе сигналов являются входами преобразователя, дополнительно введен генератор напряжения линеаризации, выход преобразователя сигналов оснащен последовательно соединенными сумматором и компаратором, датчик угловых отклонений снабжен регулятором оборотов электропривода и цилиндрическим магнитопроводом, размещенным симметрично относительно центра чувствительного элемента соосно с осью его вращения, при этом сигнальная и опорная обмотки установлены между чувствительным элементом и цилиндрическим магнитопроводом, а выход генератора напряжения линеаризации подключен к первому входу сумматора, второй вход которого подключен к выходу демодулятора, при этом выход компаратора является выходом преобразователя сигналов.

На чертеже изображено предлагаемое устройство угловой стабилизации реактивного снаряда, содержащее датчик угловых отклонений 1, преобразователь сигналов 2, исполнительный орган 3, генератор напряжения линеаризации 4.

Датчик угловых отклонений 1 включает в себя сигнальную обмотку 5, опорную обмотку 6, цилиндрический магнитопровод 7, чувствительный элемент 8 с постоянным магнитом 9, приводимый во вращение электроприводом 10, регулятор оборотов 11.

Преобразователь сигналов 2 включает демодулятор 12, сумматор 13, компаратор 14, включенные последовательно, причем выход генератора напряжения линеаризации 4 соединен с первым входом сумматора 13, второй вход которого соединен с выходом демодулятора 12. Выход сумматора 13 соединен с входом компаратора 14, выход которого является выходом преобразователя сигналов, и соединен с исполнительным органом 3.

Устройство угловой стабилизации установлено на реактивном снаряде 15, который вращается вокруг продольной оси с угловой скоростью ω_сн.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Перед пуском реактивного снаряда электропривод 10 раскручивает чувствительный элемент 8 до угловой скорости ω, заданной регулятором оборотов 11. При этом чувствительный элемент 8 приобретает гироскопические свойства. Производится пуск снаряда. При угловом отклонении продольной оси снаряда под действием возмущений постоянный магнит 9 наводит в сигнальной обмотке 5 переменное напряжение (сигнал рассогласования), амплитуда которого пропорциональна величине углового отклонения снаряда, а частота равна частоте вращения чувствительного элемента 8. Одновременно в опорной катушке 6 магнит 9 наводит переменное напряжение с постоянной амплитудой и частотой вращения электропривода 10. Напряжения сигнальной обмотки 5 и опорной обмотки 6 подаются на амплитудно-фазовый демодулятор 12 блока преобразования сигналов 2. На выходе демодулятора 12 образуется управляющий сигнал, соответствующий значению сигнала рассогласования углового положения снаряда на частоте его вращения ω_сн. Управляющий сигнал суммируется на сумматоре 13 с напряжением, например, пилообразной формы, вырабатываемым генератором напряжения линеаризации 4, и поступает на компаратор 14. На выходе сумматора 13 формируется широтно-импульсный модулированный управляющий сигнал. Частота напряжения линеаризации в 3...4 раза выше частоты вращения снаряда ω_сн и ограничена быстродействием исполнительного органа 3, а амплитуда, например, в 10 раз меньше максимально возможного сигнала рассогласования. Управляющие сигналы поступают на исполнительный орган 3, который создает управляющую силу в связанной со снарядом системе координат на частоте его вращения. Вращение самого снаряда осуществляет демодуляцию управляющей силы исполнительного органа 3, что обеспечивает парирование угловых движений продольной оси снаряда, то есть стабилизацию углового положения. При этом при сигналах рассогласования, превышающих точность угловой стабилизации снаряда ≈10 раз, для парирования отклонений необходимы максимальные управляющие воздействия, которые формируются практически релейным режимом работы исполнительного органа. В то же время по мере уменьшения сигнала рассогласования или при малых сигналах рассогласования устройство за счет широтно-импульсной модуляции управляющего сигнала обеспечивает практически линейный режим стабилизации снаряда.

Выполнение системы угловой стабилизации реактивного снаряда в соответствии с изобретением позволило повысить точность стабилизации снаряда за счет релейной стабилизации при больших сигналах рассогласования и перехода в линейный режим стабилизации при сигналах рассогласования, не превышающих требуемой точности стабилизации углового положения снаряда, снижения рассеивания магнитного потока кольцевого магнита, наводок в сигнальной и опорной обмотках, уменьшения разбросов частоты вращения чувствительного элемента из-за разброса технических характеристик электропривода и воздействия перегрузок, что в целом повысило эффективность управления и улучшило точностные характеристики применительно к реактивным системам залпового огня в 2...3 раза.

Указанный положительный эффект подтвержден стендовыми и летно-конструкторскими испытаниями опытных образцов, выполненных в соответствии с изобретением.

В настоящее время разработана конструкторская документация, проведены государственные испытания, намечено серийное производство системы угловой стабилизации реактивного снаряда.

Изобретение относится к области военной техники, а именно к системам управления летательных аппаратов. Технический результат - повышение точности угловой стабилизации. Устройство угловой стабилизации реактивного снаряда содержит датчик угловых отклонений с сигнальной и опорной обмотками, чувствительным элементом, оснащенным постоянным магнитом и связанным с электроприводом, исполнительный орган и преобразователь сигналов, входы которого соединены с сигнальной и опорной обмотками, а выход с исполнительным органом. В устройство дополнительно введен генератор напряжения линеаризации, выход преобразователя сигналов оснащен последовательно соединенными сумматором и компаратором, датчик угловых отклонений снабжен регулятором оборотов электропривода и цилиндрическим магнитопроводом, размещенным симметрично относительно центра чувствительного элемента соосно с осью его вращения, при этом сигнальная и опорная обмотки установлены между чувствительным элементом и цилиндрическим магнитопроводом, а выход генератора напряжения линеаризации подключен к сумматору. 1 ил.

Устройство угловой стабилизации реактивного снаряда, содержащее датчик угловых отклонений с сигнальной и опорной обмотками, чувствительным элементом, оснащенным постоянным магнитом и связанным с электроприводом, исполнительный орган и преобразователь сигналов, входы которого соединены с сигнальной и опорной обмотками, а выход с исполнительным органом, входы демодулятора в преобразователе сигналов являются входами преобразователя, отличающееся тем, что дополнительно введен генератор напряжения линеаризации, выход преобразователя сигналов оснащен последовательно соединенными сумматором и компаратором, датчик угловых отклонений снабжен регулятором оборотов электропривода и цилиндрическим магнитопроводом, размещенным симметрично относительно центра чувствительного элемента соосно с осью его вращения, при этом сигнальная и опорная обмотки установлены между чувствительным элементом и цилиндрическим магнитопроводом, а выход генератора напряжения линеаризации подключен к первому входу сумматора, второй вход которого подключен к выходу демодулятора, при этом выход компаратора является выходом преобразователя сигналов.