Способ демпфирования удара на электропривод Российский патент 2024 года по МПК F16F6/00 F16F15/00 F16F15/03 H02K99/00 G05D15/01 B64C13/00 

Предлагаемое изобретение относится к механизмам для управления летательных аппаратов аэродинамическими поверхностями и также затрагивает устройства, предотвращающие повреждение механизмов.

В настоящее время для приведения в действие аэродинамических поверхностей управления используются привода с преобразованием вращательного действия в поступательное движение с помощью шарико-винтовой передачи (ШВП). Известно, что подобные передачи критичны к ударам от механизма раскладки аэродинамических поверхностей. Особенно сильные удары возникают в случае, когда аэродинамические поверхности до применения изделия сложены с целью уменьшения его габаритных размеров, а перед применением раскладываются за ограниченное время. В момент установки таких поверхностей на упор, моменты инерции поверхностей передаются на ШВП и эти моменты в несколько раз могут превышать шарнирные моменты, оказываемые на поверхность воздушными потоками. Аналог такого устройства описан в журнале «Точно в цель» №4 2020 г., стр. 61-73. Прототип содержит горизонтальную ось с которой жестко закреплена аэродинамическая поверхность, которая устанавливается в рабочее состояние приводом одного действия. Эта ось через подшипник закреплена на вертикальной оси, которая жестко через плечо связана с ШВП. Вал ШВП соединен с валом электропривода, который выполняет поворот аэродинамической поверхности. Его недостатком является низкая защищенность ШВП от ударов. С целью уменьшения ударов на электропривод применяется механическое демпфирование. Примером является устройство по патенту №2775318 «Амортизатор в механизме раскладки аэродинамических поверхностей». Известны также способы демпфирования ударов, использующие электродинамические демпферы. Электродинамический способ демпфирования удара на электропривод предполагает установку электропривода на дополнительный электродинамический демпфер, например, на электромагнит. Этот способ и выбран в качестве прототипа.

Недостатком данного способа демпфирования является увеличение габаритов электропривода.

С целью уменьшения габаритов привода предлагается способ электродинамического демпфирования, в котором в качестве электродинамического демпфера может выступать тот же электродвигатель привода аэродинамической поверхности. При этом используется регулирование электрического тока, питающего электродвигатель. Как известно, полоса пропускания регуляторов положения аэродинамической поверхности лежит в диапазоне частот от единиц герц до нескольких десятков герц, а полоса пропускания регуляторов тока может составлять десятки килогерц. Разница собственных частот этих регуляторов позволяет в качестве электродинамического демпфера использовать электрический привод аэродинамической поверхности. При этом контур управления летательным аппаратом выполнит функцию фильтрации колебаний электрического тока в электродвигателе. Фактически при этом способе энергия удара будет преобразована в тепловую энергию электродвигателя. Причем, частота колебаний тока может быть больше эквивалентной частоты удара, определяемой фронтом нарастания ударной нагрузки. В большинстве случаев этот фронт длится не менее 5 миллисекунд, а частота пропускания контура управления током двигателя может составлять десятки килогерц.

Изобретение поясняется фиг. 1.

На фиг. 1 представлена структурная схема летательного аппарата (ЛА) 1, включающая суммарный момент инерции ЛА и управляющей аэродинамической поверхности J_n и два интегратора 1/p, которые преобразуют угловое ускорение в угловую скорость и в угол поворота ЛА. Угловая скорость ЛА измеряется датчиком угловой скорости, интегрируется по цепи отрицательной связи поступает на один из входов системы управления 2 ЛА (передаточной функцией W_{С АА}), которая обеспечивает регулирование тока электродвигателя в штатном режиме. В режиме демпфирования удара эта система выполняет функцию удержания аэродинамической поверхности около начального положения. При этом аэродинамическая поверхность, благодаря регулированию тока в двигателе 3 (с передаточной функцией W_ДВ) дополнительным регулятором 4 (с передаточной функцией W_PT), может совершать колебательные движения с предельно малой амплитудой и частотой на порядок большие собственной частоты упругих колебаний ЛА. На фиг. 1 приведены параметры электродвигателя: с_м - коэффициент передачи между моментом и током, а также R - сопротивление обмотки двигателя. Тем самым показано, что здесь обеспечивается обратная связь по току. Частота колебаний тока двигателя в этом режиме может составлять десятки килогерц. Регулирование тока при этом обеспечивается за счет удержания его в диапазоне, не превышающем по амплитуде предельное для данного двигателя i_огр. При ударе, если двигатель лишен дополнительного контура регулирования тока, будучи замкнутым по цепи обратной отрицательной связи, в двигателе возникнет запредельное значение тока, которое приведет к запредельному моменту на его валу, что и приведет к жесткому удару. Контур регулирования тока выполнит функцию «токовой отсечки», которая обеспечит уменьшение тормозящего момента двигателя и тем самым обеспечит уменьшение удара. Длительность удара определит длительность работы дополнительного контура управления током. При этом, на вход дополнительного регулятора тока подается сигнал i_огр. Причем дополнительный контур регулирования тока должен обеспечить отрицательную обратную связь по отношению к сигналу регулятора 2.

Уменьшение тормозящего момента на валу управляющего двигателя, который противоположен моменту от удара, в течение длительности удара, позволяет уменьшить ударную нагрузку на шток привода, за счет преобразования энергии удара в энергию электрическую в якоре двигателя, которая переходит в энергию тепловую. При этом колебания тока в двигателе с высокой частотой поддерживаются в течение длительности удара, а затем этот контур отключается.

В предложенном способе отсутствует дополнительное устройство, а электродинамическое демпфирование обеспечивается дополнительным контуром регулирования тока в управляющем двигателе.

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к демпфированию удара в механизмах. Способ демпфирования удара на электропривод использует электродинамическое демпфирование удара от механизма раскладки аэродинамических поверхностей летательного аппарата. В качестве демпфера используют дополнительное регулирование тока в управляющем электродвигателе. Обеспечивается ограничение тока в течение длительности удара. После чего этот контур отключают, тем самым на время длительности удара управляющий двигатель переводится в режим электромагнита, выполняющего функцию электромагнитного демпфера. Достигается уменьшение габаритов привода. 1 ил.

Способ демпфирования удара на электропривод, использующий электродинамическое демпфирование удара от механизма раскладки аэродинамических поверхностей летательного аппарата, отличающийся тем, что в качестве демпфера используют дополнительное регулирование тока в управляющем электродвигателе такое, которое обеспечивает ограничение тока в течение длительности удара, и, как следствие, ограничение тормозящего момента, противодействующего моменту удара, после чего этот контур отключают, тем самым на время длительности удара управляющий двигатель переводится в режим электромагнита, выполняющего функцию электромагнитного демпфера.