Система управления рулевыми органами летательного аппарата Советский патент 1992 года по МПК B64C13/36 

Изобретение относится к авиационной технике и различным устройствам, где необходим одновременный контроль и управление поворотом и поступательным перемещением объекта управления, напри- мер в системах стабилизации и активного демпфирования платформы с расположенными на них объектами при транспортировке по неровной местности.

Известна система управления рулевы- ми органами летательных аппаратов, содержащая канал управления, выполненный в виде соединенных между собой чувствительного элемента, делителя входного сигнала, сумматора и электронного усилителя, а также канала усиления в виде рулевой машины с электродинамическим преобразователем, рулевых органов, и блок обратной связи, включающий датчики, связанные с рулевыми органами, усилитель.

Известные рулевые машины не могут формировать одновременно поворотные и возвратно-поступательные следящие по положению управляющего звена движения выходного звена.

Они сложны по конструкции, дороги по стоимости и имеют значительные габариты и массу при ограниченных функциональных возможностях их исполнительные органов, которые производят только простейшие движения - либо только поступательные, либо только вращательные.

Цель изобретения - упрощение устройства, снижение его массы и стоимости.

Поставленная цель в системе управле- ния рулевыми органами, содержащей канал управления, выполненный в виде соосных и соединенных между собой чувствительного элемента, делителя входного сигнала, сумматора, блока сравнения, электронного уси- лителя, а также электродинамического преобразователя, рулевой машины, рулевых органов и блока обратной связи, включающего 8 себя датчики, связанные с рулевыми органами, достигается тем, что электродинамический преобразователь выполнен в виде управляемого по взаимосвязанным каналам поворотного и осевого перемещения устройства, имеющего выходной вал с осевым и вращательным движением и подключенного входами к выходам электронных усилителей каналов управления поворотным и осевым перемещением, причем выходной вал электродинамического преобразователя жестко связан с гильзой золотника, имеющей глухие осевые каналы с противоположных сторон и радиальные каналы, сообщающие полости поршня-ротора с напорной и сливной гидролиниями, при этом поршень-ротор образует корпусом торцовые рабочие полости с осевыми и радиальными каналами, размещен внутри кольцевого ротора, который в свою очередь выполнен в виде чередующихся подвижных скрепленных с поршнем и неподвижных относительно корпуса полуколец, образующих замкнутые объемы, а шток поршня-ротора шарнирно связан с рулевым органом поворотного движения и через соосную штоку направляющую втулку с другим органом.

Цель достигается также тем, что электродинамический преобразователь снабжен двумя втулками, в одной из которых размещена гильза золотника, выполненная с осевыми каналами на ее поверхности, которые соединены кольцевыми проточками, и радиальными каналами, сообщающими напорную и сливную гидролинии с замкнутыми объемами рабочих камер поршня-ротора и с торцовыми рабочими полостями, а другая втулка, выполненная с радиальными каналами, жестко связана с поворотными секторными полукольцами и взаимодействует с поршнем-ротором посредством шлицевого соединения.

На фиг.1 показана блок-схема системы управления рулевой машиной; на фиг.2 - конструктивная схема рулевой машины; на фиг.3-5 - сечения А-А, Б-Б, В-В на фиг.2, соответственно; на фиг.6 - схема двухка- jnaflbHoro электродинамического преобразователя; на фиг.7 - кинематическая схема связи выходного звена поршня-ротора) рулевой машины с рулевыми органами,

Система содержит (фиг.1) чувствительные элементы 1, измеряющие положение объекта управления (летательного аппарата.) в пространстве в соответствии с параметрами движения (по курсу и тангажу) и вырабатывающие электрические сигналы, пропорциональные этим параметрам.

Делители 2 выходного сигнала предназначены для усиления и разделения сигнала амплитуды (по соответствующему параметру) на две равные части, одна из которых поступает в цепь управления, а другая - в цепь сигнала обратной связи.

Электронные усилители 3 предназначены для усиления выходных сигналов.

Функциональный электродинамический преобразователь 4 предназначен для преобразования электрических выходных сигналов (от электронных усилителей 3) в совмещенные механические перемещения (осевые и неполноповоротные). Выходное звено (вал) электродинамического преобразователя жестко связано с золотником для передачи ему совмещенных осевых и вращательных движений.

Рулевая машина 5 - гидравлическая следящая система, имеющая единый многокромочный золотник, управляющий совмещенными осевращательными (осевыми и неполноповоротными) движениями поршня-ротора.

Блок обратной связи 6 - электронное устройство с датчиками обратной связи, которые непосредственно связаны с рулями курса и тангажа.

Электронный усилитель 7 обратной связи предназначен для усиления сигнала обратной связи.

Блок сравнения 8 - электронное устройство, предназначенное для сравнения эталонного сигнала с делителя 2 входного сигнала и сигнала, поступающего с электронного усилителя 7 обратной связи.

Кроме этого, в состав системы управления входит система гидропитания 9, рулевые органы канала тангажа и канала курса 10, сумматоры 11 блоков управления и стабилизации. Конструкция рулевой машины образует жесткую единичную обратную связь через сумматоры 12 по положению между золотником и поршнем-ротором.

Рулевая машина (фиг.2) содержит поршень 13 исполнительного механизма, выполненный с радиальными каналами 14, размещенный внутри кольцевого ротора, который образует с поршнем 13 поршень- ротор 15.

Ротор выполнен (фиг.З) в виде чередующихся подвижных относительно корпуса 16 секторных полуколец 17-20 и неподвижных относительно корпуса 16 секторных полуколец 21-24. Подвижные секторные полукольца 17-20 связаны с втулкой 25 винтами 26 (фиг.2). Втулка 25 имеет возможность осевого перемещения относительно поршня-ротора 15 при помощи шлицевого соединения

0 27 со скользящей посадкой. Неподвижные секторные полукольца 21-24 связаны с корпусом 16 винтами 28. Подвижные секторные полукольца 17-20 и неподвижные секторы полукольца 21-24 образуют замкнутые объ5 емы рабочих камер 29-36 вращательного движения.

Поршень 13 образует с корпусом 16 рабочие торцовые полости 37-39, которые сообщают с напорными 40 и сливными 41

0 гидролиниями и каналами 42-45, выполненными в поршне 13.

Золотник 46 выполнен в виде размещенной во втулке 47 с радиальными каналами 48-51 гильзы 52, которая жестко связана

5 с валом 53 функционального электродинамического преобразователя 4. Гильза 52 имеет глухие осевые каналы 54 и 55, которые выполнены с противоположных ее сторон и закрыты пробками 56 и 57, а также

0 радиальные каналы 58-61. Втулка 47 золотника 46 выполнена с осевыми каналами 62 на поверхности, которые соединены кольцевыми проточками 63 и 64. В золотниковой гильзе 52 выполнены рабочие окна 65 для

5 обеспечения сообщения с нагнетанием при вращательном движении (фиг.4) и рабочие окна 66 для обеспечения сообщения со сливом при вращательном движении.

Осевое и вращательное движения вы0 ходного вала 53 электродинамического преобразователя 4 (фиг.6) формируются с помощью магнитопровода 67, содержащего постоянный магнит 68 с катушкой управления 69, которая смонтирована на каркасе

5 70.

Каркас 70 закреплен в центре упругой мембраны 71, края которой закреплены в корпусе 72.

Выходной вал 53 электрогидравличе0 ского преобразователя 4 опирается на мембрану 71 через шарнирный подшипник 73

Для формирования поверстного движения вала 53 электродинамического преобра- зователя 4 служит другая система.

5 содержащая постоянные магниты 74 и связанную с валом якоря 75 катушку управления 76. Для обеспечения линейной зависимости между управляющим сигналом и угловым перемещением вала 53 служит спиральная пружина 77.

. Система работает следующим образом.

Управляющие сигналы по каналам курса и тангажа, сформированные чувствительными элементами 1 (фиг.1) поступают в делители 2 входного сигнала, в которых де- лятся пополам и усиливаются. Одна половина сигнала поступает на-сумматоры 11, где суммируется с сигналами ошибок, а другая - в блок сравнения 8. Суммарные сигналы поступают на катушку управления 69 и 76 двухканального функционального электродинамического преобразователя 4, в котором преобразуются в совмещенное вращательное (неполноповоротное) и осевое механическое перемещение выходного вала 53, которое передается жестко связанной с ним гильзе 52 золотника 46 (фиг.2).

При этом рабочая жидкость из напорной гидролинии 40 поступает через радиальные каналы 48 и 58, глухой осевой канал 54 гильзы 53 и канал 45 в поршне-роторе 15 в правую рабочую полость 39 поршня-ротора 15.

Одновременно левая рабочая полость 38 поршня-ротора 15 комбинированного гидроцилиндра соединяется через каналы 43 в поршне-роторе 15, аналогичные радиальные каналы 60, глухой осевой канал 55, радиальный канал 61 гильзы 52 со сливной гидролинией 41.

Осевое движение поршня-ротора 15 продолжается до тех пор, пока рабочие окна глухого осевого канала 55 не перекроются втулкой 47 относительно соответственно напорной 40 и сливной гидролиниями 41. При этом поршень-ротор 15 отслеживат осевое движение гильзы 52 золотника 46.

Одновременно рабочая жидкость из глухого осевого канала 54, сообщенного с напорной гидролинией 40, поступает через рабочие окна 65 нагнетания вращательного движения (фиг.4) в осевые каналы 62, выполненные на поверхности втулки 47 и соединенные кольцевыми проточками 63 (фиг.2). Далее жидкость поступает в радиальные ка- налы 14 (в поршне-роторе 15, (фиг.2 и 3) и попадает в рабочие камеры 29, 31, 33 и 35 вращательного движения.

Через аналогичные радиальные осевые каналы рабочая жидкость отводится на слив через рабочие окна 66 слива вращательного движения золотника 46 из замкнутого объема рабочих камер 30,32,34 и 36 вращательного движения.

Момент создаваемых давлением ра- бочей жидкости на подвижных секторах полукольцах 17-20 передается на поршень- ротор 15. Вращательное движение поршня- ротора 15 продолжается до тех пор, пока открывающиеся щели рабочих окон 65 и 66

нагнетания и слива вращательного движения (фиг.4 и 5) не перекроются втулкой 47 золотника 46, гильза которого жестко связана с валом 53 электродинамического преобразователя,

Реализованное таким образом осевра- щательное движение поршня-ротора 15 используется для управления соответственно рулевыми органами курса и тангажа 10.

Перемещение рулевых органов 10 по каналам курса и тангажа производится через соответствующие кинематические звенья (фиг.7, поз.1 и 11) от поршня-ротора 15. Развязку осевого и поворотного движения поршня-ротора 15 для управления рулевыми органами 10 осуществляют через средство 1, выполненное в виде соосно связанных цилиндрического стержня и втулки, которая связана с рулевыми органами 10 и является направляющей для перемещения внутреннего стержня, связанного с поршнем-ротором, а также через средство 11, выполненное в виде закрепленного на рулевом органе 10 шарикоподшипника, внутри которого закреплен тот же стержень, кинематически связанный с поршнем-ротором 15.

Сигналы о перемещении рулевых органов 19 фиксируются датчиками с блоком обратной связи, усиливаются электронным усилителем 7 обратной связи и поступают на блок сравнения 8 для сравнения с половинами выходных сигналов. Полученные после сравнения сигналы поступают на сумматор 11 выходных сигналов, в котором суммируются с другими половинами выходных сигналов.

Стабилизированные таким образом входные сигналы чувствительных элементов 1 (фиг.1) или их совокупности с сигналом управления поступают на катушки управления 69 и 76 электродинамического преобразователя 4, после чего система управления рулевыми органамиустанавливается для работы в режиме стабилизации или управления.

Формула изобретения

1. Система управления рулевыми органами летательного аппарата, содержащая канал управления, выполненный в виде соединенных между собой чувствительного элемента, делителя входного сигнала, сумматора, блока сравнения, электронного усилителя, а также электродинамического преобразователя, рулевой машины, рулевых органов, блока обратной связи, включающего в себя датчики, связанные с рулевыми органами, отличающаяся тем, что, с целью снижения ее массы и сто-, имости, электродинамический преобразователь выполнен в виде управляемого по взаимосвязанным каналам поворотного и осевого перемещения устройства, имеющего выходной вал с осевым и вращательным движением и подключенного входами к выходам электронных усилителей каналов управления поворотным и осевым перемещением, причем выходной вал электродинамического преобразователя жестко связан с гильзой золотника, имеющей глухие осевые каналы с противоположных сторон и радиальные каналы, сообщающие полости поршня-ротора с напорной и сливной гидролиниями, при этом поршень-ротор образует с корпусом торцевые рабочие полости с осевыми и радиальными каналами и размещен внутри кольцевого ротора, который, в свою очередь, выполнен в виде чередующихся подвижных, скрепленных с поршнем и неподвижных относительно корпуса полуколец, образующих замкнутые объемы, а шток поршня-ротора шарнирно связан с рулевым органом поворотного движения vt через соосную штоку направляющую втулку - с другим рулевым органом.

2. Система управления рулевыми органами по п. 1,отличающаяся тем, что электродинамический преобразователь снабжен двумя втулками, в одной из которых размещена гильза золотника, выполненная с осевыми каналами на ее поверхности, которые соединены кольцевыми проточками, и радикальными каналами, сообщающими напорную и сливную гидролинии с замкнутыми объемами рабочих камер поршня-ротора с торцевыми рабочими полостями, а другая втулка, выполненная с радиальными каналами, жестко связана с поворотными секторными полукольцами и взаимодействует с поршнем-ротором посредством шлицееого соединения.

Изобретение относится к авиационным и другим устройствам, где необходим одновременно контроль и управление поворотом и поступательным перемещением объекта управления. Цель изобретения - повышение надежности, снижение массы и стоимости системы. Основным элементом изобретения является рулевая машина, у которой электродинамический преобразователь выполнен в виде управляемого двумя взаимосвязями электродинамическими системами - поворотного и осевого перемеще

//

Да/

20

J4

27

17

30

Г8

32

Щ

Фиг.З

№

фие.5

7

Фиг 7