2.2.1 Анализ диаграммы нагрузки поворотного управляющего сопла беспилотного летательного аппарата

Для беспилотных летательных аппаратов наиболее перспективно для пространственного управления вектором тяги относительно центра масс применение поворотных сопел с использованием эластичного шарнира – конструктивного узла связи между соплом и корпусом двигателя [15]. В этом случае для рулевого привода упругий элемент поворотного управляющего сопла, состоящий из пакета чередующихся стальных и каучуковых конических пластин, представляет собой преимущественно позиционную нагрузку при угловом перемещении раструба поворотного управляющего сопла относительно центра вращения (рис.2.4).

Исследованиями показано [15], что упругий элемент поворотного управляющего сопла характеризуется значительным шарнирным моментом и для управления требует применение мощных рулевых приводов. При этом, алгоритм управления положением проекции вектора тяги в плоскости тангажа «x» и рыскания «y» относительно продольной оси беспилотного летательного аппарата при использовании по одной рулевой машине в канале управления построен системой управления таким образом, что координаты проекции вектора тяги не выходят за пределы окружности в соответствии с соотношением командных сигналов[2]:

где, - сигнал по каналу тангажа, - сигнал по каналу крена.

Таким образом, независимо от направления движения проекции вектора тяги суммарная максимальная нагрузка, действующая со стороны поворотного управляющего сопла на рулевую машину, не превышает нагрузки действующей на одну рулевую машину при отклонении поворотного управляющего сопла на максимальный угол по каналу «x» или «y» и в координатной плоскости представляет окружность радиусом F.

Рис. 2.4 Поворотное сопло с использованием эластичного шарнира, где 1- днище, 2- упругий чехол, 3 – упругий элемент, 4 – подвижное сопло, 5 – пакет термоэрозионностойких элементов, 6 – несущая оболочка подвижного сопла, 7 – рулевая машина.

С учётом представляемых данных разработчиками системы управления по результатам моделирования возмущённого движения ЛА о 10…12% энергетической загрузке рулевого привода в течение полного времени работы (1…1.5 мин) двигательной установки [2], целесообразно в качестве источника энергии рулевых машин использовать газогидравлический источник питания, состоящий из твёрдотопливного газогенератора и вытеснительной системы подачи рабочей жидкости - вытеснительный пороховой аккумулятор давления. При работе с нагрузкой в виде поворотного управляющего сопла указанный привод имеет значительный резерв энергетических ресурсов, реализация которых позволит существенно улучшить энергомассовые показатели источника энергии и привода в целом.

Сущность отмеченных энергетических резервов заключается в том, что располагаемая мощность привода при одновременном движении двух рулевых машин превышает требуемую со стороны поворотного управляющего сопла мощность за счёт принятого в практике проектирования расчёта поверхности горения заряда газогенератора из условия потребления рабочей жидкости двумя рулевыми машинами под минимальным давлением Р₀ в гидросистеме с обеспечением максимальных скорости движения V и располагаемого усилия F:

Избыточная мощность проявляется при движении проекции вектора тяги в плоскости управления в направлении отличном от базовых: «x» или «y». Избыток мощности рассеивается в газовом клапане – регуляторе давления в виде сброса газа через проходное сечение клапана и в гидроусилителе рулевой машины в виде нагрева дроссельных элементов протекающей через золотник жидкостью.

Анализ располагаемых сил и действующих нагрузок в плоскости управления показывает, что круговая диаграмма шарнирного момента поворотного управляющего сопла (позиционная нагрузка) оказывается вписанной в квадрат располагаемых сил при работе двух рулевых машин [2, 16] с точками касания, в которых рулевая машина крепится к раструбу поворотного сопла рис. 2.5

Рис. 2.5 Круговая диаграмма шарнирного момента поворотного управляющего сопла,

где F_р,V_р - располагаемая сила и скорость рулевых машин соответственно, δ - угол поворотного управляющего сопла, F_тр,V_тр – требуемая сила и скорость рулевых машин соответственно

В этих точках касания располагаемая и действующая силы максимальны и равны друг другу при максимальном отклонения поворотного управляющего сопла. В остальных направлениях, когда перемещаются две рулевые машины одновременно, результирующая располагаемая сила, при наличии в гидросистеме постоянного давления питания, находящегося на минимальном уровне рабочей жидкости на входе в рулевые машины, превышают нагрузку со стороны поворотного управляющего сопла. Рассмотрим подробнее требуемые и располагаемые характеристики привода.