Тема 2. Проектирования исполнительного механизма автоматизированного гидропривода с дроссельным регулированием скорости.

2.1. Определение базовых параметров исполнительного механизма привода с дроссельным регулированием скорости при различных требованиях к его механической характеристике.

В процессе проектирования привода с дроссельным регулированием скорости после анализа формирования разработчиком летательного аппарата его желаемой механической характеристики возникает задача синтеза базовых параметров исполнительного механизма привода, таких как:

• эффективная площадь поршня гидроцилиндра;

• максимальная проводимость рабочих окон гидрораспределителя, или типоразмер электрогидравлического усилителя мощности (ЭГУ), который определяется максимальным расходом на выходе ЭГУ при номинальном давлении подачи.

Указанные параметры необходимо выбрать таким образом, чтобы обеспечить максимальное приближение предельной механической характеристики привода к требуемой механической характеристике. Требования к механической характеристике задаются в виде набора нагрузок на выходном звене и соответствующих им скоростей перемещения поршня при максимальном сигнале (см. рис.2.1). Исполнительный механизм с дроссельным регулированием скорости имеет механическую характеристику в виде параболы. При неудачном задании требуемой скорости поршня Vf при наличии нагрузки F и развиваемой гидроцилиндром силы Fmax реальная характеристика привода, как это показано на рис.2.1 может не соответствовать желаемой. Варианты механической характеристики привода и показаны на рис.2.1. При этом во многих случаях желательным является ограничение скорости выходного звена и потребляемой приводом энергии без нагрузки (в режиме холостого хода), а также при помогающей движению поршня нагрузке. Развиваемая приводом сила ограничивается снизу из условия обеспечения требуемого шарнирного момента Fp.min, и сверху Fp.max - из условия обеспечения требуемой прочности конструкции. В системах приводов с централизованной системой гидропитания на выходе бортового источника гидравлической энергии поддерживается примерно постоянная величина давления подачи (Рп) и слива (Рсл). При этом минимальная величина площади поршня гидроцилиндра (Апmin) определяется из условия обеспечения требуемой минимальной силы на поршне (Fp.min). Однако выбор минимально возможной площади поршня еще не означает минимального энергопотребления приводом во всех режимах эксплуатации - вполне возможно, что при большей площади поршня энергопотребление, определяемое максимальной проводимостью гидрораспределителя исполнительного механизма, не только не увеличится, но и уменьшится. Можно выделить три варианта задания требований к механической характеристике исполнительного механизма:

Р ис.2.1

Типовые варианты потребных механических характеристик рулевого привода:

1- режим взлёта и посадки; 2 и 3 – основные режимы полёта на дозвуковой скорости; 4- полёт на сверхзвуковой скорости и малой высоте; 5 – желаемый вид механической характеристики; 6 – реальная механическая характеристика привода с дроссельным регулированием; 7 – возможные требования к скорости под нагрузкой рулевого привода маневренного самолёта для обеспечения маневра на сверхзвуковой скорости полёта; 8 и 9 – варианты механической характеристики привода, обеспечивающие указанную скорость Vf при нагрузке F.

1. Задан нижний предел максимальной скорости выходного звена без нагрузки (Vxx.min) и максимальная развиваемая приводом сила при неподвижном выходном звене Fp.min.

2. Задан нижний предел максимальной скорости выходного звена без нагрузки (Vxx.min) и нижний предел скорости выходного звена при определённой величине противодействующей силы Vf.min.

3. Задан верхний предел максимальной скорости выходного звена без нагрузки на выходном звене (Vxx.max) и задан нижний предел скорости при определённой нагрузке на выходном звене Vf.min.

Упрощённая схема исполнительного механизма привода показана на рис.2.2. Расчет проводится с учетом потерь давления в подводящих и отводящих трубопроводах магистралей питания (Рт) и потерь давления на местных сопротивлениях в корпусе привода (Рк).

Расчетная схема исполнительного механизма электрогидравлического привода.

Целью расчета является определение следующих базовых параметров этого механизма:

• эффективная площадь поршня гидроцилиндра ( );

• полная проводимость электрогидравлического усилителя мощности при максимальном сигнале управления (Gmax) и размеры проходных окон гидрораспределителя или номинальный расход ЭГУ [Qэгу]Nom . при номинальном давлении подачи (Pnom).

Именно эти параметры определяют предельную механическую характеристику исполнительного механизма привода, при обеспечении скорости поршня гидроцилиндра Vf при определенной нагрузке F. Кроме этого параметры привода должны обеспечивать:

0. заданную по техническому заданию (ТЗ) в определенных границах скорость выходного звена в режиме холостого хода Vxx;

1. ограниченное развиваемое приводом усилие снизу (Fp min) и сверху - (Fp.max).

Прежде чем переходить к определению базовых параметров исполнительного механизма привода с дроссельным регулированием скорости, покажем, как формируются требования к основным параметрам рулевого привода, таким как рабочий ход, максимальная скорость и располагаемое усилие со стороны органов управления самолета. Первым этапом проектирования системы управления является определение параметров аэродинамических органов управления:

- величины углов ( или ) отклонения рулевых поверхностей;

- скоростей ( или отклонения рулевых поверхностей;

- максимальное значение действующих шарнирных моментов .

Величина углов отклонения органов управления определяется условиями компоновки, геометрическими параметрами и аэродинамической эффективностью. Как правило, они не превышают 50^о60^о по перпендикуляру к оси вращения.

Величина располагаемых скоростей органов управления определяются величиной статического запаса устойчивости самолета, аэродинамической эффективностью его органов управления, мощностью энергетической установки. Если не налагаются специальные условия, то располагаемые скорости составляют 40^о/сек60^о/сек .

Величина располагаемых шарнирных моментов определяется геометрией органа управления (площадью и аэродинамической хордой ), выбором оси вращения и скоростным напором набегающего потока воздуха [2.1]. Т.к. гидропитание современных рулевых приводов осуществляется от двух независимых гидросистем, а приводы строятся по методу суммирования усилий, чтобы сохранить динамические характеристики при отказе одной из гидросистем, минимизировать габариты и вес, максимально упростить конструкцию, искусство проектировщика состоит в грамотном выборе запаса по располагаемому усилию рулевого привода. В продольном канале управления на цельноповоротном стабилизаторе есть возможность за счет переноса оси вращения (перекомпенсации) перераспределить усилия (рис.2.3), чтобы на дозвуковых и сверхзвуковых режимах полета они не слишком отличались друг от друга [2.1].

Как правило, особенно при неустойчивых компоновках самолета [2.1], каждая из двух камер рассчитывается под обеспечение максимального шарнирного момента. В каналах крена и рыскания подобный перенос оси вращения невозможен, поэтому при отказе одной из гидросистем нередко мирятся с появлением «упоров» в шарнирный момент, когда под действием аэродинамической нагрузки рулевой привод перестает перемещаться. При наличии достаточного запаса статической устойчивости подобный «упор» не влияет на безопасность полета. Учитывая, что соотношение между отклонением органа управления и рабочим ходом выходного штока для обеспечения необходимой точности и линейности управления должно составлять , развиваемое усилие привода рассчитывается исходя из равенства работ, совершаемых рулевым приводом и органом управления:

(2.1)

Коэффициенты 1,05 и 57,3 учитывают соответственно наличие трения на органе управления и перевод градусов отклонения органа управления в радианы.

Необходимо отметить, что работа ( ), производимая рулевым приводом является важным параметром, который позволяет не только задавать требуемую массу при его проектировании.

Теперь вернемся к расчету базовых параметров рулевого привода. Желательно также, чтобы с целью уменьшенного энергопотребления приводом потребляемый им расход рабочей жидкости при максимальной помогающей движению нагрузке - Qmax был минимально возможным. Если предположить, что утечки в гидрораспределителе отсутствуют, то потребляемый исполнительным механизмом расход рабочей жидкости , а суммарные потери давления в соединительных трубопроводах Рт и в каналах корпуса гидропривода Рк - есть квадратичные функции от скорости поршня исполнительного механизма (см. рис.2.4):

(2.2)

Очевидно, что минимальное значение площади поршня гидроцилиндра достигается из условия обеспечения требуемого минимального выходного развиваемого усилия, соответствующего границе снизу - Fp.min. В простейшем проектном случае могут быть заданы минимальное развиваемое приводом усилие Fp.min и скорость холостого хода Vxx. Этот проектный случай показан на рис.2.3 (кривая 1).

Рис.2.3