СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ	2
1 СОДЕРЖАТЕЛЬНАЯ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ	3
1.1 Описание объекта и его анализ с точки зрения необходимости
и возможности его автоматизации или модернизации	3
1.2 Обзор аналогов и прототипов	11
2 ОСНОВНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ	14
2.1 Обоснование выбора способов и средств автоматизации или
модернизации объекта	14
2.2 Разработка структур аппаратных средств автоматизации
объекта	14
ЗАКЛЮЧЕНИЕ	21
ПРИЛОЖЕНИЕ А	22

Введение

Производственная практика проходила на ОАО «Электропривод». Предприятие является опытно-конструкторским и занимается авиационным электротехническим оборудованием.

ОАО «Электропривод» - это:

• научно-технический комплекс, располагающий квалифицированными специалистами-разработчиками, применяющими передовые компьютерные технологии, и уникальной экспериментальной базой;

• производственный комплекс, обеспечивающий изготовление опытных образцов и их мелкосерийное производство;

• экономический комплекс, включающий подразделения планирования и обеспечения.

Одним из направлений деятельности предприятия является разработка, производство и ремонт авиационных программно-управляемых комплексов и систем и входящих в них составных частей: гидроприводов вращательного, поступательного движения; электродвигателей; блоков управления, датчиков. Автоматизированная система управления приводами механизации самолета на базе гидропривода стала объектом изучения во время производственной практики.

1 Содержательная постановка задачи проектирования

1.1 Описание объекта и его анализ с точки зрения необходимости и возможности его автоматизации или модернизации

1.1.1 Описание системы управления самолетом

Управление полетом современного самолета обеспечивается пилотом и специальными автоматическими системами, служащими для облегчения пилотирования, улучшения качества управления и повышения эффективности применения самолетов.

Обеспечение безопасности полетов современных самолетов требует проведения целого комплекса мероприятий, невозможных без их автоматизации. Например, сигнализации пилоту и автоматическое ограничение перемещений органов управления при выходе самолета на предельно допустимые в полете режимы (по V, вертикальным перегрузкам, углам крена и т.д.).

Специальные устройства системы управления улучшают характеристики устойчивости и управляемости самолета, особенно на больших высотах полета. С увеличением высоты полета и при сохранении скорости полета ухудшается ответная реакция самолета на отклонение рулей. Это затрудняет пилотирование самолета, ухудшает характеристики его устойчивости, ослабляет эффект затухания колебаний самолета. Пилот, пытаясь парировать возникшие колебания, может усилить их. Поэтому в цепи управления устанавливают специальные автоматы стабилизации полета, которые автоматически, без участия пилота, воздействуют на рулевые поверхности, отклоняя их так, чтобы улучшить эти характеристики.

Система управления самолетом (рис.1.1) включает в себя систему управления рулями и систему управления механизацией крыла.

Система управления обеспечивает штурвальное, а во взаимодействии с пилотажно-навигационным комплексом – совмещенное и автоматическое управление отклонением аэродинамических поверхностей.

Рисунок 1.1 – Система управления самолетом

Индикация положения поверхностей системы управления, а также сигнализация нормальной работы и отказов отображается с помощью комплексной системы электронной индикации и сигнализации (КСЭИС).

Система КСЭИС предназначена для представления экипажу пилотажной, навигационной информации, информации о состоянии двигателей и самолетных систем, а также сигнальных сообщений.

КСЭИС выполняет следующие функции:

• принимает, обрабатывает и отображает необходимую экипажу информацию;

• предупреждает пилотов о достижении границ эксплуатационных допусков самолета;

• принимает и отображает номера и наименования отказавших блоков бортового оборудования;

• включает центральные сигнальные огни и выдает звуковые тональные сигналы для предупреждения экипажа об опасных ситуациях и для привлечения внимания экипажа к информации на индикаторах системы;

• осуществляет запоминание и хранение в энергонезависимой памяти информации о состоянии самолета, индикацию этой информации пилоту и обслуживающему персоналу;

• обеспечивает ввод значений барокоррекций и высоты принятия решения, выдает их для использования в другие системы самолета;

• подготавливает и выдает данные для записи их системой регистрации полетной информации.

КСЭИС производит особую обработку входной информации, определяя ее достоверность. Обобщенные результаты такой обработки кодируются и выдаются в бортовое централизованное устройство локализации отказов. Система имеет встроенные средства самоконтроля, осуществляющие постоянный контроль состояния всех блоков системы, обнаружение и локализацию отказов, выдачу сообщений об обнаруженных отказах на экраны индикаторов и в систему регистрации полетной информации.

Система управления рулями включает в себя систему управления рулями высоты и направления, элеронами, стабилизатором, интерцепторами и воздушными тормозами.

Система управления механизацией крыла включает в себя системы управления закрылками и предкрылками и обеспечивает выпуск и уборку закрылков и предкрылков на заданные углы на режимах взлета, захода на посадку, посадки, ухода на второй круг, а также выпуск предкрылков на режиме ожидания.

Закрылки могут быть установлены по всему размаху крыла или по его части (в этом случае различают внутренние и внешние закрылки).

При использовании закрылков увеличение подъёмной силы происходит за счёт изменения кривизны профиля крыла, увеличения площади несущей поверхности, аэродинамической интерференцией закрылка с основной частью крыла.

Выпуск и уборка закрылков производится с помощью гидроприводов, которые через трансмиссию вращают винтовые механизмы, перемещающие закрылки назад и вниз.

Контроль за положением закрылков осуществляется по приборам и сигнализации. При рассинхронизации закрылков срабатывает система предельного рассогласования, которая включает сигнализацию, останавливает закрылки и включает противоуборочные тормоза.

Предкрылки могут быть установлены по всему размаху крыла или по его части (в этом случае обычно в концевых сечениях).

Внешний контур предкрылков выполняется по форме контура передней части крыла, и в убранном положении предкрылки "вписываются" в исходный профиль крыла. Задняя часть предкрылков формирует профиль щели между предкрылками и крылом. Через щель струя воздуха поступает на верхнюю поверхность крыла, за счёт чего на ней увеличивается зона безотрывного обтекания.

Отклонение предкрылков приводит к увеличению кривизны профиля, значительному смещению вниз по потоку точки отрыва пограничного слоя на верхней поверхности крыла, что, в свою очередь, существенно увеличивает критический угол атаки. При выдвижении предкрылков одновременно увеличивается суммарная площадь крыла и, следовательно, его полная подъёмная сила.

Отклонение предкрылков производится с помощью гидроприводов, которые через трансмиссию вращают винтовые механизмы, перемещающие предкрылки вперёд и вниз.

Контроль за выпущенным или убранным положением предкрылков осуществляется по сигнализации. В случае рассинхронизации предкрылков, так же как и в системе управления закрылками, срабатывает система предельного рассогласования.

В настоящее время на современных самолётах используется система совмещённого управления закрылками и предкрылками, которая выдаёт команду на выпуск или уборку предкрылков от рычага управления закрылками.

Системы управления закрылками и предкрылками обеспечивают три режима работы:

• следящий с автоматической коррекцией выпуска, уборки и остановки закрылком) - основной режим управления (совместное управление закрылками и предкрылками от одной рукоятки);

• следящий (без автоматической коррекции);

• резервный (раздельное управление закрылками и предкрылками).

Каждая из систем состоит из механической системы с централизованным силовым двухканальным гидроприводом вращательного действия с двумя гидромоторами, подключенными к разным гидросистемам. Управление приводом осуществляется электродистанционной системой из кабины экипажа пилотом по двум независимым электрическим каналам.

При отказе одной из гидросистем или одного из электрического канала управление всей системы сохраняется за счет работы исправного канала, при этом скорость перемещения закрылков и предкрылков уменьшается вдвое.

1.1.2 Описание гидропривода

Гидравлический привод (гидропривод) — совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение машин и механизмов посредством гидравлической энергии. Обязательными элементами гидропривода являются насос и гидродвигатель.

Гидропривод представляет собой своего рода «гидравлическую вставку» между приводным двигателем и нагрузкой (машиной или механизмом) и выполняет те же функции, что и механическая передача (редуктор, ремённая передача и т. д.).

Основная функция гидропривода, как и механической передачи, — преобразование механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки (преобразование вида движения выходного звена двигателя, его параметров, а также регулирование, защита от перегрузок и др.). Другая функция гидропривода — это передача энергии от приводного двигателя к рабочим органам машины.

В общих чертах, передача энергии в гидроприводе происходит следующим образом:

• приводной двигатель передаёт вращающий момент на вал насоса, который сообщает энергию рабочей жидкости;

• рабочая жидкость по гидролиниям через регулирующую аппаратуру поступает в гидродвигатель, где гидравлическая энергия преобразуется в механическую;

• после этого рабочая жидкость по гидролиниям возвращается либо в бак, либо непосредственно к насосу.

Схема гидропривода вращательного действия (рис. 1.2): 1 - приводной двигатель; 2 - объемный насос переменкой подачи: 3 - напорная линия; 4 - линия низкого давления; 5 - гидромотор вращательного действии: 6 - рабочий орган.

Рисунок 1.2 - Схема гидропривода вращательного действия

К основным преимуществам гидропривода относятся:

• возможность универсального преобразования механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки;

• простота управления и автоматизации;

• простота предохранения приводного двигателя и исполнительных органов машин от перегрузок; например, если усилие на штоке гидроцилиндра становится слишком большим, то давление в гидросистеме достигает больших значений – тогда срабатывает предохранительный клапан в гидросистеме, и после этого жидкость идёт на слив в бак, и давление уменьшается;

• надёжность эксплуатации;

• широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости выходного звена; например, диапазон регулирования частоты вращения гидромотора может составлять от 2500 об/мин до 30-40 об/мин, а в некоторых случаях, у гидромоторов специального исполнения, доходит до 1-4 об/мин, что для электромоторов трудно реализуемо;

• большая передаваемая мощность на единицу массы привода; в частности, масса гидравлических машин примерно в 10-15 раз меньше массы электрических машин такой же мощности;

• самосмазываемость трущихся поверхностей при применении минеральных и синтетических масел в качестве рабочих жидкостей;

• возможность получения больших сил и мощностей при малых размерах и весе передаточного механизма;

• простота осуществления различных видов движения — поступательного, вращательного, поворотного;

• возможность частых и быстрых переключений при возвратно-поступательных и вращательных прямых и реверсивных движениях;

• возможность равномерного распределения усилий при одновременной передаче на несколько приводов;

• упрощённость компоновки основных узлов гидропривода внутри машин и агрегатов, в сравнении с другими видами приводов.

К недостаткам гидропривода относятся:

• утечки рабочей жидкости через уплотнения и зазоры, особенно при высоких значениях давления в гидросистеме, что требует высокой точности изготовления деталей гидрооборудования;

• нагрев рабочей жидкости при работе, что приводит к уменьшению вязкости рабочей жидкости и увеличению утечек, поэтому в ряде случаев необходимо применение специальных охладительных устройств и средств тепловой защиты;

• более низкий КПД чем у сопоставимых механических передач;

• необходимость обеспечения в процессе эксплуатации чистоты рабочей жидкости, поскольку наличие большого количества абразивных частиц в рабочей жидкости приводит к быстрому износу деталей гидрооборудования, увеличению зазоров и утечек через них, и, как следствие, к снижению объёмного КПД;

• необходимость защиты гидросистемы от проникновения в неё воздуха, наличие которого приводит к нестабильной работе гидропривода, большим гидравлическим потерям и нагреву рабочей жидкости;

• пожароопасность в случае применения горючих рабочих жидкостей, что налагает ограничения, например, на применение гидропривода в горячих цехах;

• зависимость вязкости рабочей жидкости, а значит и рабочих параметров гидропривода, от температуры окружающей среды.

1.1.3 Описание системы управления приводами механизации

Система управления приводами механизации (СУПМ) обеспечивает управление рулевыми приводами (РП) и электромеханическими тормозами (ТЭМ) закрылков и предкрылков.

В состав СУПМ входят следующие блоки:

• блок управления приводами механизации (БУПМ);

• блок датчиков и концевых выключателей (БДКВ-12);

• блок датчиков и концевых выключателей (БДКВ-11);

• блок резисторов БР.

Структурная схема СУПМ представлена на рисунке 1.3.

СУПМ имеет два независимых канала управления рулевым и гидроприводом закрылков и предкрылков и тормозами ТЭМ.

Рисунок 1.3 – Структурная схема СУПМ

БДКВ-12 является задающим, он кинетически связан с ручкой управления закрылков и предкрылков.

От БДКВ-12 в блок первого и второго каналов поступают сигналы, по результатам анализа которых определяется достоверность входной информации, исправность задающего датчика и линий связи, и вычисляется требуемое положение закрылков, предкрылков в следящем режиме.

БДКВ-11 являются датчиками обратной связи. Один БДКВ установлен на валу привода закрылков, один – привода предкрылков.

Рисунок 1.4 – Структурная схема БУПМ

БДКВ закрылков выдает в БУПМ сигналы, по результатам анализа которых определяется достоверность этих сигналов, исправность датчика и линий связи, и определяется фактическое положение закрылков.

БДКВ предкрылков выдает в блоки первого и второго канала сигналы, по результатам анализа которых определяется достоверность этих сигналов, исправность датчика и линий связи, и определяется фактическое положение предкрылков.

БУПМ состоит из устройства управления (УУ) и устройства контроля (УК).

Структурная схема БУПМ представлена на рисунке 1.4.

Функции УУ:

• прием параметров V_пр (скорость приборная), Н_б (высота барометрическая), G (масса самолета), γ (угол крена);

• прием дискретных сигналов СР (следящий режим) и ШО (обжатие шасси);

• прием сигналов с датчиков БДКВ-12 и датчиков обратной связи БДКВ-11 закрылков и предкрылков;

• проверка достоверности всех входных сигналов;

• формирование сигналов управления приводами закрылков и предкрылков в следящем режиме по информации, поступающей от БДКВ-12 и БДКВ-11;

• управление приводами закрылков, предкрылков в следящем и основном режимах работы;

• отключение управления приводами от БУПМ при переходе в резервный режим.

При положении самолета на земле, при уходе на второй круг и при отказе сигналов V_пр, Н_б в воздухе СУПМ работает в следящем режиме. В этом режиме УУ формирует сигналы управления приводами закрылков, предкрылков следующим образом:

• сигнал с задающего датчика БДКВ-12 сравнивается с сигналами датчиков обратной связи БДКВ-11 закрылков и предкрылков;

• по результатам сравнения определяется необходимость выпуска, уборки закрылков и предкрылков;

• формируются сигналы на включение приводов закрылков и предкрылков.

На режимах взлета и посадки при отсутствии отказов сигналов V_пр, Н_б СУПМ работает в основном режиме.

Основной режим представляет собой следящий режим с автоматической коррекцией. Автоматическая коррекция заключается в следующем: по данным о приборной скорости полета V_пр, полетной массе самолета G, высоте полета Н и углу крена γ определяются допустимые положения закрылков, предкрылков в соответствии с заданными законами управления в ограниченном диапазоне углов от текущего положения до заданного ручкой управления.

При отказе параметров V_пр и (или) Н основной режим автоматически переключается на следящий режим с остановкой привода для согласования положения ручки с текущим положением закрылков, предкрылков.

При отказе элементов, обеспечивающих следящий режим, СУПМ переходит в резервный режим. В этом режиме СУПМ не выдает сигналов управления приводами закрылков, предкрылков, но осуществляет контроль состояния трансмиссиями закрылков, предкрылков; также СУПМ выдает информацию об отказах.

Функции УК:

• контроль состояния СУПМ;

• контроль состояния трансмиссий закрылков, предкрылков;

• управление тормозами трансмиссий закрылков, предкрылков;

• выдача информации о состоянии СУПМ, приводов и трансмиссий;

• управление СУПМ в режиме настройки;

• индикация в режиме настройки.

Контроль состояния трансмиссий закрылков, предкрылков осуществляется при помощи датчиков БР. Два датчика БР установлены на трансмиссии закрылков, два – на трансмиссии предкрылков. Аналоговые сигналы с БР поступают в УК. УК сравнивает сигналы с правых и левых датчиков закрылков (предкрылков), определяет скорость изменения сигналов и направление изменения – по результатам этой проверки формируются сигналы управления тормозами ТЭМ.

Контроль исправности тормозов ТЭМ осуществляется по сигналам ТЛЗ_З(П) (тормоз левый заторможен), ТПЗ_З(П). В случае неисправности тормозов выдаются сигналы ОТ_З(П)1(2).

В режиме настройки управление СУПМ осуществляется от блока тестирования. Информация о прохождении настроечных тестов выводится на блок индикации.

Информация о состоянии СУПМ выводится в КСЭИС по последовательному каналу – параметры СС1_К, СС2_К.

СУПМ выдает дискретные сигналы уровней 27В: отказ канала (ОК), рассинхронизация закрылков (РЗ), резервный режим включен.

Питание каналов СУПМ независимое. Питание первого канала осуществляется от левого распределительного устройства напряжением 27В постоянного тока, второго канала – от правого распределительного устройства напряжением 27В постоянного тока.

Питание 27В поступает в УУ и УК, где БП формирует из него напряжения ±15В, 5В для питания электронных устройств.