- •СТАБИЛИЗАЦИЯ МАШИН
- •Предисловие
- •1.1. Основные понятия и определения
- •1.2. Математические основы теории линейных систем автоматического регулирования
- •1.2.2. Преобразования Лапласа и их свойства
- •1.4. Структурный анализ линейных САР
- •1.4.1. Структурная схема САР
- •1.4.3. Преобразование структурных схем
- •1.4.5. Обратные связи в САР
- •1.5.1. Типовые воздействия
- •1.5.2. Временные характеристики
- •1.5.3. Частотные характеристики
- •1.5.4. Временные и частотные характеристики типовых звеньев
- •1.6. Устойчивость САР. Критерии устойчивости
- •1.6.1. Условие устойчивости
- •1.6.2. Критерий Гурвица
- •1.6.3. Критерий Рауса
- •1.6.4. Критерий Михайлова
- •1.6.5. Критерий Найквиста
- •1.6.6. Определение устойчивости САР и запасов устойчивости
- •1.7. Оценка качества переходного процесса
- •1.7.1. Основные показатели качества
- •1.7.2. Оценка показателей качества переходного процесса по частотным характеристикам системы
- •1.7.3. Расчет установившихся ошибок САР
- •1.8. Коррекция динамических свойств САР
- •1.8.1. Метод последовательной коррекции
- •1.8.2. Метод параллельной коррекции
- •2.1. Эффективность стрельбы боевых машин
- •2.1.1. Особенности стрельбы с ходу
- •2.1.2. Анализ колебаний корпуса САО
- •2.1.3. Анализ колебаний корпуса морских кораблей
- •2.1.4. Способы повышения эффективности стрельбы
- •2.2. Анализ кинематических зависимостей при наведении и стабилизации
- •2.2.1. Кинематические схемы наведения и стабилизации установок
- •2.2.3. Слежение за неподвижной целью при трехосной схеме со стабилизацией осей цапф установки
- •2.2.5. Слежение за подвижной целью
- •2.2.6. Понятие «мертвой» зоны силовых приводов наведения
- •2.2.7. Влияние схемы заряжания установки на мощность силового привода наведения
- •2.3. Расчет и анализ процесса амортизации оружия при стрельбе очередью
- •2.3.2. Решение уравнения движения короба при П0=0
- •2.3.4. Решение уравнения движения короба при переменном темпе стрельбы
- •2.3.5. Расчет движения системы «оружие - установка» при стрельбе очередью
- •2.3.6. Анализ процесса амортизации оружия при стрельбе очередью
- •3.1. Классификация систем наведения и стабилизации установок
- •3.2. Система наведения артиллерийской установки
- •3.4. Принцип радиолокационной системы командного наведения зенитных комплексов
- •4.1. Свойства гироскопа
- •4.2. Учет сил трения в гироскопе
- •4.4. Двухстепенной гироскоп.
- •4.6. Скоростная характеристика наведения установки
- •5.1.1. Основные требования к приводам
- •5.1.2. Классификация силовых приводов
- •5.1.3. Принципиальные схемы некоторых приводов
- •5.2. Расчет электромашинного привода наведения
- •5.2.1. Способы регулирования скорости электродвигателей постоянного тока
- •5.2.2. Пуск электродвигателей постоянного тока
- •5.2.3. Торможение электромашинного привода
- •5.2.4. Выбор электродвигателя для неавтоматизированных приводов
- •5.2.5. Уравнение динамики электропривода
- •5.2.6. Расчет мощности электродвигателя для автоматизированных приводов
- •5.2.7. Усилительные устройства
- •5.3.1. Уравнения гидропривода с дроссельным регулированием
- •5.3.2. Структурная схема гидропривода
- •5.3.3. Устойчивость гидропривода
- •5.3.4. Способы повышения устойчивости гидропривода
- •5.4.1. Электромеханические преобразователи
- •5.4.2. Гидроусилители
- •6.1. Расчет механизмов вертикального наведения
- •6.2. Расчет механизмов горизонтального наведения
- •6.3. Выбор рациональной схемы установки коренных шестерен механизма поворота
лах возвышения) вызывает необходимость введения трехосных схем со стабилизацией либо осей цапф установки, либо поперечной оси изделия (снаряда) в зависимости от требований и условий стрельбы установки.
2.2.3. Слежение за неподвижной целью при трехосной схеме со стабилизацией осей цапф установки
На рис. 2.13 представлена конструктивная схема трехосной зе нитной корабельной пусковой установки, а на рис. 2.14 - ее рас четная схема. При составлении расчетной схемы были приняты следующие допущения:
1)учитывается только бортовая качка корабля с угловыми параметрами 0,0,0;
2)ось наведения или линия выстрела (отрезок ОА) проходит через центр массы (точка О) корабля;
3)все три оси (две оси наведения с углами \|/ и ср, а также одна ось стабилизации с углом 5) пересекаются в одной точке О.
Обычно все цапфенные узлы располагаются, как правило, с не большими смещениями относительно друг друга, поэтому данное допущение упрощает получаемые кинематические зависимости.
Назначение привода стабилизации - обеспечить горизонтирование оси цапф вертикального наведения в процессе качки корабля, то есть удерживать эту ось в горизонтальной плоскости GFCE. При этом на расчетной схеме (рис. 2.14):
Рис. 2.13. Схема трехосной |
Рис. 2.14. Расчетная схема для |
корабельной пусковой установки |
трехосной системы |
плоскость GFBD - плоскость палубы при текущем крене ко рабля на угол 0 ;
линии ОВ и ОС - проекции линии выстрела (оси орудия) на плоскость палубы GFBD и горизонтальную плоскость GFCE-,
линия GF - продольная ось корабля;
линии ОД и ОЕ - положение оси цапф (ось вертикального на ведения) в наклонном и стабилизированном (горизонтальном) по ложениях. Угловые параметры ф, ф и ф - угол, скорость и ускоре
ние вертикального наведения.
Угловые параметры ф,ф и ф характеризуют горизонтальное наведение. Угловые параметры 8 , 8 и 8 характеризуют стабилиза
цию оси цапф.
Необходимо отметить, что основной задачей силовых приво дов наведения и привода стабилизации является обеспечение при качке корабля постоянных значений необходимых углов возвыше ния орудия фо и горизонтального наведения фо. Кроме того, необ ходимо помнить, что углы фо и ф отсчитываются в вертикальной плоскости; угол фо отсчитывается в горизонтальной плоскости; уг лы ф и 8 - в плоскости палубы корабля и плоскости, перпендику лярной палубе.
Для определения кинематических зависимостей стабилизации оси цапф необходимо рассмотреть прямоугольные треугольники
ODE, GDE и GOD. Из схемы на рис. 2.14 видно: |
|
|||||
|
|
|
sin 8 = РЕ sin 6 = РЕ |
|
||
|
|
|
|
OD' |
GD |
|
Поскольку sinS _ GD _ совф, |
|
|
||||
то |
sin в |
OD |
sin 8 = sin 0 -ш еф |
(2.14) |
||
|
|
|||||
Анализ по |
скоростям |
зависимости |
(2.14) |
для случая, когда |
||
0 = 0 , при этом 0 = 0 |
И 1 1 /= |
|
|
|||
1 ) |
при стрельбе вдоль оси корабля ( у = 0 ): |
|||||
|
sin8 = sin0 ; 8 = 0 , откуда 8 = 0 |
и 8 |
= 0 |
|||
2 ) |
при стрельбе поперек корабля (ф 0 = 90°) sin 8 = 0 ;8 = 0 . |
|||||
Скорости стабилизации оси цапф достигают наибольшего зна |
||||||
чения при курсовом угле у |
= о , при этом они не превышают ско |
рости качки корабля.
Для определения кинематических зависимостей для верти кального наведения рассматриваются прямоугольные треугольники
ОВС, FBC и OFB. Из |
схемы, показанной на рис. 2.14, следует |
|||||||||
sin(<p |
. |
ВС и |
. Л |
ВС отсюття |
sin^ o -(p) |
™ |
• |
|||
-<р) = ---- и sin0 = ------. отсю да-------у-------------= sm ur. |
||||||||||
0 |
|
OB |
|
FB |
|
|
|
sin0 |
OB |
|
Таким образом, |
|
sin(<po-cp) = sine |
sin\|/. |
|
(2.15) |
|||||
Анализируется по скоростям зависимость (2.15) для случая, ко |
||||||||||
гда 0 = 0, при этом 0 = 0 |
и \|/ = \и : |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
шах |
т |
т 0 |
|
|
|
|
1) при стрельбе вдоль оси корабля (у |
= о ): |
|
|
|||||||
|
|
sin(tp0 —ср)= 0, откуда ф = фо и ф = 0. |
|
|||||||
2) при стрельбе поперек корабля ( у о =90°) |
sin(<pQ—ф) = sin 0 |
|||||||||
или ф = ф |
-0 , откуда ф = -0 ; ф |
= -0 |
|
|
|
|||||
х |
0 |
|
|
|
max |
max |
|
|
||
Угловые скорости вертикального наведения так же, как и при |
||||||||||
двухосной |
схеме, |
являются |
наибольшими при |
курсовом угле |
ф^ = 90°, при этом они не превосходят угловой скорости качки ко
рабля.
Для составления кинематических зависимостей для горизон тального наведения рассматриваются прямоугольные треугольники OFB, OFC и FBC. Из треугольников OFB и OFC можно записать:
ctgф = — и ctg ¥ |
= — , откуда |
= ^ |
= cos0. |
FB |
0 FC |
с1ё фо FB |
|
Следовательно |
ctg\y = ctg\yQ COS0. |
(2.16) |
|
|
Учитывая, что функция ctg изменяет свое значение в очень большом диапазоне, для определения угловой скорости горизон тального наведения продифференцировать выражение (2.16):
----- !— ф = —0ctg\]/ |
sin0, откуда xj/= 0ctg\|/o sin0-sin2 \|/. |
|
вш2ф |
|
|
Преобразовать последнее выражение, учитывая (2.13) и выра- |
||
1 |
7 |
• |
жение совфвшф = —sinzф •
Проанализировать по угловым скоростям зависимость (2.17)
для случая, когда 0 = 0, при этом 0 = 0 |
и \|/ = ш |
: |
|
|
|||
|
|
шах |
|
0 |
|
|
|
1) |
при стрельбе вдоль корабля ( ^ = 0 ) —>|/ = 0; |
|
|
|
|||
2) |
при стрельбе поперек корабля ( = |
90°) - |
\jr = 0; |
|
|
||
3) |
при стрельбе с курсовым углом ш |
= 45° - |
¥ |
= 0,50 |
• tg 0 |
||
|
|
т 0 |
|
т max |
шах |
|
|
И Л И 0шах |
2 Так, например, при 0 = 20° отношение |
0 |
|
||||
max ~5 5 |
|||||||
¥ max |
tg0 |
|
|
|
¥ max |
|
В отличие от двухосной схемы наведения, при трехосной схеме со стабилизацией оси цапф скорости горизонтального наведения, необходимые для компенсации качки (с учетом допущений), не за висят от углов возвышения орудия. При этом значения данных скоростей в несколько раз меньше скоростей качки, что и объясня ет стремление использовать трехосную схему на кораблях для зе нитных установок и на сухопутных подвижных зенитных установ ках (боевые машины сопровождения).
2.2.4. Слежение за неподвижной целью при трехосной схеме со стабилизацией поперечной оси снаряда
Трехосная схема со стабилизацией поперечной оси изделия может быть использована, например, для самолетов-снарядов (из делие), которые по условиям старта и нормальной работы бортовой аппаратуры требуют горизонтирования крыльев, то есть попереч ной оси изделия. Следует заметить, что эти требования можно вы полнять и за счет введения стабилизации осей цапф установки, од нако часто схема со стабилизацией поперечной оси оказывается предпочтительнее, так как задача самой стабилизации решается меньшей мощностью силовых приводов вследствие меньших мо ментов инерции и сопротивлений поворотных частей объекта.
При получении кинематических связей схемы принимаются следующие допущения:
1)учитывается только бортовая качка корабля с угловыми па раметрами 0 и 0;
2)ось наведения (линия пуска ОА) проходит через центр массы (точка О) корабля;
3)все оси наведения и стабилизации пересекаются в одной точке 0\
4)курсовой параметр \|/0 (угол горизонтального наведения) ра вен нулю, стрельба ведется вдоль корабля.
стабилизации
На рис. 2.15 показаны все оси наведения и стабилизации уста новки и изделия, а также утлы возможных перемещений вокруг этих осей, где ср и \|/ - углы вертикального и горизонтального наве дения установки; 8 и р - углы стабилизации осей цапф установки и поперечной оси изделия.
Рис. 2.16 иллюстрирует положение двух плоскостей стабили зации.
На рис. 2.17 изображена расчетная схема, где OD - положение поперечной оси изделия в нестабилизированном состоянии; ОС - ось цапф установки в нестабилизированном положении; ОВ - ось цапф и поперечная ось изделия в стабилизированном (горизон тальном) положении; ф0 - угол возвышения установки; 0 - угол бортовой качки.
Рис. 2.17. Схема расчета кинематических связей
Так как по допущению угол горизонтального наведения |
= 0 |
(наихудший случай, когда углы и скорости стабилизации прини мают наибольшие значения), то угол стабилизации оси цапф 8 ра вен углу крена р корабля (8 = 0).
Для определения кинематической зависимости стабилизации поперечной оси изделия рассматривается сферический прямо
угольный |
треугольник CBD, для которого можно |
записать |
||
tg a = tg cco sfi или tg р _ tg Q |
Дифференцируется выражение |
|||
|
coscpo' |
|
|
|
1 р = _____ \_____ 0. Поскольку cos2p = -----!---- f |
|
|||
cos2p |
COS2 0COS(PO |
|
l + tg2 p |
|
TO |
p=0 - |
|
|
|
|
f |
|
|
|
|
|
>2 |
|
|
|
COS2 0 COS(p |
1+ |
tg© |
|
|
СОЭф |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
4> V |
|
отсюда |
£ _ Q_______COS(PQ_______ |
(2.18) |
||
|
cos2 0-cos2 ф |
+sin20 |
|
|
|
|
To |
|
|
Для простоты анализа выражения (2.18) рассматривается слу чай, когда угол крена корабля равен нулю (0 = 0), при этом угловая
скорость качки имеет максимальное значение 0 = 0 |
Тогда вы- |
||
|
|
шах |
|
ражение (2.18) примет вид р _ Q |
1 |
В этом случае: |
|
Итах cos фо'
1)при настильной стрельбе (стрельбе с небольшими углами возвышения фо =0) р = 0;
2)при зенитной стрельбе (стрельбе с большими угламивозвы-
шения m |
=90°) 6 —> <ю. |
^0 |
г шах |
Таким образом, на основании упрощенного анализа можно сделать вывод: трехосную схему со стабилизацией поперечной оси изделия следует применять в тех случаях, когда угол возвышения фо установки имеет небольшую величину, например, установки для запуска самолетов-снарядов, крылатых ракет и т. д., имея в виду, что они стартуют при небольших углах возвышения. При больших