книги из ГПНТБ / Каргу Л.И. Системы угловой стабилизации космических аппаратов

Знаменатель этих функций можно представить в виде произведения двух сомножителей вида ( S 2 + C0i2 ) ( S 2 + G ) 2 2 ) , где o)j,2 — постоянные числа, выражаемые через коэффи­ циенты биквадратного полинома. Таким образом,переда­ точная функция упругой системы представляет собой пе­ редаточную функцию двух последовательно соединенных консервативных звеньев. Если учесть вязкое трение в упругих элементах конструкции гироскопа, то эти пере­ даточные функции примут вид, соотгаетсивущий переда­ точной функции колебательного звена.

Характеристический определитель упругой системы имеет вид

Характеристическое уравнение системы

ской системы КА — ГИО:

Для упругой системы стабилизации характерна не од­ на частота собственных (нутационных) колебаний, как это имело место у абсолютно жестких систем, а две часто­ ты. Следует заметить, что в общем случае при рассмот­ рении такой механической системы, как системы упругих тел с распределенными параметрами, возможно бесчис­ ленное множество значений собственных частот.

Определим предельные значения частот сої и (о2 при са—>-оо. Из выражения (4.88) находим

Нт < Я 2 „ ' А

Н т о)22 = оо.

Найденные предельные значения частот показывают, что первая частота с увеличением жесткости приближа­ ется к частоте нутационных колебаний, вторая — стре­ мится к бесконечности.

та нет. При конечном значении жесткости сл, как это следует из выражения (4.94), % всегда меньше единицы.

В работе [25] физическую природу ослабления уси­ ления момента объясняют тем, что рамка гироскопа становится как бы более инерционной. Возможно и дру­ гое объяснение этого явления. Наличие упругой подат­ ливости кожуха и ротора в плоскости действия пары сил, возникающих в результате прецессии двухстепенного ги­ роскопа, превращает двухстепенной гироскоп в диапазо­ не углов упругих деформаций в трехстепенной. Это озна­ чает, что кожух гироскопа, приобретая дополнительную, хотя и ограниченную степень свободы, становится внут­ ренней рамкой трехстепенного гироскопа, в результате чего получает дополнительную сопротивляемость пере­ дачи М д м корпусу КА. Если для абсолютно жесткого гироскопа действие момента М д м равносильно его раз­ вороту как обычного твердого тела, то для упругого гироскопа характерна потеря части мощности момента из-за действия гироскопических сил. Эта часть мощности датчика момента бесполезно тратится, превращаясь в тепловую энергию из-за внутреннего трения (в упругих элементах конструкции гироскопа.

Если на КА действует /W2 = const, то из системы урав­ нений (4.82) находим

роскопа приводит к увеличению статической ошибки на

ногабаритных двухстепенных гироскопов с высоким отношением управляющего момента к кинетическому (рис. 4.30). В цилиндре установлены вращающиеся де-

Глава 5

АКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ УГЛОВОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ С РЕАКТИВНЫМИ СОПЛАМИ

5. 1. Принципы построения систем угловой

стабилизации с реактивными соплами

В основу работы систем с реактивными соплами [1] положен принцип создания управляющих моментов при помощи реактивных сопел.

Реактивные сопла, удаленные на некоторое расстоя­ ние от центра масс космического аппарата, создают силу тяги за счет выделения из них рабочего тела. Возникаю­

тяги и ее направление определяются законом управле­ ния замкнутой системы автоматического регулирования. Исходной информацией системы, обеспечивающей фор­ мирование требуемого закона управления, служат пока­ зания чувствительных элементов, например ИКВ, ГО

иДУС.

Вреактивных соплах в качестве рабочего тела ис­ пользуют хранящийся в специальных баллонах предвари­ тельно сжатый газ. Возможен вариант, когда реактив­ ные сопла являются составной частью малогабаритных двигательных установок малой тяги, работающих на про­ дуктах сгорания химического топлива. В этом случае рассматриваемые исполнительные органы правильнее называть реактивными двигателями.

Реактивные сопла управляются электромагнитными пневмоклапанами (ЭПК), к которым по трубопроводам подводится сжатый газ от редукционной камеры, под­ ключенной к газовому баллону.

Блок-схема трехканальной системы угловой стабили­ зации с реактивными соплами приведена на рис. 5.1.

систем используются датчики углового положения и ги­ роскопические датчики угловой скорости.

В системах управления космических аппаратов с большим сроком активной жизни нежелательно исполь­ зовать датчики угловой скорости из-за большого потреб­ ления ими электроэнергии и малого ресурса работы. Применение в качестве чувствительных элементов толь­

вустановившемся режиме.

Врелейных системах'стабилизации расход газа в предельном цикле пропорционален создаваемому уско­

рению, которое, в свою очередь, пропорционально тяге. В тех случаях, когда сопла двигательной системы ори­ ентации рассчитываются по максимальному значению тяги, обычно наблюдается чрезмерное потребление рабо­ чего тела. Для уменьшения расхода используют каскад­ ную систему сопел с различными уровнями тяги.

сопел. При этом оказывается, что техническая реализа­ ция системы с модуляцией тяги становится лишь незна­ чительно сложнее, чем обычный релейной системы.

5. 2. Основные режимы работы релейных систем

Рассмотрим работу канала тангажа системы с реак­ тивными соплами, в качестве чувствительных элементов которой используются инфракрасная вертикаль и датчик угловой скорости с релейными характеристиками, при*

веденными на рис. 1. 11. Вначале будем считать, что ре­ активные сопла работают без запаздывания, а возмуща­ ющие моменты отсутствуют. В соответствии с законом управления

'z

Точка 3 зеркально отобразится в точку 3', что соот­ ветствует переходу аппарата из положения г> = л в поло­ жение г> = —я. Начиная с точки 3', аппарат продолжит равномерное вращение в направлении линии переклю­ чения до точки 4. В точке 4 сопла включатся и угловая скорость аппарата вновь будет уменьшаться. Если дат-