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

периода ta сопла были выключены, поэтому приближен­ но можно считать, что

Как видно из этих формул, расход рабочего тела су­ щественно зависит от зоны нечувствительности датчика угловой скорости и зоны нечувствительности датчика уг­ лового положения. Для уменьшения расхода рабочего тела необходимо уменьшать зону нечувствительности f>i и увеличивать зону нечувствительности т>і. Последнее требование находится в явном противоречии с требова­ нием повышения точности системы угловой стабилиза­ ции.

Если датчик угловой скорости имеет линейную харак­ теристику без зоны нечувствительности, то из выражения (5.25) имеем

k.Wy

Предположив, что первое слагаемое выражения (5.25) значительно больше второго слагаемого, получим

тела существенно зависит от крутизны k$ характеристи­ ки датчика угловой скорости и крутизны k% линейного участка статической характеристики измерителя верти­ кали.

Очевидно, что амплитуда автоколебаний по углу f> представляет собой периодическую составляющую ошиб­ ки стабилизации. Для релейных характеристик датчиков эта ошибка равна

а для статических характеристик чувствительных элемен­ тов, приведенных на рис. 5.8,

Чтобы повысить точность, необходимо уменьшить т)і, а это противоречит требованию минимума энергопотреб­ ления.

При Мг=const автоколебательный процесс несиммет­ ричен. Максимальное значение погрешности стабилиза­

Зона нечувствительности Ьі не может быть меньше той, которая определяется технологическими возможно­ стями производства. Ниже предлагается способ умень­ шения Фі изменением положения основания контактного устройства датчика угловой скорости в соответствии с ус-

тановившимся циклом автоколебаний. Такое «отслежи­ вание» позволит как бы искусственно уменьшить зону нечувствительности и, кроме того, компенсировать за­ паздывание сопел при их выключении, поскольку нали­ чие Тг также приводит к увели­ чению расхода рабочего тела.

Принцип действия предла­ гаемого способа заключается

в следующем. Допустим, что

всистеме стабилизации устано­ вился автоколебательный цикл (на рис. 5.11 он изображен пунктирной линией).

Заметим, что горизонталь­ ные линии переключения по­ строены с учетом запаздывания на выключение сопел, а парал­ лельные им пунктирные пря­

мые, проходящие через точки 2' и 4', соответствуют си­ стеме с идеальными соплами. Указанные прямые сме­ щены друг относительно друга на величину

Величина Afti для установившегося режима конкрет­ ной системы является постоянной и может быть зара­ нее найдена.

основания контактного устройства / навстречу движения подвижного контакта 2 (рис. 5.12). Положение контак­ тов, соответствующее точке 2 фазовой плоскости, изо­

па приводного устройства. На фазовой плоскости новое положение линии переключения ДУС соответствует гори­ зонтальной прямой, проходящей через ординату1 '-. Зона

и ту часть зоны нечувствительности, которую целесооб­ разно выбрать при подходе фазовой траектории к точ­ ке а.

В точке а сопла включаются и изображающая точка будет двигаться по прямой линии ab. В момент выклю­ чения сопел основание контактного устройства переме­ щают в обратном направлении до положения — f } ~ (рис. 5.12, б). Величина перемещения основания должна быть пропорциональна разности Ь\—

В точке Ъ сопла включаются й система движется по параболе до точки с, соответствующей новому положе­ нию линии переключения. В этой точке сопла вновь вы­ ключаются и основание контактного устройства возвра­ щают в позицию а и т. д. В итоге установится новый ав­ токолебательный цикл, но уже с меньшей зоной

Очевидно, что это отношение всегда больше единицы.

К недостаткам рассмотренного способа следует отне­ сти необходимость в усложнении конструкции датчика угловой скорости.

5.4. Использование реактивных сопел

для управления космическими аппаратами, стабилизированными вращением

Стабилизированный вращением космический аппа­ рат аналогичен свободному гироскопу. Известно, что по­ ложение главной оси такого гироскопа можно изменять относительно инерциального пространства, прикладывая к нему моменты, направленные перпендикулярно оси собственного вращения. Космический аппарат лишен свя­ зи с окружающей средой, «оттолкнувшись» от которой можно было бы создавать подобные моменты. Поэтому

реактивный принцип создания управляющих моментов является основным принципом, который может быть ис­ пользован при создании исполнительных органов систем управления аппаратов, стабилизированных вращением.

Угловое положение стабилизированного вращением аппарата можно определить двумя углами. Так, если при отделении от ракеты-носителя аппарат закручивается относительно оси тангажа с угловой скоростью Ь, то по­ ложение этой оси в подвижной орбитальной системе ко­ ординат может быть задано углом рыскания г|э и углом крена у.

Динамика твердого тела, вращающегося относитель­ но центра масс, хорошо изучена. При действии на такое тело постоянного момента, не совпадающего с осью соб­ ственного вращения, возникают два вида движения: пре­ цессионное и нутационное. Прецессия характеризуется равномерным вращением, на которое накладываются нутационные колебания. Угловая скорость прецессии по­ стоянна во времени и пропорциональна величине прило­ женного момента. Амплитуда и частота нутационных ко­ лебаний зависит от параметров КА и от внешних мо­ ментов.

В процессе полета на аппарат действуют различные возмущения, поэтому его главная ось будет с течением времени уходить от первоначально заданного направле­ ния. В связи с этим на аппарате, стабилизированном вращением, должна быть предусмотрена система угловой стабилизации. При управлении ставится задача созна­ тельного изменения углового положения главной оси в инерциальном пространстве. Как при стабилизации, так и при управлении возникает потребность в создании та­

затрудняет управление аппаратом, поэтому в системах, предназначенных для вращающихся аппаратов, должны быть предусмотрены меры демпфирования этих ко­ лебаний.

Выведем уравнения движения КА стабилизирован­ ного вращением.

Если считать, что оси связанной системы координат не участвуют во вращении вместе с аппаратом, то проек-

Щ±__^2-с-~~ Р и с - 5-13. К выводу уравнений У движения аппарата, стабилизи­

рованного вращением

тратить на это примерно 3 ч времени. Очевидно, что та­ кой способ управления вращающимся аппаратом являет­ ся нецелесообразным.

Представляет интерес определить возможности уп­ равления при помощи реактивного сопла, развивающего

= 0,525 с,

6»

а угол, на который отклонится аппарат за время дейст­ вия одного импульса, составит AiJ; = 5,4-10_4 рад. Теперь для разворота главной оси на 1,74 • 10~2 рад потребуется приложить 33 импульса, затратив на это около 7 м.