книги из ГПНТБ / Карпухин А.В. Приборы систем управления ракет учебное пособие

и является поэтому измерительной осью по углу вращения ракеты.

оси ротора по отношению к рамам, так как разворот ракеты, а вместе с ней и рам подвеса гироскопа происходит вокруг оси, параллельной оси вращения ротора.

Кроме астатического трехстепенного гироскопа, являющегося основной частью ГВ, в состав гировертиканта входят датчики командных сигналов, арретирующее устройство и система коррек­ ции. Кроме того, на наружную раму при необходимости могут уста­ навливаться навигационные акселерометры, ось чувствительности которых необходимо стабилизировать в направлении, перпендику­ лярном плоскости стрельбы.

Датчики командных сигналов являются датчиками углов и слу­ жат для преобразования измеряемых углов поворота ракеты вокруг ее продольной и нормальной осей в пропорциональные углам сиг­ налы, поступающие затем в систему управления. На ри с.3.12 по­ казаны спаренные потенциометрические (для надежности) датчики угла, хотя в принципе датчики могут быть любого типа.

Арретирующее устройство лишает гироскоп возможности вра­ щаться вокруг осей рам и тем самым исключает возможность бол­ танки карданова подвеса, которая может приводить при тряске прибора и вибрациях к ударам гироузла об упоры. Удары могут вызывать повреждение подшипников и выход прибора из строя. Заарретированный гировертикант представляет как бы одно целое с ракетой. Поэтому, установив ракету строго вертикально и за­ дав ей нужное направление в азимуте, тем самым задают перво­

начальную ориентацию осей ГВ по отношению к стартовой системе координат. Однако арретир не может являться средством точной выставки ГВ, так как ракета, находясь на пусковом устройстве, под влиянием ветра и колебаний топлива при заправке ракеты может совершать колебания относительно стартовой системы с амплитудой в несколько угловых минут. £азарретирование прибора может произойти в отклоненном положении ракеты и гироскоп иаапомнит" не стартовую систему координат, а отклоненную относи-

142

тельно нее связанную систему координат, и поэтому измерение углов будет происходить с погрешностью, что приведет к откло­ нению ракеты от цели.

Поэтому для точной выставки осей ГВ перед пуском ракеты используется система коррекции, в которую входят два датчика моментов Д11, два датчика коррекции и наземный коррекционный усилитель. Система коррекции имеет два канала. Один канал вклю­ чает в себя датчик коррекции в виде потенциометрического дат­

мента ДМ2, осуществляет вертикальную коррекцию гировертиканта, в результате которой устанавливает наружную раму гироскопа в вертикальное положение и ось ротора в плоскость горизонта.

Исполнительными элементами коррекции являются датчики мо­ ментов ДМ^ и ДЫ2 , представляющие собой двигатели постоянного тока с постоянным магнитом и двумя обмотками управления.

Если наружная рама гироскопа не занимает вертикального поло­

гой обмотки датчика Протекающий по обмотке ток взаимодей­ ствует с постоянным магнитом и создает момент, который прикла­ дывается по оси вращения внутренней рамы. Под действием этого момента гироскоп прецессирует в сторону уменьшения угла откло­ нения наружной рамы от вертикали. Когда рама занимает верти­ кальное положение, контакты маятникового датчика размыкаются,

тов маятникового датчика и, другая обмотка ДМ2 окажется подклю­ ченной к источнику электрической энергии. Направление прецессии изменится и рама будет приходить к заданному положению. Так как чувствительным элементом выставки является маятниковый кон­ тактный датчик, будут происходить непрерывные колебания наруж­ ной рамы гироскопа относительно вертикали с весьма незначитель­ ной амплитудой.

При установке на наружную раму гироскопа акселерометра по­ следний может быть использован в качестве чувствительного эле­ мента выставки ГВ относительно оси наружной рамы.

143

Чувствительным элементом системы азимутальной коррекции может служить один из потенциометрических датчиков П, по углу вращения (крена). Когда ракета наведена на цель, ось вращения наружной рамы также находится в плоскости стрельбы (она разво­ рачивается вместе с ракетой) и при вертикальном расположении наружной рамы база потенциометра П/ , связанная с рамой, ока­ зывается также ориентированной на цель. Если ось вращения ро­ тора гироскопа неперпендикулярна плоскости стрельбы, то щетка потенциометра, жестко скрепленная с осью внутренней рамы, не находится на нулевой точке и на выходе датчика Л, возникает электрический сигнал, пропорциональный отклонению главной оси гироскопа от перпендикуляра к плоскости стрельбы. Этот сигнал поступает на наземный усилитель коррекции и приводит к сраба­ тыванию поляризованного реле, контакты которого включают в работу соответствующую обмотку датчика момента ДМ^. Датчик flMj прикладывает к наружной раме момент, под действием которого гироскоп прецессирует к нулевому положению, и главная ось за­ нимает перпендикулярное положение к плоскости стрельбы, при этом сигнал с датчика П# установится равным нулю и реле отклю­ чает датчик момента ДЫj .

В результате работы системы коррекции главная ось ГВ удер­ живается в неизменном положении относительно стартовой системы координат, при этом непрерывно компенсируются уходы гироскопа вследствие суточного вращения Земли и инструментальных ошибок прибора. В момент старта происходит автоматическое выключение системы коррекции и гироскоп, становясь свободным, запоминает предстартовое положение оси ротора и сохраняет в полете это поло­ жение неизменным. Относительно этого положения главной оси и происходит измерение угловых отклонений ракеты.

При программном полете ракеты, когда углы рыскания и вра­ щения равны нулю, сигналы на выходе датчиков углов П, и Пг рав­ ны нулю. Если ракета повернется вокруг своей продольной оси Xj , вместе с ней повернется наружная рама гироскопа и закреп­ ленные на ней базы потенциометров П< . Так как щетки потенцио­ метров жестко связаны с осью вращения внутренней рамы, т .е .

с гироузлом, а гироузеи сохраняет в полете приданное ему при выставке положение, произойдет относительное перемещение ще­ ток по поворачивающимся вместе с ракетой базам потенциометров. На выходе датчиков П/ возникнет электрический сигнал, пропор­ циональный углу поворота ракеты U-S ц> . Этот сигнал поступит

144

на усилитель-преобразователь, а затеи на рулевые иашины, кото­ рые отклонят газовые рули, и возникнет восстанавливающий мо-

угол рыскания), вместе с ракетой будут поворачиваться базы по­ тенциометров Пг , а щетки, так как они скреплены с осью рамы, сохранят свое положение неизменным. На выходе датчика Пг воз­ никнет электрический сигнал CASV, где S - крутизна потенцио­ метра, который поступит в систему управления и вызовет в ко­ нечном счете отклонение газовых рулей I и I . Рули, отклонив­ шись, создадут управляющий момент, под действием которого ра­ кета повернется вокруг нормальной оси и угол рыскания станет равным нулю.

Влияние моментов несбалансированности и сил трения в опо­ рах осей ГВ приводит в полете ракеты к уходу главной оси гиро­ скопа от заданного положения, при этом возникают ложные сигна­ лы по углам У и ф , что вызывает уход ракеты от цели.

Приведем числовой пример, который будет иллюстрировать тре­ бование к точности работы ГВ для поражения заданной цеди.Пусть при дальности полета в 4000 км полет ракеты происходит с по­ стоянным углом рыскания 2 угл.мин. Будем считать, что вектор

Места старта Цель

скорости находится в плоскости симметрии ракеты x i y t . При этом боковой уход составит (ри с.3.13)

Таким образом, для уменьшения боковых уходов ракеты точ­ ность ГВ по оси рыскания должна быть тем выше, чем больше даль­

145

ность полета. Для повышения точности работы гироприбор под­ вергается тщательной балансировке и в его опорах применяются прецизионные (точные) шарикоподшипники. Точность современных гироскопов направления, характеризуемая угловой скоростью ухо­

лизации предъявляются самые высокие требования, так как от них зависит работа системы управления в целом. Надежность работы ГВ и ГГ обеспечивается дублированием как отдельных элементов приборов и.коммутационных цепей,так и самих приборов. Приме­ няется двойной подвод электрического питания к гиродвигателям, датчикам углов, устанавливаются спаренные потенциометры, сдво­ енные программные механизмы и т .д .

Надежная работа гироприборов обеспечивается их тщательной эксплуатацией, качественным выполнением регламентных проверок, при которых проверяются основные параметры приборов и исправ­ ность работы всех цепей, и контролем готовности приборов к работе. Имеется дистанционный контроль заарретированного и раэарретированного состояний приборов, нулевого положения програм­ много механизма, исправности работы системы коррекции, исправ­ ного состояния датчиков углов и их остаточного (нулевого) на­ пряжения. Отдельные цепи контроля наиболее ответственных эле­ ментов входят в схему автоматического набора цепи готовности ракеты к пуску. Это обстоятельство исключает пуск ракеты с неисправными гироприбсрами.

§ 3 .4 . ДАТЧИК УГЛОВОЙ СКОРОСТИ (ДУС)

Датчик угловой скорости, или дифференцирующий гироскоп, служит для измерения угловой скорости вращения объекта, на ко­ тором установлен прибор, вокруг оси, перпендикулярной плоско­

146

хины, другие концы которых соединены с корпусом прибора. В ис­ ходном положении прибора, когда нет вращения его основания и ось ротора Z совпадает с осью Z t , момент Unp, создаваемый пружинами, равен нулю.

При повороте гироузла в любую сторону вокруг его оси пру-* жины, которые являются упругими элементами, создают момент, пропорциональный углу р отклонения гироузла, т .е . М„р ~ к прр, где кпр- удельный момент пружины. Момент, развиваемый пружина­ ми, прикладывается к гироузлу и стремится вернуть его в исход­ ное положение. Таким образом, пружины, создавая момент, пропор­ циональный углу отклонения гироузла,являются устройством жест­ кой обратной связи между корпусом и гироувлом.

Для гашения колебаний гироузла относительно его равновес­ ного положения предусмотрен демпфер Д. Демпфер создает момент Мд , пропорциональный угловой скорости вращения гироуэла, т .е .

Ш

и з м е р и т е л ь н о й осью прибора или осью чувствитель­ ности, входной осью прибора.

Если объект с закрепленным на нем прибором начинает вра­ щаться вокруг измерительной оси Y, с угловой скоростью возникает гироскопический момент МГ1, направленный по оси ги­ роузла и равный

МГх-Ни)у^ cosfi .

Под действием гироскопического момента Мгх гироузел начнет ускоренно поворачиваться вокруг своей оси. При этом вращении

и угла р моменты, создаваемые пружинами и демпфером, растут. Следовательно, результирующий момент по оси гироуэла будет уменьшаться и уменьшится ускорение ех . Пока противодействую­ щие моменты иар, Мд и МГх в сумме не станут равными ^хвижущему*гироскопическому моменту 11 гх, движение гироузла будет уско­ ренным.'

При равенстве момента Мгх и суммы моментов Мл/)+ Мд + ЫГ2 ускорение станет равным нулю, скорость движения гироузла к этому времени достигнет своего максимального значения и гироузел по инерции перейдет это равновесное положение. При даль­ нейшем вращении гироузла суммарный противодействующей момент за счет увеличения растяжения пружин станет преобладать над гироскопическим моментом, возникнет отрицательное ускорение ех и скорость вращения гироузла будет уменьшаться. В некотЬрый период времени шх станет равной нулю и, следовательно, Мд з 0. Момент, создаваемый пружинами, в этом случае будет преобладать над суммой Мгх+Мп , и вследствие этого шроуэел начнет возвращаться к своему равновесному положению, при ко­ тором Мгх= Мпр+ Мтг

148

Вследствие инерции гироузел вновь перейдет свое равновес­ ное положение и таким образом возникнут его колебания относи­ тельно некоторого установившегося значения угла 0 ^ , . В идеаль­ ном случае колебания были бы бесконечными, но в реальном слу­ чае они затухают под влиянием момента, создаваемого демпфером, и момента сил трения.

Из уравнения движения гироузла можно получить выражение для текущего значения угла р отклонения гироузла до окончания переходного процесса, т .е . выражение для угла в динамике,когда имеются колебания гироузла:

р = н ^ ( мгх* Мтх- к дч)х-1х ех ) .

Изменение угла р во времени при разных удельных моментах демпфирования ( к м ^>кзг=>-кй,)и скачкообразном появлении угло­ вой скорости Wyiвращения основания показано на ри с.3.15. Яри большом удельном моменте демпфирования Нд колебания гироузла отсутствуют (ри с.3 .15 в ), но гироузел сравнительно долго при­ ходит к своему равновесному положению и это приводит к появ­ лению значительной динамической ошибки прибора. Поэтому сле­ дует выбирать оптимальное значение нд , при котором колебания

гироузла, характеризующие время переходного процесса, затухают сравнительно быстро.

вызванную действием трения. Применением различных конструктив­ ных мер обычно стремятся сделать момент сил трения равным ну­ лю. Тогда

Р уст = -~ ~ ■

нпр

Гироскопический момент Шгх возникает не только при вращении основания вокруг оси Y, , но также и при вращении основания вокруг оси Zf | если ось ротора не совпадает с осью 2,). Поэто­ му выражение для гироскопического момента ЫГ1 в общем случае имеет вид

зоне измеряемых скоростей Ыу,угол р остается малым, не пре­ вышающим у современных точных двухстепенных гироскопов вели­ чины 2 -8°. Максимальный угол отклонения гироузла ограничива­

Таким образом, угол отклонения гироузла ДУС оказывается прямо пропорциональным угловой скорости вращения основания и, следовательно, может являться мерой угловой скорости при по­