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

170

Необходимость регулирования температуры обусловливается следующими причинами:

- изменение температуры приводит к изменению удельного веса жидкости, поэтому выбором рабочей температуры можно до­ биться полного уравновешивания поплавка и, следовательно, пол­ ной разгрузки подшипников гироузла;

-температура определяет вязкость жидкости и величину ко­ эффициента демпфирования; так как поплавковые интегрирующие гироскопы используются в качестве чувствительных элементов точных следящих систем гироскопической стабилизации, то изме­ нение Ид значительно влияет на динамические свойства следящих систем;

-изменение температуры приводит к смещению центра поплав­ ка и его центра давления по отношению к оси вращения поплавка, что приводит к разбалансированию прибора и к его дрейфу под влиянием силы тяжести и сил инерции (при движении с ускоре­ нием);

-гиродвигатель при работе выделяет значительное количе­

ство тепла, а условия теплоотдачи могут изменяться; поэтому без регулирования температуры поплавковый гироскоп не может работать с высокой точностью.

В зависимости от свойств жидкости и назначения прибора рабочая температура прибора может выбираться е пределах 65-85^3. Она выбирается с учетом максимальной температуры окружающей среды, а также тепла, выделяемого гиродвигателем.

Для улучшения условия теплообмена между гиродвигателем и корпусом прибора поплавок заполняется газом, обладающим хоро­ шей теплопроводностью. Чтобы снизить потери мощности гиродви­ гателя на преодоление сопротивления вращению ротора со сторо­ ны окружающей ротор среды,заполнение поплавка осуществляют таким легким газом, как водород, гелий, или смесью этих газов.

Компенсация температурных изменений объема жидкости произ­ водится с помощью сильфона 10 (ри с.3.23) или гофрированной мембранной коробки.

Подвод электрического напряжения к гиродвигателю осущест­ вляется с помощью гибких токоподводов. Чтобы токоподводы не накладывали на поплавок вредных моментов и тем самым не вызы­ вали уходов гироскопа, они выполняются безмоментными. Такие токоподводы S -образной формы или в форме полуокружности или

спирали находятся в ненапряженном состоянии и при углах пово­ рота гироузла 2-6° они не закручиваются, поэтому момент, со­ здаваемый ими, практически равен нулю.

Поплавковый гироскоп, показанный на ри с.3 .23, может быть использован как дифференцирующий (ДУС) или интегрирующий ги­ роскоп. В случае дифференцирующего гироскопа противодействую­ щий момент, пропорциональный углу отклонения гироузла, созда­

на обмотку управления датчика момента, возникает обратная связь в виде электрической пружины. Благодаря большому коэф­ фициенту усиления усилителя обратной связи диапазон измерения дифференцирующих поплавковых гироскопов достигает 2000 и более при небольших углах отклонения гироузла.

Датчик момента интегрирующего поплавкового гироскопа ис­ пользуется для компенсации вредных моментов по оси прецессии и для установки гироузла в нулевое положение перед включением гироскопа в работу в качестве чувствительного элемента гиро­ скопической стабилизации. Для этого выход датчика угла через усилитель соединяется с обмоткой датчика ДМ. При этом попла­ вок устанавливается в нулевое положение, при котором сигнал с датчика ДУ равен нулю.

Интегрирующие поплавковые гироскопы находят широкое приме­ нение при проектировании гиростабилизаторов. Поплавковый гиро­ скоп можно в принципе выполнить небольших размеров при сохра­ нении заданной точности, и это обстоятельство имеет решающее значение в выборе гироскопов при конструировании гиростабили­ заторов, так как размеры стабилизаторов оказываются пропорцио­ нальными кубу размеров гироскопа.

Уход поплавковых интегрирующих гироскопов Q0I град/час и менее. Величина кинетического момента поплавковых гироскопов различного целевого назначения находится в пределах 10 - 15000 Гем*сек.

Высокая точность поплавковых гироскопов при их серийном производстве достигается решением целого ряда трудных техноло­ гических задач. Технология их производства такова, что многие детали изготовляются с точностью до 0,5 мк.

Поплавковые гироскопы высокой точности собираются из от­ дельных деталей в специальных помещениях, практически очищен­ ных от пыли и имеющих контроль объемного количества и размеров

172

частиц пыли. Температура, влажность и давление в этих помеще­ ниях поддерживаются автоматически с высокой точностью. Соглас­ но данным зарубежной печати в сборочных помещениях воздух очи­ щается таким образом, что размер находившихся в нем частиц не

до зеркального блеска и ежедневно подвергаются ультразвуковой очистке. Детали перед тем, как поступают в помещение сборки, проходят через подготовительное отделение, где они очищаются от заусенцев и подвергаются электрополировке.

Во избежание загрязнения воздуха графитной пылью и волок­ нистыми частицами в сборочном помещении запрещается пользовать­ ся карандашом и бумагой. Для записи используются шариковые руч­ ки и листы винилового пластиката. Пластикатом покрываются сте­ ны помещения.

Сборщики приборов, прежде чем попасть в помещение сборки, проходят специальную обработку и подготовку, для чего проходят ряд помещений. В первом помещении рабочий моет руки и лицо.

В следующем помещении очищается обувь и одежда. Затем сборщик

Весьма трудным вопросом производства поплавковых гироско­ пов явилось создание контрольно-испытательных и регулировоч­ ных установок высокого класса точности, а также проведение регулировок и проверок как отдельных узлов, так и поплавкового гироскопа в целом. Место испытаний выбирается таким образом, чтобы на прибор или его узлы не сказывалось влияние колебаний пола вследствие хождения людей, работы механизмов и проходя­ щего вблизи транспорта. Зачастую рабочее место для проверок и регулировок располагается в полуподвальных помещениях, а

регулировочные и контрольные установки размещаются на специаль­ ных бетонных подставках, изолированных от корпуса здания.

173

изготовлена первая конструкция интегрирующего поплавкового ги­ роскопа, имеющего кинетический момент около 55000 Гем*сек, точ­ ность (уход) 0,05 град/час, момент сил трения Мгл около 0,001 Гем, диаметр цапфы 0,6 мм.

Работы по созданию поплавковых гироскопов в США были нача­ ты в 1946 г. в лаборатории Массачусетского технологического

Поплавковые гироскопы находят широкое применение в систе­ мах автоматического управления летательными аппаратами, в си­ стемах угловой стабилизации ракет, самолетов, космических ап­ паратов. Например, основой инерциальной системы управления баллистических ракет пТори и иАтлас" (США) является гиростабилизированная платформа на гироскопах с жидкостным подвесом гироузла.

§ 3 .7 . ПРОВЕРКИ ГИР0ПРИБ0Р0В

Гироскопические приборы являются наиболее ответственными и дорогостоящими элементами системы управления ракеты, к безо­ пасности и надежности которых (в момент боевого применения) предъявляются исключительно жесткие требования. Поэтому они в процессе изготовления и эксплуатации подвергаются многочислен­ ным испытаниям и проверкам, имеющим своим назначением опреде­ ление фактической пригодности приборов к дальнейшей эксплуата­ ции. Чтобы сделать вывод о пригодности прибора, необходимо определить его состояние посредством обследования его узлов, элементов и внешнего вида, а также путем измерения ряда параметров}характеризующих (в соответствии с техническими условия­

его технические параметры и характеристики не выходят за уста­ новленные техническими требованиями и условиями допустимые от­ клонения от заданных номинальных значений.

Проверка является процессом установления факта исправности,

174

работоспособности или готовности прибора к работе. Ее досто­ верность определяется рядом объективных и субъективных причин. Объективные причины зависят в основном от качества и совершен­ ства используемой контрольно-проверочной аппаратуры и методики производства проверок или контроля. Проверки могут осуществлять­ ся следующими методами как отдельно, так и в определенной их последовательности или сочетании:

-внешним осмотром прибора;

-контролем параметров путем выполнения ряда измерений

ления и контролем его работы, происходящей в такой последова­ тельности, какая наблюдается при подготовке ракеты к полету, при пуске и в полете.

Субъективные причины, характеризующие достоверность про­ верки, в решающей степени зависят от квалификации технического персонала. Поэтому для повышения качества проверок следует не­ прерывно совершенствовать как теоретическую подготовку, так и практические навыки специалистов, выполняющих проверки.

На заводе-изготовителе, в период хранения и при движении гироприбора на сборочные заводы, где прибор вводится в состав системы управления ракеты, выполняются различные проверки, объем и последовательность которых определяются конструктор­ ской документацией. При изготовлении прибора он подвергается заводским, контрольным и типовым испытаниям. Перед установкой на ракету на сборочных пунктах осуществляется так называемый входной контроль, имеющий своей целью установление факта ис­ правности прибора после его транспортировки или длительного хран ен и я.

В отличие от самолета и других типов летательных аппара­ тов ракета большую часть времени находится на хранении. При

ми по технологии производства и объему и выполняемыми с целью контроля пригодности оборудования и ракеты в целом к дальней­ шей эксплуатации и приведения их состояния в соответствие с техническими требованиями. Они состоят из операций контроля и ряда профилактических работ.

175

Периодичность регламентных работ, выполняемых не только в процессе хранения, но и в период эксплуатации ракеты, опре­ деляется:

При выполнении проверок различают проверки автономные и комплексные. Автономными проверками называют такие проверки, при которых проверяют параметры прибора на их соответствие техническим условиям (ТУ) и работоспособность прибора (его функционирование) независимо, без связи с другими приборами системы управления, т .е . автономно. Такие проверки производят в специальных помещениях, стационарных или подвижных, либо на борту ракеты непосредственно. Во втором случае измерительная контрольно-испытательная аппаратура подключается как к борту ракеты, так и к наземному проверочно-пусковому электрообору­ дованию.

Комплексные проверки имеют целью контроль работы гиропри­ боров и определение некоторых параметров при их взаимодей­ ствии и связи с другими приборами системы управления. При этом последовательность работы приборов, как правило, подобна рабо­ те при подготовке к пуску, запуске и в реальном полете ракеты.

Объем проверок устанавливается конструкторской документа­ цией (инструкциями и наставлениями) и зависит как от вида про­ верки, так и от состава прибора. Двухстепенные гироскопы в отличие от трехстепенных не имеют самостоятельного значения на ракете, они входят в состав гиростабилизаторов или отдель­ ных блоков. Однако некоторые операции проверок двухстепенных и трехстепенных гироскопов сходны.

Важным параметром гироскопа, определявдим его качество, является величина кинетического момента Н = / Q , где I - момент инерции ротора относительно его оси, а £ - угловая скорость вращения ротора. Изготовленный гироприбор имеет прак­ тически постоянную величину момента инерции I и, следователь­ но, кинетический момент будет зависеть только от скорости соб­ ственного вращения ротора. Поэтому контроль скорости вращения ротора является важной задачей. Ротор гироскопа приводится во вращение асинхронным или синхронным трехфазным гиродвига­

телем, исправное состояние которого обеспечивает заданное чис­ ло оборотов ротора. Исправное состояние гиродвигателя опреде­

176

ляют косвенно по величине потребляемого тока каждой фазой или одной из фаз гиродвигателя. Каждый гиродвигатель имеет строго определенную величину тока в фазе, которая характеризует ис­ правное состояние как электрических, так и механических эле­ ментов гиродвигателя. Определение тока в фазе может быть осу­ ществлено с помощью амперметров, вольтметров и измерительных трансформаторов тока (ИТТ). Некоторые возможные схемы подклю­ чения измерительных приборов к гиродвигателю показаны на ри с.3.24 .

Токи в каждой фазе определяются посредством нажатия соот­

требует выполнения ручных операций.

Последовательно одной из фаз гиродвигателя подключено по­ стоянное сопротивление R (ри с.3 .246); в зависимости от проте­ кающего по нему тока будет меняться падение напряжения на нем; так как падение напряжения д £ /-//?, то при постоянном сопротивлении R шкалу вольтметра, измеряющего падение напря­ жения, можно проградуировать в амперах.

Включение сопротивления Р последовательно фазовой обмот­ ке гиродвигателя нарушает симметричность нагрузки в фазах,

177

трансформатора подключается либо к амперметру, либо к обмотке реле допускового контроля.

Схемы ри с.3 .246,в позволяют легко осуществить дистанцион­ ный контроль тока в фазе, что вахно при комплексных проверках гироприбора и при подготовке ракеты к пуску. Если величина то­ ка выше допустимой, это указывает на неисправность гиродвига­ теля: обрыв одной из фаз, короткое замыкание в фазе либо уве­ личение момента сопротивления на валу ротора за счет ухудше­ ния качества подшипников или нарушения герметичности кожуха гиродвигателя. При таких неисправностях ротор совсем не вра­ щается либо вращается на пониженных оборотах, поэтому гиропри­ бор устанавливать на ракету или осуществлять запуск ракеты с таким прибором нельзя.

Перед проверкой гироприборов обычно выполняют проверку источника трехфазного тока на величину напряжения и частоты. Контроль частоты преобразователя тока особенно необходим при проверке синхронного гиродвигателя, обороты которого прямо пропорциональны частоте питающего напряжения. При измерении частоты большое распространение получили такие точные способы измерения, как использование стробоскопического эффекта и из­ мерение частоты с помощью электронно-лучевой трубки.

Кроме проверки напряжения и частоты преобразователя обя­ зательным является контроль правильности чередования его фаздак

подключения датчиков моментов системы коррекции трехстепенных гироскопов выбирается при определенном направлении вектора Н и поэтому нарушение правильности чередования фаз приводит к отказу системы коррекции. Для контроля правильности чередова­

ния фаз можно использовать схему, приведенную на ри с.3.25. При правильном чередовании фаз лампа горит полным накалом. При обрыве фаз I или 3, а также при нарушении правильности чере­ дования фаз лампа горит вполнакала. При обрыве фазы 2 лампа не горит. Такая схема обычно монтируется в пульте автономных испытаний гироприборов.

О величине момента сопротивления на валу ротора гиродвига­ теля судят по величине времени выбега ротора, которое отсчиты­ вается с момента выключения питания гиродвигателя до полной остановки ротора. Время выбега у некоторых гироприборов дости­ гает 60 минут и более.

178

Общей проверкой для гироскопа с двумя и тремя степенями свободы является проверка исправности датчиков углов и момен­ тов. У гирогоризонта и гировертиканта контролируется также точ­ ность установки датчика угла, т .е . величина сигнала на выходе

ДУ при выставленном положении прибора.

Отметим особенности про­ верок гирогоризонта (ГГ) и гировертиканта (ГВ) по срав­ нению с двухстепенными гиро­ скопами. Приборы ГГ и ГВ имеют арретирующие и про­ граммные устройства, а ГВ (как и некоторые типы ГГ) еще имеет и систему коррек­ ции, или выставки. Арретитирующие устройства проверя­ ются на функционирование,

причем контроль осуществляется по световым табло (транспаран­ там ), которые загораются при заарретированном и разарретированном положениях гироприбора, что указывает на исправность работы этих устройств.

Программный механизм требует контроля его нулевого (исход­ ного) положения и времени (или количества импульсов) для отра­ ботки программы. Исходное положение и время отработки програм­ мы контролируются с помощью сигнальных и блокировочных кон­ тактных груш , входящих в состав ГГ и вызывающих загорание световых табло и выключение приборов отсчета времени или им­ пульсов.

При наличии в гироприборе системы коррекции проверяют исправность электрических цепей, исправность ее чувствитель­ ных элементов, точность работы и функционирование системы.

Наиболее ответственной по назначению, сложной по содержа­ нию и составу используемой аппаратуры является проверка соот­ ветствия инструментальной ошибки ее допустимым значениям,стро­ го установленным для каждого конкретного типа прибора. Инстру­ ментальные ошибки ГГ и ГВ вызываются внешними возмущающими мо­ ментами от сил трения, упругих токоподводов, неуравновешенно­ сти гироскопа и т .д . и характеризуются скоростью ухода ги­ роскопа. Важность процесса определения ошибок ГГ и ГВ требует,

179

чтобы проверки производились в условиях, близких к условиям работы этих приборов на ракете. Поэтому гироприборы системы угловой стабилизации устанавливаются на качающихся стендах, позволяющих имитировать в определенных пределах условия вибра­ ций ракеты (часто для получения более простой аппаратуры качку производят при наиболее характерной ф!ксированной частоте).

Кроме инструментальной ошибки астатический трехстепенный гироскоп, как известно, имеет кажущийся уход относительно Зем­ ли вследствие ее суточного вращения. Поэтому для определения погрешности гироскопа из общего ухода вычитают уход за счет вращения Земли. Чтобы легче вычислить кажущийся уход гироско­ па, производится ориентирование его относительно плоскости меридиана и вертикали места. Наиболее часто гироскоп устанав­ ливается так, чтобы его главная ось располагалась горизонталь­ но в плоскости меридиана, ось внутренней рамы - по вертикали места, а ось наружной рамы - перпендикулярно плоскости мери­ диана. Время замера уходов Обычно не превышает 5 минут. За это время кажущегося ухода относительно оси наружной рамы при ука­ занной установке гироприбора наблюдаться не будет. Замеряются углы отклонения главной оси относительно осей внутренней и на­ ружной рам, и инструментальная ошибка определяется по форму­ лам

= 15 угл.мин/мин; - широта места проверки.

Углы уходов гироскопа наиболее часто измеряются с помощью оптического метода. На гироузле прибора крепится зеркало, для наблюдения за которым на корпусе гироприбора имеется окно. На

падения луча на плоскость зеркала, поворачивающегося вместе