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

250

Поэтому выходной сигнал датчика будет

§ 5 .5 . КОРРЕКТИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Корректирующие устройства осуществляют выставку осей ги­ роскопических приборов перед пуском летательного аппарата, а также (при необходимости) обеспечивают разгрузку осей от вред­ ных моментов, снижающих точность прибора. Они позволяют созда­ вать внешние моменты относительно осей карданова подвеса, под влиянием которых происходит прецессия гироскопа в нужном на­ правлении или компенсация действия вредных моментов по осям подвеса.

Эти устройства представляют собой замкнутые системы авто­ матического регулирования и в общем случае состоят из чувст­ вительных элементов, промежуточных устройств (усилителя кор­ рекции) и исполнительных механизмов.

Как известно, выставка осей происходит по направлению вер­ тикали и в плоскости горизонта. Наиболее часто в качестве чув­ ствительного элемента, определяющего положение плоскости гори­ зонта и направление вертикали, используют маятниковые элемен­ ты. Выставку в азимуте производят с помощью контактного датчи­ ка, потенциометра или датчика трансформаторного типа.

От точности элементов, регистрирующих отклонение гиропри­ бора от заданного направлетая, зависит точность выставки или коррекции прибора. Поэтому чувствительные элементы, или инди­ каторы выставки, следует выбирать рационально, исходя из за­ данной точности выставки и работы гироскопического устройства.

Усилитель коррекции в своем составе имеет корректирующие устройства и служит для усиления и преобразования управляюще­ го сигнала, снимаемого с датчика выставки, и передачи этого сигнала на исполнительный орган.

251

В качестве исполнительных механизмов систем коррекции при­ меняют двигатели постоянного тока с постоянными магнитами и малогабаритные двухфазные электродвигатели с полым ротором. Исполнительные механизмы обычно называют датчиками момента.

На ри с.5.22 показан датчик момента типа ДМП с постоянным магнитом. Он состоит из двух обмоток 2, постоянного магни­

ется на оси карданова подвеса. Обмотки 2 закреплены диаме­ трально противоположно на кор­ пусе I и имеют четыре клеммных вывода 6 для подсоединения датчика к усилителю коррекции. Экран 5 замыкает внешнюю маг­ нитную цепь датчика.

При подаче тока в одну или другую обмотку датчика возни­ кает магнитное поле, которое взаимодействует с постоянным маг­ нитом и в результате создается момент. Этот момент действует по той оси, на которой закреплен постоянный магнит. Направле­ ние момента, создаваемого датчиком. ДМП,зависит от того, в ка­ кую обмотку подается ток (при независимом включении обмоток),

иот направления тока.

Впоследнее время в качестве исполнительных механизмов си­ стем коррекции стали применять двухфазные асинхронные двигате­ ли, которые могут быть выполнены небольших размеров и имеют хорошие механические характеристики. Устройство асинхронного двухфазного двигателя с полым ротором и схема включения его

силумина, крепится пакет статора 3, набранный из листов электро­

252

щения которого (ось двигателя) установлена на подшипниках, за­ крепленных в крышках корпуса. В отдельных случаях, например в гироинтеграторах, ротор двигателя конструктивно выполняется заодно с осью гироскопа, т .е . стакан напрессовывается на ось гироскопа.

Чтобы уменьшить магнитное сопротивление магнитной цепи двигателя, внутри ротора предусмотрен неподвижный сердечник 2, пакет которого также набран из листов стали. Иногда ротор вме­

из стальных листов, в пазах которого заложены отдельные про­ водники, соединенные с торцов двумя токопроводящими кольцами.

С

Воздушные зазоры с целью уменьшения намагничивающего тока делаются минимально возможными (0,05 - 0,2 мм). Толщина полого стакана в зависимости от мощности двигателя выбирается в пре­ делах 0,15 - 0,5 мм.

ется от переменного напряжения Uy , которое поступает с выхода усилителя коррекции или с чувствительного элемента непосредст­ венно. Обмотки в пространстве сдвинуты на 90° по отношению друг к другу. Кроме того, напряжение Ue на обмотке возбуждения сдвинуто относительно напряжения Uy на обмотке управления по Фазе на 90°, что обеспечивается включением в цепь обмотки воз­ буждения конденсатора С. Иногда сдвиг по фазе между напрякспипми Ut и Uy осуществляется в усилителе.

253

Сдвиг во времени означает, что когда магнитный поток одной об­ мотки достигает своего максимального значения, поток второй обмотки в это время равен нулю.

Магнитные потоки обмоток образуют результирующий поток Ф, который будет вращаться с синхронной скоростью

р - число пар полюсов в каждой обмотке.

Вследствие вращения магнитного поля статора в короткозам­ кнутом роторе, который будет пересекаться магнитными силовыми линиями поля статора, возникает вихревой ток. Взаимодействие магнитного поля статора с вихревым током ротора создает вращаю­ щий момент, увлекающий ротор в направлении вращения поля ста­ тора. Если величина нагрузки на валу двигателя меньше разви­ ваемого им момента, ротор будет вращаться вслед за полем ста­ тора со скоростью, меньшей скорости вращения магнитного поля статора на величину скольжения. Часто, однако, двигатели кор­ рекции работают в заторможенном режиме, когда двигатель со­ здает момент, прикладываемый к оси гироприбора, но ротор при этом не вращается.

Для изменения направления создаваемого момента двигателем необходимо изменить на 180° фа­ зу напряжения любой из обмоток. Величина момента, создаваемого двигателем, зависит от ряда факторов и в первую очередь от сопротивления обмотки ротора и величины управляющего напряже­ ния 1/у . Механическая характе­ ристика асинхронного двигателя, выражающая зависимость оборотов ротора от момента, развиваемого

254

двигателем при разных управляющих напряжениях, показана на рис.5 .24 . В момент включения двигателя ротор неподвижен, в нем наводится максимальный вихревой ток и создается максимальный вращающий момент, называемый пусковым моментом Мл .

По мере разгона ротора развиваемый двигателем момент умень­ шается и при равенстве момента двигателя и момента нагрузки на валу наступает установившийся режим, когда ротор вращается с постоянными (при неизменной нагрузке) оборотами п .

Стабилизирующие двигатели имеют такую же конструкцию, как показана на рис.5 .23 . Для повышения надежности двигатели вы­ полняются с двумя обмотками возбуждения и двумя обмотками управления. В некоторых случаях для получения постоянного вра­ щающего момента, развиваемого датчиком момента при постоянных напряжениях U( и Uy и не зависящего от изменения температуры окружающей температуры, некоторые двигатели имеют ротор в ви­ де тонкостенного стакана из манганина.

§ 5 .6 . АРРЕТИРЫ

Если ротор гироприбора не раскручен, гироскоп под дейст­ вием возмущающих моментов в условиях тряски, вибраций, ударов ведет себя как обычное твердое тело, имеющее оси вращения. В результате возможно перемещение (болтанка) гироузла относи­ тельно корпуса прибора, что приводит к ударам гироузла об опо­ ры, детали подвеса и о корпус прибора. Удары способствуют возникновению лунок на дорожках подшипников и резко ухудшают качество опор подвеса.

Для устранения этих нежелательных явлений, снижающих точность и надежность гироприборов, используют арретирующие устройства или арретиры. Арретир в нерабочем состоянии гиро­ скопического прибора лишает его свободы относительно осей рам карданова подвеса и тем самым жестко связывает гироскоп (его гироузел и наружную раму) с корпусом, т .е . стопорит гироскоп. Кроме того, арретир используется в качестве средства началь­ ной выставки гироприбора перед его использованием.

Включение гироприбора в работу сводится к раскрутке его ротора до рабочих оборотов и последующему разарретированию прибора.

По характеру включения в работу различают арретиры ручного

255

и дистанционного управления. Рассмотрим некоторые арретиры дистанционного управления.

Наиболее -простым арретиром дистанционного управления яв­ ляется конусный арретир (ри с.5 .2 5 ), представляющий собой втяж­ ной электромагнит постоянного тока. Устанавливается такой ар­ ретир на интеграторе линейных ускорений для стопорения гиро­ узла при нахождении ракеты на

земле. Сердечник I электромаг­ нита выполнен из ферромагнит­ ного материала и служит стопо­ ром гироузла. При подаче в об­ мотку постоянного тока возни­ кает магнитное поле, которое, преодолевая сопротивление пру­ жины 3, втягивает сердечник внутрь электромагнита. При этом выступ корпуса гироузла

ретированныы.

Когда обмотка электромагнита обесточивается, пружина вы­ талкивает сердечник, который своим коническим углублением улавливает выступ (носик) гироузла и, удерживая его, стопорит гироскоп в этом положении. При проверках на земле цепь обмот­ ки арретира разрывается автоматически в тот момент, когда вы­ ступ гироузла находится против улавливателя арретира.

Конструкция арретирующих устройств весьма разнообразна. Как правило, каждый арретир имеет механизм арретирования, при­ вод механизма и контактные группы управления и сигнализации.

Возможная кинематическая схема арретира представлена на рисЛ2& Приводом арретира является шаговый двигатель I , на обмотку ко­ торого поступают импульсы тока постоянной частоты, драповое коле­ со шагового двигателя установлено на одной оси с червяком 3. Вращение червяка через червячное колесо 2 передается на кула­ чок 5,о рабочей поверхностью которого имеет механический контакт рычаг 4, сидящий на одной оси с рычагом механизма арретира 6. Рычаг 4 одним концом связан через пружину 8 с корпусом гиро­ прибора. На рычаге 6 установлен на подшипниках улавливатель 7,

256

имеющий трапецеидальный вырез для шариковых упоров, которые жестко закреплены на кожухе гироузла прибора.

Состояние арретира, показанное на ри с.5 .26, соответствует заарретированному состоянию гироприбора, когда шариковые упо­ ры гироузла находятся в трапецеидальном вырезе улавливателя 7 и тем самым осуществляется жесткая связь гироузла с корпусом прибора. Рычаг 4 при' этом находится вблизи спада кулачка, а пружина возврата 8 растянута.

Для разарретирования на шаговый двигатель через контакты управления (блокировки) подаются импульсы тока. Шаговый дви­ гатель вступает в работу и приводит во вращение кулачок 5. При вращении кулачка рычаг 4 своим выступом попадает на спадающую часть рабочей поверхности кулачка и под действием возвратной пружины 8 поворачивается вокруг своей оси. Вместе с рычагом k поворачивается рычаг улавливателя 6 и отводит улавливатель от шариковых упоров гироузла, освобождая таким образом гироскоп. После разарретирования прибора размыкаются контакты управле­ ния (на рисунке не показаны) и обесточивают обмотку шагового двигателя. Арретир имеет контакты электрической сигнализации разарретированного и заарретированного состояния гироприбора.

Шаговый двигатель (рис.5.27) представляет собой электро­ магнит с якорем рычажного типа. Основными его элементами яв­

257

пружина 7 , стопорная защелка 8 , упор-гаситель 3 и основание I . Обмотка питается от истопника импульсов то ка .

Работа двигателя заключается в следующем. При поступлении в обмотку импульса тока якорь притягивается к полюсному нако­ нечнику электромагнита и собачка, шарнирно связанная с притя­ гивающимся концом якоря, упираясь своим упором в рабочую часть зуба, поворачивает храповое колесо. Движение собачки происхо­ дит до тех пор, пока ее носик не дойдет до упора-гасителя инер­ ции. В итоге этого движения храповое колесо поворачивается точ­ но на один зуб. При этом пластинчатая стопорная защелка 8 за­ падает за следующий зуб, упираясь своим выступом в его рабочую часть и тем самым препятствуя повороту храпового колеса в об­ ратную сторону.

Когда импульс тока заканчивается, якорь под влиянием воз­ вратной пружины 7 приходит к своему исходному положению, а движущая собачка при ' этом своим выступом скользит по нерабочей части зуба и западает за следующий зуб хра­ пового колеса. Прижатие рабочего выступа собач­ ки к поверхности зуба обеспечивается цилинд­ рической пружиной,си­ дящей на оси собачки.

При подаче в обмотку второго импульса тока указанный процесс по­ вторяется.

Якорь шагового дви­ гателя и его храповое

колесо установлены на шарикоподшипниках, запрессованных в дю­ ралюминиевые стойки основания. К основанию винтами крепятся упор-гаситель и стопорная защелка.

Таким образом, поворот храпового колеса происходит точно на один зуб при поступлении в обмотку двигателя одного импуль­ са то ка . Угол поворота выходной оси двигателя (оси храпового колеса) прямо пропорционален числу поступивших в обмотку элек­ тродвигателя импульсов, а скорость вращения зависит от частоты импульсов.

259

датчика, подается в систему управления и используется для разворота ракеты. В качестве привода наиболее часто применяют­ ся шаговые двигатели различных конструкций.

На рис.5.28 приведена принципиальная кинематическая схема программного механизма, приводом которого является шаговый дви­

который западает пластинчатая пружина 14. Пружина жестко скреп­ лена с выходной шестерней 8, сцепленной с сектором 9. Сектор 9 соединен с токосъемом II датчика угла (или статором трансфор­ маторного датчика) и сектором 10, который связан с сектором возврата 7. Сектор 7 пружиной б соединен с корпусом прибора.

При поступлении на шаговый двигатель импульсов тока начи­ нается поворот токосъема датчика угла относительно базы потен­ циометра 12. На выходе датчика возникает сигнал, который по­ ступает в систему управления. При вращении сектора 10 повора­