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

310

Время заряда конденсатора зависит от постоянной времени Т контура, которая определяется выражением

Г -Р С .

При малой постоянной времени 7 контура можно счииать, что входное напряжение utx будет в основном падать на емкости С т .е .

Таким образом, выходное напряжение дифференцирующего кон­ тура пропорционально скорости изменения входного напряжения.

чения сигнала, пропорционального линейному перемещению лета­ тельного аппарата, необходимо проинтегрировать по времени сиг­ нал, пропорциональный скорости. В качестве интегрирующего уст­ ройства может быть использован любой интегрирующий акселеро­ метр без маятника, в котором действующий момент создается за счет протекания тока, пропорционального скорости, по обмотке подвижной рамки. Противодействующий момент обратной связи в атом случае создается таким же образом, как в обычном интегри­ рующем акселерометре.

Часто в качестве интегрирующего устройства используется пассивный интегрирующий контур-цепь RC (ри с.8. 4 а ).

311

Допустим, что на вход интегрирующего контура подается на­ пряжение, пропорциональное скорости VHl бокового сноса лета­ тельного аппарата, и эта скорость постоянна. В этом случае линейное боковое отклонение &г летательного аппарата от задан­ ной траектории будет пропорционально времени:

M = VKZ t .

При подаче на вход интегрирующего контура постоянного на­ пряжения uix в цепи потечет ток и конденсатор начнет заряжать­ ся. Заряд конденсатора будет происходить до тех пор, пока на­ пряжение на нем не станет равным входному напряжению и(х.

йбых~~о~

Поскольку скорость нарастания выходного напряжения пропор­ циональна величине тока заряда, то величина выходного напряже­ ния Ufuxбудет пропорциональна интегралу по времени от заряд­ ного тока. Графики зависимостей тока заряда и выходного напря­

312

жения от времени при подаче на вход интегрирующего контура по­ стоянного напряжения приведены на ри с.8.46.

Время заряда конденсатора до напряжения и1х тем больше, чем больше сопротивление R и емкость С . Длительность заряда конденсатора характеризуется постоянной времени Т, которая оп­ ределяется выражением

Г=/?С .

Постоянная времени Т характеризует собой время изменения выходного напряжения интегрирующего контура до значения, рав­

При достаточно большом значении постоянной времени Т кри­ вую изменения выходного напряжения можно заменить прямой, по­ казанной на рисунке пунктиром. В этом случае можно считать, что зависимость выходного напряжения интегрирующего контура от времени является линейной и определяется выражением

У / ы Х = J У б х t ■

Те же явления происходят в интегрирующем контуре при подаче на его вход переменного во времени сигнала.

Достоинством пассивных дифференцирующих и интегрирующих контуров является их простота. Однако они имеют и существенные недостатки. Дифференцирующие и интегрирующие контуры ослабляют проходящий через них сигнал, т .е . их коэффициент усиления мень­ ше единицы. Кроме того, характеристика цепи QC существенно отличается от линейной.

В последнее время в инерциальных системах управления широ­ кое применение находит интегрирующий маятниковый акселерометр поплавкового типа.

Принципиально такой акселерометр ничем не отличается от акселерометра, приведенного на ри с.8 .1 . Однако гидростатиче­ ское взвешивание подвижной системы позволяет уменьшить момент трения до ничтожно малой величины и тем самым повысить чувст­ вительность и точность акселерометра.

Наряду с интегрирующими акселерометрами, в которых исполь­ зуется гидростатическое взвешивание подвижной системы, приме­ няются и гидродинамические поплавковые акселерометры.

313

§ 8 .2 . ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ИНТЕГРИРУЮЩИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР

Гидродинамический поплавковый интегрирующий акселерометр (ри с.8 .5) представляет собой цилиндрическую камеру 4, запол­

ненную жидкостью.Внутри камеры помещается поплавок 5, имеющий, как правило, цилиндрическую форму. Плотность материала поплав­ ка меньше плотности жидкости.

Камера приводится во вращение двигателем I с постоянной угловой скоростью. Поскольку плотность материала поплавка мень­ ше плотности жидкости, при вращении жидкости вместе с камерой под действием центробежных сил поплавок устанавливается по оси симметрии камеры.

При движении объекта в направлении оси вращения с кажущим­ ся ускорением WHX на Лоплавок действует сила

Так как плотность жидкости больше плотности материала по­ плавка, то направление действия силы будет совпадать с направ­ лением ускорения W w Эта сила вызывает движение поплавка вдоль оси вращения по направлению ускорения и уравновешивает­ ся гидродинамической силой F3g (силой вязкого трения), которая пропорциональна скорости Vx движения поплавка относительно камеры:

( Р т - Р п ) Уп

Kf

Таким образом, скорость перемещения поплавка относительно камеры пропорциональна кажущемуся ускорению W *x, а линейное перемещение й х поплавка пропорционально интегралу от кажуще­ гося ускорения - кажущейся скорости:

t

& х= к J w HX d t= k Vhx .

о

Получение сигнала, пропорционального скорости VHX , осущест­ вляется следующим образом. Внутренняя поверхность камеры и по­ плавок выполняются из диэлектрика, и жидкость является электро­ проводящей. Внутри камеры устанавливаются три электрода, два из которых 2 и б располагаются на торцовых поверхностях камеры, а третий электрод 3 расположен в средней части цилиндрической поверхности камеры. С помощью скользящих контактов электроды подключены к мостовой схеме, два плеча которой составляют оди­ наковые постоянные сопротивления /?у и Rz , а два других плеча образованы сопротивлениями жидкости между средним и торцовыми электродами. При перемещении поплавка изменяются сопротивления жидкости между электродами за счет изменения сечения камеры, заполненной жидкостью, и в диагонали моста появляется напряже­ ние, пропорциональное перемещению поплавка, а следовательно, и кажущейся скорости движения объекта.

Погрешности гидродинамического интегрирующего акселерометра зависят от точности стабилизации температуры жидкости и точно­ сти поддержания постоянства угловой скорости вращения камеры, поскольку при изменении температуры и скорости вращения камеры изменяется величина коэффициента пропорциональности к . Для поддержания постоянства скорости вращения камеры, как правило, используются синхронные двигатели, получающие питание от источ­ ника тока высокостабильной частоты.

315

3 качестве датчика линейных перемещений поплавка колет быть использован и трансформаторный датчик (ри с.8 .б ), который состоит из трех катушек: двух катушек возбуждения (крайние) и сигналь­

обмотке э .д .с ., равные по величине, но противоположные по фазе. При смещении поплавка от нейтрального положения изменяется сопротивление магнитных цепей обмоток возбуждения, в результате чего в сигнальной обмотке появится разностная э .д .с ., величина которой пропорциональна линейному перемещению поплавка, а фаза

определяется направлением перемещений.

Таким образом, напряжение на выходе трансформаторного дат­ чика пропорционально кажущейся скорости движения объекта в на­ правлении оси чувствительности акселерометра.

§ 8 .3 . ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЙ ИНТЕГРАТОР ЛИНЕЙНЫХ УСКОРЕНИЙ

Наряду с интегрируацими акселерометрами в системах управле­ ния баллистических ракет используются и электролитические инте­ граторы линейных ускорений. Такие интеграторы использовались в системах управления дальностью некоторых немецких ракет пФАУ-2". Упрощенная схема системы управления дальностью с электролитиче­ скими интегрирующими элементами приведена на ри с.8 .7 .

В качестве чувствительного элемента системы управления даль­ ностью в этом случае используется простой маятниковый акселеро­ метр с жесткой обратной связью, рассмотренной в § 7 .5 . Ось чув­ ствительности акселерометра либо совладает с продольной осью ракеты, либо стабилизируется в определенном направлении с по­ мощью гиростабилизированной платформы.

317

а фаза выходного напряжения по отношению к фазе питающего на­ пряжения определяет направление отклонения маятника.

Мо.С= Ко.С lo.C 1

где нос - коэффициент пропорциональности, зависящий от магнит­ ной индукции, числа витков и размеров подвижной рамки.

Угол отклонения маятника будет расти до тех пор, пока мо­ мент обратной связи не уравновесит момент инерционных сил

Ми = m l W HX ,

пропорциональный кажущемуся ускорению движений ракеты. При этом будет соблюдаться условие*

тельности акселерометра.

Интегрирование тока, пропорционального кажущемуся ускоре­ нию, производится с помощью электролитических интегрирующих элементов, включенных в цепь обратной связи.

Электролитический интегрирующий элемент (ри с.8 .8) представ­ ляет собой герметичную стеклянную колбу с двумя впаянными се­ ребряными электродами. Колба заполнена электролитом, основу

Работа электролитического интегратора основана на исполь­ зовании закона Фарадея, согласно которому количество & выде­ лившегося при электролизе вещества прямо пропорционально вели­ чине тока 7 , протекающего через электролит, и времени t его прохождения:

него пропускают постоянный электрический ток. В растворе про­ исходит электролитическая диссоциация молекул с образованием

Если пропускать ток в обратном направлении, вследствие электролитической диссоциации будет происходить восстановле­ ние серебра (разложение ранее нанесенного хлористого серебра) на одном электроде

Na+/lgCl=/lg + NoCl ,

а на другом электроде - образование хлористого серебра

Л д +С1= ЯдС1 .

Для простоты этот процесс называют переносом хлористого серебра с одного электрода на другой, хотя на самом деле имеет место разложение хлористого серебра у одного электрода и его образование у другого электрода за счет реакции с раствором электролита.

319

Заметим, что направление переноса хлористого серебра вну­ три электролиту противоположно направлению протекания тока.

Количество G- хлористого серебра, перенесенного с одного электрода на другой в течение времени t , пропорционально ко­ личеству электричества Q , прошедшему через интегрирующий

элемент за это время:

t

О

При постоянной величине тока

& = кг I t .

Поскольку величина тока I , протекающего через электролитиче­ ский интегрирующий элемент (ри с,8 .7 ), пропорциональна кажуще­ муся ускорению

lot Wkx >

то количество перенесенного хлористого серебра как интеграл по времени от тока обратной связи будет пропорционально кажущейся скорости VHX движения ракеты:

го с одного электрода на другой, пропорционально величине со­ ставляющей кажущейся скорости движения ракеты на направление оси чувствительности акселерометра.

Когда хлористое серебро имеется на обоих электродах, раз­ ность потенциалов (напряжение) между ними равна нулю, так как потенциал хлористого серебра по отношению к электролиту равен примерно +0,7в. Если же на одном электроде разложится все хло­ ристое серебро, его потенциал (потенциал чистого серебра) по