2.2. Система управления ракетой

Состав и назначение

В состав системы управления ракетой (СУР) входят блок форми­рования команд управления (БФКУ), блок управления (БУ), два нуле­вых привода ПГ-11 и один рулевой привод ПГ-10.

БЖУ - литой корпус из алюминия с армированными металличес­кими втулками, внутри которого находится датчик угла тангажа ДУТ и электронная схема, расположенная на двусторонних печатных пла­тах. Корпус с двух сторон закрыт герметично металлическими крышка­ми с резиновыми прокладками. БФКУ формирует траекторию ракеты в за­висимости от начальных условий пуска и сигналов управления от ГСН (на ракетах МЛ и МП) или аппаратуры радиокомандного наведения (на ракете МР).

БУ - литой корпус из алюминиевого сплава, представляющий собой круглое основание с четырьмя бобышками для крепления к ракете. С одной стороны основания установлены чувствительные элементы (два датчика линейных ускорений (ДЛУ), три датчика угловых ускоре­ний (ДУУ) и датчик угла крена (ДУК) с другой стороны - две одно­сторонних печатных платы, предназначенных для преобразования и уси­ления мощности сигналов, идущих на рулевые приводы. Основание БУ с двух сторон закрыто металлическими колпаками с резиновыми уплотнительными кольцами.

В корпусах БЖУ и БУ предусмотрены отверстия, чтобы регулиро­вать подстроечные резисторы электронных схем. Для герметизации бло­ков отверстия закрыты резиновыми заглушками.

Рулевые приводы ПГ-11 предназначены для поворота рулей ракеты по I и II каналам. Эти каналы предназначены для стабилизации и уп­равления ракетой по курсу и тангажу. В основу управления каналами положена статическая двухконтурная система стабилизации с использо­ванием сигналов датчиков ДУУ и ДЛУ.

Рулевой привод ПГ-10 предназначен для поворота элеронов в канале III, решающем задачу стабилизации ракеты по крену. Канал стабилизации угла крена ракеты имеет также два контура, в которых использованы сигналы ДУУ и ДУК.

Конструкция рулевых приводов ПГ-11 и ПГ-10 рассмотрена в разд. 2.2, с. 17.

Система управления ракетой обеспечивает;

стабилизацию ракеты относительно центра масс по трем осям связанной с ракетой системы координат;

управление ракетой на траектории по сигналам наведения;

безопасность старта ракеты с самолета-носителя и окончание переходных процессов от стартовых возмущений к началу управления по сигналам наведения;

выполнение ракетой маневра "вертикальная горка" для увеличе­ния угла подхода ракеты к цели;

программное ограничение перегрузки ракеты.

Чувствительные элементы

Датчик угла крена ДУК (тангажа ДУТ) предназначен для измере­ния соответствующих углов при полете ракеты. Он представляет собой трехстепенной свободный гироскоп, к внешней рамке 2 которого при­креплен потенциометр 3 (рис. 2.1). При повороте ракеты вместе с корпусом датчика относительно оси ОХ1 на угол крена  ось ги­роскопа ОУ_Г сохраняет свое положение в инерционном пространстве, а плоскость внешней рамки 2 остается перпендикулярной оси вращения ротора I. Таким образом щетка токосъемника 4, установленная на кор­пусе датчика, повернется относительно потенциометра 3 на угол равный углу крена ракеты.

Питание потенциометра 3 осуществляется через коллекторные кольца 5. Для обеспечения определенного взаимного положения рамок гироскопа перед началом работы предусмотрен механизм арретирования 6, приводимый в действие штоком электромагнита 7.

Датчик линейных ускорений ДЛУ выдает сигнал, пропорциональный перегрузке. Кинематическая схема датчика приведена на рис. 2.2. Чувствительным элементом ДЛУ является масса I, не сбалансированная относительно оси подвеса XX . На массе закреплен рычаг 2 с шариком поводковой передачи, входящим в паз поводка 3. Поводок через плас­тинчатые пружины 4 соединен с корпусом, на котором закреплен потенциометр 6. На поводке установлен щеточный контакт 5 для снятия сигнала. Датчик имеет арретирующее устройство, предотвращающее перемещение щетки по потенциометру.

Датчик угловых ускорений ДУУ предназначен для измерения уг­лового ускорения ракеты относительно какой-либо ее оси. Кинемати­ческая схема ДУУ приведена на рис. 2.3. Чувствительным элементом ДУУ является двухстепенной гироскоп I, связанный через поводковую передачу 6 с индуктором. Индуктор выполняет функции узла съема сигнала, демпфера и узла силовой обратной связи. Индуктор пред­ставляет собой электромагнитную систему и состоит из пермаллоевого магнитопровода 4 с двумя встроенными в него постоянными магни­тами 3, пермаллоевого ротора 5 и двух сигнальных катушек 2.

Рис. 2.3.Кинематическая схема датчика углового ускорения

В среднем положении рамку гироскопа удерживает магнитная пру­жина, создаваемая потоками подмагничивания (образованы постоянными магнитами), которые, замыкаясь, через концевые части ротора, уста­навливают его в положение максимальной проводимости, т.е. в среднем положении. При вращении ракеты вокруг оси ZZ возникает гироскопи­ческий момент, отклоняющий рамку гироскопа и ротор индуктора

от нейтрального положения до тех пор, пока он не уравновесится мо­ментом магнитной пружины. При движении ротора индуктора в магнитном поле постоянных магнитов происходит перераспределение магнит­ных потоков и в сигнальной обмотке наводится напряжение, пропорци­ональное угловому ускорению ракеты. Демпфирование движения ротора индуктора осуществляется путем взаимодействия токов, наводимых в роторе, о магнитным полем постоянного магнита.

Рулевой привод

Рулевой привод в каждом канале СУР выполнен в виде единого рулевого агрегата и состоит из газового распределителя г силового цилиндра. Привод ПГ-11 отличается от привода ПГ-10 лишь тяговым усилием на штоке.

Газовый распределитель состоит из газового тракта и электро­магнитной системы (рис. 2.4). Газовый тракт включает в себя вход­ной фланец 4, ниппель 3, сопло I, закрепленное на оси ротора 2, и приемник 9, через отверстия которого газ попадает в полости сило­вого цилиндра.

Электромагнитная система конструктивным исполнением корпуса 5 отделена от газового тракта и состоит из двух постоянных магнитов, магнитопровода 6 и ротора 7, размещенного во внутренних окнах двух катушек 8.

Силовой цилиндр - полый цилиндр 10 из алюминиевого сплава, внутри которого перемещается поршень 15, закрепленный на трубке 14. Внутри трубки шарнирно поворачивается штанга 13. Цилиндр с одной стороны закрыт крышкой 16, на которой расположены выключатель 18 и потенциометр 21. Электрическая часть закрыта кожухом 19. Выключа­тель выполнен из бронзового стержня с посеребренной рабочей поверх­ностью, заармированный в пресс-материал.

Для съема электрического сигнала служат контактные пластины 20, закрепленные на токосъемнике 17. Уплотнение всех подвижных соедине­ний в силовом цилиндре создается резиновыми манжетами II. На конце штанги, выходящей из цилиндра, установлена вилка 12. Выход электри­ческих цепей оформлен жгутом (на рис. 2.4 не показано). Корпус си­лового цилиндра крепят неподвижно на плате ракеты с помощью резьбо­вого соединения.

Сжатый воздух под давлением 1,4 МПа, выходящий из струйной трубки I, распределяется между двумя входными отверстиями приемника 9. Области перекрытия выходного отверстия струйной трубки с входными отверстиями каналов цилиндра образуют входные дроссели S11 и S12 , а незатененные струйной трубкой площади приемных окон - выходные дроссели S21 и S22. Рассмотрим работу привода, функциональная схема которого приведена на рис. 2.5.

При отсутствии электрического сигнала с усилителя мощнос­ти (УМ) магнитный поток, создаваемый обмотками катушек 13, равен нулю. Создаваемые постоянными магнитами 2 потоки подмагничивания, замыкаясь, через концевые части ротора I устанавливают его в поло­жение максимальной проводимости, т.е. в среднее положение ((р)=0). Другими словами, ротор удерживается в среднем положении магнитной пружиной, создаваемой постоянными магнитами. Струйная трубка 4 жестко закреплена на оси 3 ротора, поэтому угол поворота струйной трубки тоже равен нулю ((тр)=0). В этом случае равны площади входных дросселей (S11 = S12 ) и площади выходных дросселей (S21 и S22). Следовательно, через входные дроссели в полости I и II цилиндра по­ступают в единицу времени одинаковые количества сжатого воздуха, а через выходные дроссели из этих полостей выходят в единицу време­ни одинаковые количества сжатого воздуха. Поэтому давления возду­ха p1 и р2 в полостях равны (р1=p2). На поршень 8, разделяющий цилиндр, действуют с противоположных сторон одинаковые силы давле­ния воздуха, поэтому поршень неподвижен.

При наличии сигнала с усилителя мощности u(оу)0 в катушках 13 создаются магнитные потоки, направленные в одну сторону, так как они подключены параллельно. Магнитные потоки складываются с магнит­ными потоками постоянных магнитов 2 в одной части зазора и вычита­ются в другой. В результате создается электромагнитный момент, под действием которого ротор начинает поворачиваться. При равенстве мо­мента, создаваемого катушками ротора, моменту сопротивления магнит­ной пружины, поворот ротора прекратится. Угол поворота ротора будет пропорционален управляющему сигналу u(оу).

Пусть полярность сигнала u(оу) такова, что поворот струйной трубки происходит вправо, как показано на рис. 2.5. В этом случае увеличится площадь правого входного дросселя S12 и уменьшится пло­щадь левого входного дросселя S11 , а также уменьшится площадь пра­вого выходного дросселя S22, и увеличится площадь левого выходного дросселя. В результате увеличится количество воздуха, поступающего в полость II, и уменьшится количество воздуха, выходящего в единицу времени из этой полости, и, наоборот, уменьшится количество воздуха, поступающего в единицу времени в полость I и увеличится количество, выходящего в единицу времени из этой полости. Поэтому давление воздуха р2 в полости II возрастет, а давление воздуха p1 в полос­ти I падает (p2>p1). Под действием силы, возникающей от разности давлений воздуха на поршень, он начнет перемещаться влево, т.е. в сторону, противоположную движению торца струйной трубки 4.

Перемещение поршня через трубку 5, штангу 6, вилку 7 вызывает отклонение рулей (ПГ-11) или элеронов (ПГ-10). Движение штока 9 приводит к размыканию цепи выключателя 10, сигнализирующего о нейтральном положении руля (U(нп)), а также к движению токосъемни­ка II по потенциометру 12. Сигнал с потенциометра u(ос) ос подается на вход суммирующего усилителя (СУ) в полярности противоположной к входному. Шток будет перемещаться, пока сигнал с потенциометра не скомпенсирует входной сигнал (u(ос)= u(вх)). В этом случае выход­ной сигнал с усилителя мощности становится равным нулю (u(оу) = 0). Ротор электромеханического преобразователя вместе со струйной трубкой возвращаются в нейтральное положение ((р)=(тр)= 0). Дав­ление в полостях цилиндра выравнивается (р1=р2) и поршень оста­навливается. Перемещение руля будет пропорциональным управляющему сигналу u(вх), подаваемому из системы управления ракетой.

При наличии шарнирного момента (М_ш  0), что имеет место при отклонении руля в реальном полете ракеты, привод работает так же, как описано выше. Однако в этом случае в процессе движения поршня от среднего положения на него будет действовать сила сопро­тивления, пропорциональная шарнирному моменту руля. Следовательно, поршень остановится тогда, когда сила, развиваемая поршнем за счет разности давлений р1-р2 полостях цилиндра, станет равной силе со­противления, создаваемой шарнирным моментом на руле. Ротор и струй­ная трубка установятся от нейтрального положения под углом , про­порциональным сигналу с усилителя мощности u(оу)=u(вх)-u(ос)