Обеспечение динамической чувствительности рулевого гидропривода объемного регулирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.02, кандидат технических наук Пыртиков, Валерий Иванович

• Пыртиков, Валерий Иванович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Пыртиков, Валерий Иванович

Введение.

1. Схема рулевого гидропривода объемного регулирования (АРПОР).

2. Требования к частотным характеристикам рулевых приводов современных маневренных самолетов и проблемы применения АРПОР в качестве исполнительной части системы дистанционного управления, связанные с обеспечением этих требований.

3. Прототип АРПОР.

4. Математическая модель АРПОР с насосом изменяемой производительности.

5. Результаты исследования частотных характеристик прототипа АРПОР в области малых управляющих входных сигналов методом математического моделирования.

5.1. Расчетные характеристики одноканального привода.

5.1.1. Результаты исследования частотных характеристик одноканального прототипа АРПОР в области малых управляющих входных сигналов методом математического моделирования рабочих процессов привода.

5.1.2. Теоретическое исследование процесса формирования нелинейности типа «зоны нечувствительности» в регулировочной характеристике одноканального прототипа АРПОР при различных условиях работы привода.

5.2. Расчетные характеристики двухканального привода.

5.2.1. Взаимное нагружение каналов в резервированном приводе и выбор параметров межканального корректирующего устройства прототипа АРПОР.

5.2.2. Результаты исследования частотных характеристик двухканального прототипа АРПОР в области малых управляющих входных сигналов методом математического моделирования рабочих процессов привода.

6. Стендовый комплекс для экспериментальных исследований прототипа ЛРПОР.

7. Экспериментальные исследования прототипа ЛРПОР.

7.1. Экспериментальные характеристики прототипа ЛРПОР при отсутствии нагрузки на выходном звене (Roh = 0).

7.1.1. Симметричная подпитка рабочих полостей из бака-компенсатора.

7.1.2. Симметричная подпитка рабочих полостей от вспомогательного гидронасоса.

7.1.3. Дифференциальная подпитка рабочих полостей.

7.2. Экспериментальные характеристики прототипа ЛРПОР при действии нагрузки на выходное звено (Roh ф 0).

7.2.1. Симметричная подпитка рабочих полостей из бака-компенсатора.

7.2.2. Дифференциальная подпитка рабочих полостей.

8. Комплексный анализ результатов исследований частотных характеристик прототипа ЛРПОР в области малых управляющих сигналов, полученных по итогам математического моделирования привода и экспериментальных работ с приводом.

8.1. Анализ экспериментальных частотных характеристик ненагруженного • одноканального прототипа АРПОР в области малых управляющих сигналов в условиях симметричной подпитки рабочих полостей привода от вспомогательного насоса.

8.2. Анализ экспериментальных частотных характеристик ненагруженного одноканального прототипа АРПОР в области малых управляющих сигналов в условиях симметричной подпитки рабочих полостей привода из бака-компенсатора.

8.3. Оценка адекватности математической модели прототипа АРПОР после ее коррекции.

8.4. Анализ экспериментальных частотных характеристик ненагруженного двухканального прототипа АРПОР с системой межканалыюй коррекции каналов в условиях подпитки рабочих полостей каналов привода от вспомогательного насоса.

8.5 Основные итоги комплексного анализа результатов теоретических и экспериментальных исследований частотных характеристик прототипа АРПОР в области малых управляющих сигналов. Практические рекомендации по проектированию АРПОР с целью обеспечения требуемого качества частотных характеристик в области малых управляющих сигналов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обеспечение динамической чувствительности рулевого гидропривода объемного регулирования»

Система управления современного летательного аппарата (далее в тексте — ЛА) представляет собой сложный комплекс электрических, гидравлических, механических и других устройств, которые в совокупности обеспечивают необходимые характеристики устойчивости и управляемости ЛА, стабилизацию установленных летчиком режимов полета, программное автоматическое управление ЛА от его взлета до посадки.

Исполнительной частью системы управления ЛА является привод рулевых поверхностей, который непосредственно осуществляет отклонение рулевой поверхности по командам пилота и командным сигналам автоматических систем и устройств управления ЛА. Таким образом, привод рулевых поверхностей (далее в тексте - рулевой привод) является одним из основных элементов системы управления ЛА, определяющим во многом динамические характеристики ЛА с системой дистанционного управления (СДУ).

На борту современного самолета насчитывается до нескольких десятков рулевых приводов различной мощности. Величина мощности рулевых приводов колеблется от долей киловатта до нескольких десятков киловатт в зависимости от назначения рулевой поверхности, которой они управляют. Это приводит к тому, что система управления современного самолета, укомплектованная рулевыми гидроприводами дроссельного регулирования, становится чрезмерно большим потребителем располагаемой на борту энергии, а наличие на борту самолета разветвленной централизованной гидросистемы снижает эксплуатационную надежность системы управления ЛА.

Таким образом, на современном этапе развития авиационной техники возникла потребность в создании рулевых приводов, сочетающих в себе энергетическую эффективность и повышенную степень эксплуатационной надежности при применении на борту ЛА. Одним из путей реализации этой задачи является применение в качестве исполнительной части системы управления автономного электрогидравлического рулевого привода с объемным регулированием скорости выходного звена (АРПОР). Этот тип приводов имеет только электрические входы и, таким образом, легко может быть подключен к единой электросистеме самолета. Как следствие из этого, при применении такого типа рулевых приводов появляется возможность устранить из состава бортовой энергосистемы самолета централизованную гидросистему и тем самым существенно повысить эксплуатационную надежность системы управления ЛА.

Среди различных проблем, связанных с применением АРПОР в качестве исполнительной части СДУ самолета, выделим следующие:

1. Энергетика.

Под энергетикой АРПОР, как и всякого другого привода, понимается прямые затраты мощности, расходуемые на борту самолета на работу системы управления, имеющей в своем составе АРПОР, установочные мощности энергетических агрегатов системы управления и потери мощности в тепло. При этом рассматривается вся система управления — от выходного вала на коробке приводов авиационной двигательной установки до органов управления самолетов.

2. Затраты массы и монтажный объем, связанные с установкой АРПОР на самолет, в существенной мере характеризующие конкурентоспособность АРПОР по сравнению с другими типами рулевых приводов.

З.Охлаждение привода — важная проблема применения АРПОР на борту самолета.

4. Специфической проблемой применения АРПОР является внешняя герметичность привода в связи с ограниченным резервом рабочей жидкости, находящейся в баке-компенсаторе.

Однако одним из самых важных условий применения АРПОР в качестве исполнительной части СДУ современного самолета является качество его динамических характеристик как элемента системы управления, определяемого в виде требований к частотным характеристикам привода в области малых и сверхмалых перемещений (до 0,1%. от максимального хода) выходного звена привода. Эта проблема существенно влияет на принятие проектных решений при создании приводов рулевых поверхностей современного самолета. В конечном счете, прояснение этой проблемы связано с ответом на такой принципиальный вопрос: «Возможно ли применение ЛРПОР в качестве привода рулевых поверхностей современного самолета и какие конструктивные и технологические меры по совершенствованию элементов ЛРПОР, в первую очередь регулируемого насоса, необходимо предпринять для достижения необходимого качества его динамических характеристик?».

В свете этого в диссертации решаются следующие задачи:

- разработка математической модели, необходимой для проектных исследований на ЭВМ динамических характеристик АРПОР в области малых управляющих сигналов с учетом различных условий работы привода;

- проведение теоретических и экспериментальных исследований АРПОР, построенного на элементной базе, применяемой в современной авиационной промышленности, с целью оценки реально достижимого уровня качества динамических характеристик привода такого типа в области малых управляющих сигналов и отработки математической модели АРПОР в условиях рандомизированного эксперимента (получения необходимой степени совпадения расчетных и экспериментальных данных);

- разработка практических рекомендаций по проектированию АРПОР для обеспечения требуемого качества частотных характеристик привода в области малых управляющих сигналов (динамической чувствительности).

Диссертация является обобщением научно-исследовательских работ, выполненных на базе ОАО НПО «Родина» в рамках НИР по применению АРПОР в качестве исполнительной части СДУ маневренных и сверхманевренных самолетов, проведенных совместно ОАО НПО «Родина», ЦАГИ, РСК «МиГ», ОАО «Рубин».

Автор выражает благодарность сотрудникам указанных предприятий, принимавших участие в создании экспериментального образца АРПОР и в стендовых исследованиях.

Заключение диссертации по теме «Машиноведение, системы приводов и детали машин», Пыртиков, Валерий Иванович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные в работе исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Теоретические и экспериментальные исследования прототипа АРПОР позволили установить принципиальную возможность обеспечения высокой динамической чувствительности в рулевых приводах объемного регулирования и значительное влияние на динамическую чувствительность различных факторов, характеризующих параметры привода и условия его работы.

2. Разработанная в среде МАТЬАВ ^¡тиНпк) нелинейная математическая модель АРПОР позволяет теоретически исследовать внутренние и внешние характеристики привода и пригодна для проектно-конструкторских работ. Адекватность математической модели проверена экспериментально в условиях варьируемых настроек привода, амплитуд входных управляющих сигналов и внешних нагрузок.

3. Основными факторами, в наибольшей степени влияющими на качество частотных характеристик привода в области малых управляющих сигналов являются:

- зона нечувствительности в регулировочной характеристике насоса изменяемой подачи, обусловленная наличием в конструкции насоса зазора в сочленении «опорный башмак плунжера - кольцо сепаратора» и осевого люфта в сферическом соединении головки плунжера с башмаком;

- сухое трение в гидроцилиндре привода;

- негерметичность силового гидравлического контура привода, определяемая величиной коэффициента утечек рабочей жидкости в насосе;

- тип системы подпитки рабочих полостей привода;

- уровень давления в системе подпитки рабочих полостей привода;

- величина усилия нагрузки на выходном звене привода.

Эти факторы порождают нелинейность типа «зоны нечувствительности» в регулировочной характеристике АРПОР, величина которой находится в функциональной зависимости от них и оказывает решающее влияние на качество частотных характеристик в области малых управляющих сигналов.

4. В результате теоретического исследования процесса формирования в гидромеханической части схемы АРПОР нелинейности типа «зоны нечувствительности» в регулировочной характеристике АРПОР и анализа экспериментальных характеристик получены аналитические выражения величины указанной нелинейности от перечисленных выше факторов.

5. Установлена принципиальная возможность обеспечения высокой динамической чувствительности в резервированных рулевых приводах объемного регулирования. При этом на качество частотных характеристик в области малых управляющих сигналов резервированного привода, помимо факторов перечисленных выше в п.З, влияет взаимное нагружение каналов. Уровень и особенности этого влияния обусловлены качеством работы системы межканальной коррекции привода.

6. Сформулированы практические рекомендации по проектированию АРПОР, направленные на обеспечение требуемого качества частотных характеристик привода в области малых управляющих сигналов:

- минимизация конструктивными и технологическими методами величины сухого трения в гидроцилиндре привода;

- обеспечение высокой степени герметичности гидравлического силового контура, в первую очередь - насоса изменяемой подачи.

- применение системы подпитки рабочих полостей АРПОР из бака-компенсатора, давление подпитки в которой равно давлению в корпусе основного насоса и других дренажных полостях привода;

- исключение из конструкции насоса изменяемой подачи зазора в сочленении «поверхность наклонной шайбы — опорный башмак плунжера — поверхность сепаратора» и исключение или минимизация люфта в сферическом соединении «опорный башмак — плунжер».

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Пыртиков, Валерий Иванович, 2005 год

1. Техническая документация на изделие АРМ-50.

2. Рабинович JT.B., Полковников В.А., Стеблецов В.Г., Петров Б.Н. и др. Под общей редакцией Рабиновича JT.B. Динамика следящих приводов. М.: Машиностроение, 1982 г. 496 с.

3. Константинов C.B., Манукян Б.С., Клюев М.А., и др.- Некоторые вопросы разработки рулевого привода современного маневренного самолета// ТВФ (приложение №2), 1990.

4. Аэродинамика, устойчивость и управляемость сверхзвуковых самолетов / Под ред. Г.С. Бюшгенса. М.: Наука, Физматлит, 1998. 816 с.

5. Клюев М.А., Кузнецов В.Ф., Константинов C.B. и др. Формирование требований к динамическим характеристикам рулевого привода маневренного самолета // ТВФ. 2001. № 2.

6. Манукян Б.С., Клюев М.А. Частотный метод формирования требований к динамическим характеристикам исполнительной части СДУ самолета // ТВФ. 2001. №1.

7. Техническое задание на НИР «Привод объемного регулирования» 1993г.

8. Технология построения энергетически высокоэффективной системы управления полетом/Борис Ю.А., Фомичев В.М., Пыртиков В.И. и др. Тез. докл. 5-го международного симпозиума «Авиационные технологии 21-го века», г. Жуковский, 1999, с.ЗО.

9. Борис Ю.А., Фомичев В.М., Пыртиков В.И. и др. Исследование и разработка энергетически высокоэффективных систем управления самолетов.// Труды Международного симпозиума — технологии 21-го века — г.Жуковский: изд-во НАГИ, 2001.

10. Фомичев В.М. Высокоточные электрогидравлические приводы.// Материалы семинара «Промышленные роботы».- М., МНДТП, 1987,с.45-50.

11. Фомичев В.М. Конструирование функциональных узлов гидроприводов: Учебное пособие./ М., МАИ, 1996, 52 с.

12. Редько П.Г. Повышение безотказности и улучшение характеристик электрогидравлических следящих приводов. М.: Янус-К; ИЦ МГТУ «Станкин», 2002, 232 с.

13. Материалы эскизного проекта по теме «Исследование возможности создания автономного рулевого привода высокой энергетической эффективности па принципах объемного регулирования». ОАО НПО «Родина», ЦАГИ, АО «АК Рубин», АНПК «МИГ», 1993.

14. Отчет по НИР «Исследования по созданию силовых систем управления перспективных летательных аппаратов», ОАО НПО «Родина», ЦАГИ, АО «АК Рубин». М., 1996, 93 с.

15. Отчет по НИР «Исследования по созданию силовых систем управления перспективных летательных аппаратов», ОАО НПО «Родина», ЦАГИ, АО «АК Рубин».-М., 1997, 87 с.

16. Башта Т.М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем. М.: Машиностроение, 1974г. -606 с.

17. Фомичев В.М., Пыртиков В.И. и др. Высокочувствительный гидропривод объемного регулирования. //Привод и управление, №1 2003г.

18. Борис Ю.А., Петров В.И. — Энергетическая модель гидронасоса регулируемой производительности для рулевого привода объемного регулирования органов управления самолетов. — Отчет ЦАГИ 1996г.

19. Отчет по теме 11/90. Создание перспективных схем автономных электрогидравлических приводов с аналого-цифровым управлением и встроенной системой контроля. Этапы 1-2. М.: МАИ, 1992 г.

20. Отчет по НИР «Исследования по созданию силовых систем управления перспективных летательных аппаратов», ОАО НПО «Родина», ЦАГИ, АО «АК Рубин». М., 1998, 58 с.

21. Гониодский В.И., Склянский Ф.И., Шумилов И.С. Привод рулевых поверхностей самолетов. М.: Машиностроение. 1974 г.

22. Борис Ю.А. и др. Исследования по оптимизации структуры и выбора параметров рулевого привода объемного регулирования. — Отчет ЦАГИ 1993 г.