close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Влияние параметров вихревого устройства газодинамического привода на предельные характеристики управления..pdf

код для вставкиСкачать
Мехатронные системы. Теория и проектирование
УДК 62-522.6-501.72:681.323.06
ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВИХРЕВОГО УСТРОЙСТВА
ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО ПРИВОДА НА ПРЕДЕЛЬНЫЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ УПРАВЛЕНИЯ
А.Б. Кондратьев
Приведены экспериментальные данные исследования вихревых устройств
(ВУ), используемых как управляющие элементы газодинамического привода.
Ключевые слова: газодинамический привод, вихревой элемент, предельные характеристики управления, параметры вихревого устройства.
Системы ориентации и стабилизации (СОиС) десантируемых объектов используют газодинамические приводы различного типа, применяющие в качестве управляющих элементов в том числе и вихревые элементы [1]. Известны работы, в которых приведены математические модели
таких устройств, с различной степенью допущений [2, 3]. Однако при использовании их в случае необходимости реализации оптимального управления СОиС, например, по быстродействию или расходу, возникает необходимость в более точном определении влияния различных параметров на
характеристики выбранного управляющего элемента. Конструкция ВУ,
описание работы и обозначения аналогичны приведённым в работе [2].
К параметрам ВУ относятся геометрические размеры и конструктивно-технологические коэффициенты, характеризующие конфигурацию
каналов и состояние обтекаемых поверхностей ВУ. Первая группа параметров включает относительные размеры внешней зоны rk / rc и вихревой камеры (её радиус rc / rb и высоту h / rc ), относительные площади поперечных сечений каналов питания Аn / Ab и управления Аy / Ab . Ко
второй группе параметров относятся коэффициенты расходов питающего
μ n , управляющего μ y и выходного μb каналов ВУ, а также трения потока газа о стенки камеры C fc и C f .
К параметрам рабочего тела следует отнести давление Pn и относительное значение температуры в канале управления. Окружающая среда
характеризуется безразмерными параметрами давления Pcp / Pn и температуры Tcp / Tn . Некоторые результаты исследований влияния параметров
вихревого устройства на выходные расходные характеристики приведены
в [4]. Дополнить полученные результаты должно исследование влияние
параметров вихревого устройства на предельные характеристики управления.
71
Известия ТулГУ. Технические науки. 2016. Вып. 12. Ч. 4
За предельные характеристики управления были приняты относительные значения расхода G y max и давления Py max в канале управления,
соответствующие моменту запирания канала питания. Безразмерные параметры G и Р отнесены соответственно к максимальному расходу ВУ
Gb max и его давлению питания Pn. Рассмотрим влияние перечисленных
параметров на эти характеристики. Здесь и ниже в расчетах значения C fc и
C f принимаются равными по величине.
На рис. 1 представлена зависимость предельных характеристик
управления ВУ от площади поперечного сечения питающего канала. Из
рисунка видно, что с увеличением параметра Аn / Ab монотонно убывает
максимальная величина расхода газа в канале управления и незначительно
меняется максимальное значение давление управления. С ростом отношения Аn / Ab ослабевает связь между максимальным расходом управления и
размером канала питания.
Рис.1. Зависимость предельных характеристик ВУ от площади
поперечного сечения питающего канала
72
Мехатронные системы. Теория и проектирование
На рис. 2, а и 2, б показано влияние высоты цилиндрической камеры h / rc и размера внешней зоны rk / rc на предельные характеристики
управления ВУ. Кривые изменения расхода и давления запирания ВУ носят практически монотонный характер. С уменьшением отношений h / rc
и rk / rc уменьшаются максимальные значения расхода и давления в канале
управления. Аналогичное изменение предельных характеристик управления ВУ можно наблюдать и при других значениях радиуса вихревой камеры. То же самое можно сказать о характеристиках, полученных при других
значениях параметра Ау / Ab .
а
б
Рис. 2. Влияние на предельные характеристики:
а - высоты цилиндрической камеры;
б - размера внешней зоны
На рис. 3 представлены характеристики, показывающие влияние
высоты вихревой камеры на расход и давление запирания ВУ для трех
значений параметра Ау / Ab .
Оценим теперь зависимость расхода и давления запирания ВУ от
площади поперечного сечения канала питания. Здесь следует заметить, что
увеличение площади проходного сечения канала питания приводит, с одной стороны, к увеличению максимального выходного расхода и, с другой
стороны, к снижению эффективности управляющего потока питания. С
помощью известной модели [2] можно учесть эти изменения, если принять
расстояния, на котором расположены каналы питания и управления, рав73
Известия ТулГУ. Технические науки. 2016. Вып. 12. Ч. 4
ными между собой. Тогда легко устанавливается связь между площадью
канала питания и размером внешней зоны ВУ, а также определяется связь
расхода и давления запирания ВУ от площади проходного сечения канала
питания с учетом изменения параметра rk / rc .
Вид предельных характеристик управления ВУ в зависимости от
площади поперечного сечения канала управления представлен на рис. 4, а.
Из характеристик следует, что с уменьшением отношения Ау / Ab уменьшается максимальное значение расхода управления и увеличивается давление запирания ВУ. Наиболее сильное изменение параметра Py max приходится на участки характеристики, расположенные в области малых
размеров канала управления.
Влияние на предельные параметры управления ВУ радиуса цилиндрической камеры rc / rb показано на рис. 4, б. Уменьшение отношения
rc / rb приводит к уменьшению максимального значения расхода и давления в канале управления.
Рис. 3. Характеристики, показывающие влияние высоты вихревой
камеры на расход и давление запирания ВУ для трех значений
параметра А у / Ab
Характеристики, представленные на рис. 4, а и 4, б были получены
при определенных фиксированных значениях соответственно rc / rb и
Ау / Ab . Из рисунков видно, что характеристики претерпевают значитель74
Мехатронные системы. Теория и проектирование
ные изменения во всем рабочем диапазоне геометрических параметров.
Характер изменения предельных параметров управления указывает на
большую их зависимость от размеров канала управления и вихревой камеры. В этом случае полученных характеристик будет недостаточно. Необходимо рассмотреть поведение предельных характеристик управления при
изменении одновременно двух указанных геометрических параметров ВУ.
а
б
Рис. 4. Предельные характеристики управления ВУ в зависимости:
а - от площади поперечного сечения канала управления;
б - от радиуса цилиндрической камеры
На рис. 5 представлена обобщенная характеристика параметров запирания ВУ.
Из характеристики видно, что с увеличением радиуса цилиндрической камеры растут максимальные значения расхода и давления. В то же
время увеличение площади поперечного сечения канала управления приводит к уменьшению давления и увеличению расхода запирания ВУ. При
этом характер изменения предельных характеристик ВУ не изменяется при
увеличении отношения Ау / Ab , а характеристики запирания ВУ сохраняют
свой вид независимо от радиуса вихревой камеры. Из рис. 5 также следует,
что условие монотонного изменения характеристик запирания выполняется не при всех значениях отношения Ау / Ab . Характеристики, изображенные на рисунке имеют минимальные значения расхода и давления запира75
Известия ТулГУ. Технические науки. 2016. Вып. 12. Ч. 4
ния, начиная с определенной величины отношения Ау / Ab (для случая, показанного на рис. 5 , Ау / Ab =0,13). Расположение минимума предельных
параметров управления и их значения зависят от площади поперечного сечения канала управления. С увеличением Ау / Ab растет минимальное
значение G y max и уменьшается минимальная величина Py max . Из рис. 5
можно также видеть, что с увеличением площади поперечного сечения канала управления минимум параметров запирания смещается в область более высоких значений rc / rb .
Рис. 5. Обобщенная характеристика параметров запирания ВУ
76
Мехатронные системы. Теория и проектирование
Далее оценим влияние конструктивно-технологических коэффициентов на предельные характеристики управления ВУ. На рис. 6, а показана
зависимость расхода G y max и давления Py max от параметра μ n . Предельные характеристики управления слабо зависят от коэффициента расхода питающего канала. Наиболее точно это выполняется при более высоких значениях коэффициента μ n . Рис. 6, б позволяет оценить влияние
параметра μ y на расход и давление запирания ВУ. Из характеристик следует, что увеличение коэффициента μ y приводит к уменьшению максимального значения давления управления и, в то же время, коэффициент
μ y оказывает слабое влияние на расход запирания ВУ.
а
б
Рис. 6. Зависимость расхода и давления:
а - от параметра μ n ;
б - от параметра μ y
Влияние коэффициента расхода выходного канала μb и трения о
стенки камеры ВУ C f на предельные характеристики управления показаны соответственно на рис. 7, а и рис. 7, б. Как видно эти параметры оказывают существенное влияние на максимальные значения расхода и давления
управления. Из рис. 7, а следует, что с увеличением коэффициента μb
уменьшается расход и увеличивается давление запирания ВУ. По характе77
Известия ТулГУ. Технические науки. 2016. Вып. 12. Ч. 4
ристикам на рис. 7, б видно, что с увеличением коэффициента C f растут
предельные параметры в канале управления.
а
б
Рис. 7. Зависимость предельных характеристик управления от:
а - коэффициента расхода выходного канала μ b ;
б - трения о стенки камеры ВУ C f
В заключении рассмотрим влияние температуры η на предельные
параметры управления ВУ. Из характеристик, приведенных на рис. 8, следует, что с увеличением температуры газа в канале управления максимальное значение расхода в нем уменьшается до значения η=2 , а затем,
при дальнейшем увеличении температуры управляющего потока, остается
практически без изменения. Противоположное влияние оказывает температура η на величину максимального значения давления управления. Если
до значения η=1 давление запирания ВУ не изменяется, то при η>1 можно
наблюдать значительное увеличение предельной величины давления
управления. Поэтому с целью получения невысоких значений предельных
параметров управления ВУ следует по возможности выбирать температуру
управляющего потока η=1-1,5.
78
Мехатронные системы. Теория и проектирование
Рис. 8. Влияние температуры на предельные параметры
управления ВУ
Заключение.
Полученные экспериментальные данные позволяют уточнить существующую математическую модель ВУ, выбрать как параметры ВУ, так и
параметры рабочего тела для реализации как релейных, так и пропорциональных выходных характеристик, а также реализовать критерии оптимальности газодинамического привода с ВУ как по быстродействию, так и
по расходу рабочего тела.
Список литературы
1. Силовые системы управления парашютируемыми объектами /
под ред. В.И. Толмачева. М.: Изд-во МАИ, 1995 г.
2. Пневматика и гидравлика. Приводы и системы управления // Математическая модель струйного вихревого устройства в неустановившемся режиме его работы: сб. науч. тр. / М.: Изд-во Машиностроение, 1987.
Вып. 13.
3. Пневматика и гидравлика. Приводы и системы управления / Экспериментальное исследование струйного газораспределительного устройства с механическим управлением: сб. науч. тр. М.: Изд-во Машиностроение, 1986. Вып. 12.
4. Кондратьев А.Б. Влияние параметров вихревого устройства газодинамического привода на выходные расходные характеристики // Сб.
79
Известия ТулГУ. Технические науки. 2016. Вып. 12. Ч. 4
докладов Х Всероссийской НТК «Проблемы совершенствования робототехнических и интеллектуальных систем летательных аппаратов» М., Издво МАИ, 2015 г.
Кондратьев Александр Борисович, канд. техн. наук, доц., kondr48@mail.ru,
Россия, Москва, Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет)
THE INFLUENCE OF THE VORTEX DEVICE OF GAS-DYNAMIC DRIVE ON LIMIT
CONTROL FEATURES
A.B. Kondratev
The paper presents experimental study data of the vortex devices, which are used as
the controls of gas-dynamic-drive.
Key words: gas-dynamic drive, vortex element, limit control features, vortex device.
Kondratev Alexander Borisovich, candidate of technical sciences, Associate
Professor, kondr48@mail.ru, Russia, Moscow, Moscow Aviation Institute (National Research
University)
УДК 62.001.4:62-501.72
РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА УПРАВЛЕНИЯ
БЕСКОНТАКТНЫМ МОМЕНТНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ
ПРИ СВЕРХМАЛЫХ СКОРОСТЯХ
О.В. Горячев, В.В. Воробьев, А.Г. Ефромеев, О.О. Морозов, А.А. Огурцов
Рассмотрен подход к разработке прецизионного одностепенного стенда углового вращения, который реализован на базе вентильного электропривода. Стенд предназначен для лабораторных испытаний высокоточных информационно-измерительных
устройств. Особенностью решаемой задачи являются жесткие требования по точности и немонотонности (плавности) воспроизведения угловой скорости платформы в
широком диапазоне значений от десятых долей до тысяч градусов в секунду. Предложены методики проектирования и экспериментальной отработки высокоточного
стенда углового вращения.
Ключевые слова: лабораторный стенд, вентильный электропривод, высокоточная система, цифровой регулятор, разрядность, широтно-импульсная модуляция,
статистические испытания, идентификация, регрессионная модель.
Полунатурные лабораторно-стендовые испытания применяются на
всех этапах разработки и создания технологического оборудования, от
НИОКР до производства и контроля готовой продукции. Такие испытания
позволяют перенести часть натурных (полигонных) испытаний в лабора80
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
6
Размер файла
2 101 Кб
Теги
привод, вихревого, влияние, газодинамических, pdf, характеристика, управления, устройства, параметры, предельных
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа