Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка использованных источников, включающего 54 наименований и 2 приложений. Диссертации изложена на 155 страницах машинописного текста. Диссертация содержит 53 рисунка и 6 таблиц.

Содержание работы

1. Рассчитывается требуемая мощность на основании (8) и с учетом (2):

,

где

2. Определяется располагаемая мощность при одновременном движении двух рулевых машин, при движении проекции вектора тяги под углом , когда , при минимальном давлении в гидросистеме Рv:

3. Исходя из равенства находится p_v путем графического решения уравнения.

4. Рассчитывается поверхность горения газогенератора из уравнения (7) с учетом (2):

На рис. 2 а представлена круговая диаграмма шарнирного момента поворотного управляющего сопла при линейной зависимости непроизводительного расхода от давления нагнетания. На рис. 3 представлена зависимость мощности привода с вытеснительным источником питания от угла поворота сопла. Как видно из рис. 3 требуемая мощность от источника питания с учетом вязкости жидкости будет на 10% меньше, чем в случае без учета влияния вязкости жидкости. Также на основании вышеизложенного можно сделать вывод о снижении рассеивания избытка энергии в приводе в виде тепловых потерь на дроссельных элементах (см рис. 2 указанный режим работы ограничивается зависимостью N=f(a) соответствующей кривой а, b, c, d, e, f, g, k, l, m, n), при этом избыточная мощность сократилась на 45%, за счет уменьшения площади горения газогенератора с до , в случае построения источника питания с переменным минимальным давлением нагнетания и учетом выражения вязкости жидкости. При этом относительная величина снижения площади горения твердотопливного газогенератора составляет . Реализация на практике метода рационального использования энергетических характеристик применительно к газогидравлическим приводам, позволит улучшить энергомассовые показатели твердотопливного газогенератора вытеснительных преобразователей энергии ~ на 30…40%, обеспечивая снижение массы привода в целом на 10…12%.

Следует учитывать, что особенностью предложенной рациональной процедуры являются ограничения, накладываемые на время непрерывного действия возмущающих факторов. Поэтому следует уточнить динамические характеристики газогидравлического привода с учетом энергетических возможностей вытеснительного источника питания и время, затрачиваемое на восстановление давления до минимального уровня для управления ОУ на максимальных углах с максимальной потребной скоростью.

В третьей главе проведено исследование динамических характеристик газогидравлического привода с учетом энергетических возможностей вытеснительного источника питания. Для этого была построена обощенная математическая модель «вытеснительный источник питания - рулевые машины - нагрузка». Исследованы переходные процессы давления нагнетания при различных входных воздействиях при переменном варианте построения источника питания:

а) При движении 1-ой рулевой машины с максимальной скоростью Vmax, потребляется расход при этом на штоках рулевых машин формируется результирующее усилие F, тогда давление не должно быть ниже p₀

б) При движении 2-х рулевых машин со скоростью 0,7Vmax, потребляется расход при этом давление не должно быть ниже p_v;

Построена математическая модель газогидравлического источника питания. Уравнение газогидравлического источника питания в операторной форме имеет вид:

При этом модель источника питания построена таким образом, что потребляемый рулевыми машинами расход и давление нагнетания взаимосвязаны.

Для построения обобщённой динамической модели привода математическая модель газогидравлического источника питания дополнена дифференциальными уравнениями баланса расхода рабочей жидкости и действия нагрузки в рулевой машине.

Также, математическая модель дополняется передаточной функцией шагового мотора

.

Новизна рассмотренной математической модели РМ, в том, что она составлена с учетом влияния вязкости жидкости на непроизводительный расход. Структура обобщённой динамической модели привода с учётом источника питания образуется объединением структуры газогидравлического источника питания и рулевой машины по каналам давления нагнетания Р_н и расхода Q, где суммарный расход рабочей жидкости Q является выходным параметром для рулевых машин и входным параметром для газогидравлического источника питания.

Рис. 2. Обобщенная структурная схема газогидравлического привода с вытеснительным источником питания (ВИП), где, Q_рм(t) - суммарный расход, Х_н, Х_шт - перемещение нагрузки и штока привода соответственно, p_н-давление нагнетания, F_н - сила нагрузи, -входной сигнал

При движении 1-ой рулевой машины с максимальной скоростью Vmax давление не опускается ниже p_0.(см. рис. 4а). При движении 2-х рулевых машин со скоростью 0,7Vmax давление не опускается в источнике питания ниже p_v.(см. рис. 4б). Следовательно, у рулевых машин будет достаточно усилия на выходном валу для отработки сигнала управления.

При исследовании динамических характеристик газогидравлического привода получены данные по времени восстановление давления до минимального уровня. На основании зависимостей представленных на рис. 5 и 6 можно определять время восстановления давления нагнетания при различных величинах свободного объема и время восстановления давления нагнетания при различных величинах интегрального хода и значений свободного объема. Полученные рекомендации по времени восстановления обеспечивают формирование требований для построения желаемой временной диаграммы действия возмущающих факторов при минимальных затратах энергетики и массы привода. Таким образом, разработанный метод расчета источника питания с переменным давлением и с учетом зависимости вязкости жидкости, позволяющий существенно улучшить энергомассовые показатели привода, проверен с помощью моделирования. При этом как показывают результаты при уменьшении площади горения твердотопливного газогенератора, давление не просаживается ниже расчетных значений следовательно располагаемой мощности привода будет достаточно для того, чтобы отработать входной сигнал.

В четвертой главе проведен анализ внутрибалистических характеристик твёрдотопливного газогенератора и ресивера в составе газогидравлического привода с вытеснительным источником питания. Известно, что в процессе эксплуатации газогенератора возможны аномальные режимы работы, среди которых наиболее распространенными являются режимы, при которых происходит изменение площади горения или критического сечения газогенератора. Переходные процессы изменения давления в камере сгорания на возмущения в виде изменения поверхности или критического сечения могут быть идентичны, что затрудняет анализ аномалий в газогенераторе.

В основу метода идентификации возмущений при испытаниях газогенератора в составе привода с вытеснительным источником питания положено сравнение переходных процессов, протекающих в ресивере - камере-анализаторе переходных процессов при действии двух основных видов возмущения: изменение критического сечения потребителя и изменения величины поверхности горения. При этом ресивер представляет из себя камеру, расположенную в клапане привода с вытеснительным источником питания.

В процессе работы была составлена нелинейная математическая модель твердотопливного газогенератора. Давление в камере сгорания твердотопливного газогенератора устанавливается в соответствии с законом сохранения расхода в потребителе (объёмный расход в вытеснителе) и определяется из соотношения Бори:

где p - давление в камере газогенератора; V - текущее значение объёма; u₁ - коэффициент чувствительности скорости горения к температуре; н - показатель степени в законе горения; - уд. вес топлива; T - температура газа; A - коэффициент истечения газа через сопло; ф - время действия возмущения; R - универсальная газовая постоянная; S - площадь горения газогенератора; g - площадь критического сечения газогенератора.

В рамках диссертации была решена нелинейная задача индентификации аномалий при испытании газогенератора в составе газогидравлического привода с вытеснительным источником питания. По результатам моделирования получены переходные процессы давления в камере сгорания и в ресивере при скачкообразном изменении площади горения S газогенератора (см. рис. 7 Б) и скачкообразном изменении критического сечения у (см. рис. 7 А). Из сопоставления переходных процессов в камере сгорания и в ресивере на действие скачка уменьшения критического сечения и действие скачка увеличения поверхности горения следует:

- характер процессов изменения давления в камере сгорания на действие двух возмущений различной природы аналогичен;

- характер процессов в ресивере имеет существенное различие (экспонента - в случае изменения поверхности горения, отрицательное перерегулирование - в случае изменения проходного сечения сопла), что позволяет однозначно определить источник аномалии и своевременно принять меры по его устранению;

По результатам исследования внутрибаллистических характеристик газогенератора, для анализа аномалий при испытаниях газогенератора в составе привода с вытенительным источником питания предлагается вместе с твердотопливным газогенератором использовать камеру-анализатор ресивер, в которой можно было бы замерять значения давления в разные моменты времени и впоследствии, по виду переходного процесса изменения давления Р(t) однозначно определить причину аномалии. Проведено сравнение линейной и нелинейной модели решения данной задачи - относительная погрешность составляет 6%.

В пятой главе рассмотрено сравнение результатов моделирования полученных на основании модели с учетом вязкости жидкости и натурных испытаниях. Цель экспериментальных исследований состояла в проверке выражения для непроизводительного расхода с учетом нелинейной зависимости вязкости жидкости от температуры и давления нагнетания (1).

Испытания проводились на стендовом испытательном оборудовании схема которого представлена на рис. 8 а с использованием наземной питающей установки. Результаты полученные при испытаниях качественно соответствуют результатам моделирования - при увеличении температуры непроизводительный расход увеличивается, что объясняется уменьшением вязкости жидкости. Количественные результаты иллюстрирует графики представленные на рис. 8. При t=25 єС непроизводительный расход полученный при моделировании отличается от расхода при испытаниях в среднем на 13% (см. рис. 8Б) При t=50 єС максимальное утечки при моделировании при одинаковом давлении на 30% больше, чем при испытаниях (см. рис. 8В). При увеличении температуры в два раза с 20 єС до 40 єС непроизводительный расход при постоянном давлении увеличился на 40%. А испытания показали увеличения производительного расхода на 22%. Таким образом, как показали результаты испытаний, если использовать выражение для расчета диапазона значений давления нагнетания в источнике питания по выражению (2), которое учитывает увеличение непроизводительного расхода при увеличении температуры, то диапазон давления нагнетания и объем жидкости источника питания будет точнее, что ведет к улучшению энергомассовых показателей источника питания, чем в случае расчета по выражению (1).

В шестой главе проведена оценка эффективности реализации разработанных методов совершенствования энергомассовых характеристик газогидравлического привода с вытеснительным источником питания

Показано, что при реализации разработанных методов относительный выигрыш по массе источника питания составил . Как видно из рис. 9 с помощью разработанных методов совершенствования энергомассовых характеристик удалось увеличить область минимальной массы привода с вытеснительным источником питания на 35%. Следовательно, применения на практике методики совершенствования энергомассовых характеристик газогидравлического привода с вытеснительным источником питания, позволяющие расширить область применения привода, являются эффективными.

Рис. 3. Энергомассовые характеристики приводов с различными источниками питания

а) Зависимость массы привода от мощности, б) Область минимальной массы приводов в плоскости параметров «мощность-время работы»

где ВИП - вытеснительный источник питания, ЭПУ - электрогидравлическая питающая установка, АПМНА - аксиально-поршневой моторнасосный агрегат, G - вес привода, N - мощность источника питания.

Основные выводы и результаты работы

1. Полученые закономерности влияния вязкости жидкости на энергомассовые характеристики газогидравлического привода с вытеснительным источником питания, позволяют сократить массу источника питания на 7%;

2. Разработанная методика расчета газогидравлического источника питания рулевого привода управления поворотным соплом путем построения эпюры сопряжения располагаемой и потребной мощностей, а также с учетом зависимости для непроизводительного расхода рулевых машин от вязкости жидкости, обеспечивает снижение массы привода в целом на 10…12%.;

3. В рамка приведенной методики, разработана обобщенная математическая модель «вытеснительный источник питания - рулевые машины - нагрузка», позволяющая существенно расширить объём информационных показателей привода, при этом модель источника питания построена таким образом, что потребляемый рулевыми машинами расход и давление нагнетания взаимосвязаны;

4. Получены динамические характеристики, позволяющие исследовать газогидравлический привод с учетом энергетических возможностей вытеснительного источника питания

5. По результатам исследования внутрибаллистических характеристик газогенератора, для анализа аномалий при испытаниях газогенератора в составе привода с вытенительным источником питания предлагается вместе с твердотопливным газогенератором использовать камеру-анализатор (ресивер), позволяющую однозначно определять причину аномалии.

6. Проведены испытания непроизводительного расхода от температуры привода с вытеснительным источником питания, которые подтвердили теоретические результаты.

7. Разработана конструкция автономного привода, подтвержденная патентом Российской Федерации.

Основные положения диссертации опубликованы в работах

1. Прилипов А.В. К вопросу совершенствования энергомассовых показателей газогидравлического рулевого привода с вытеснительным источником питания // Вестник Московского авиационного института, 2009 г., т. 16, №5;

2. Геращенко А.Н., Макаренко А.В., Прилипов А.В., Сорокин А.Е. Сравнительный анализ автономных приводов систем управления мобильными объектами по энергомассовым показателям // Вестник Московского авиационного института. 2007 г., Т.14. №3. С. 17;

3. Макаренко А.В., Прилипов А.В., Самохина К.Е. Исследование энергомассовых характеристик первичных источников питания автономных приводов систем управления мобильными объектами // Вестник Московского авиационного института. 2007 г., Т.14, №4.;

4. Макаренко А.В., Прилипов А.В. Автономный привод на основе роторно-волнового двигателя. Проектирование и изготовление аэрокосмических аппаратов. Под ред. Проф. Ю.Ю. Комарова. - М.: Изд-во МАИ, 2006. - 368 с.: ил.;

5. Макаренко А.В., Осипов Ю.М., Прилипов А.В., Сорокин А.Е. Проектирование автономных систем следящих приводов с высокой энергетической эффективностью // Доклады ТУСУР, №2 (18), ч. 2, 2008 г.;

6. Геращенко А.Н., Лалабеков В.И., Макаренко А.В., Прилипов А.В., Самсонович С.Л., «Автономный привод», Патент РФ, регистрационный №2314427 от 10.01.2008 г.

Размещено на Allbest.ru