Исследование устойчивости летательных аппаратов
Построение областей устойчивости для различных моментов времени полета и исследование эффективности органов управления. Область устойчивости при повороте маршевого двигателя. Отклонение летательных аппаратов, возмущающая сила и область устойчивости.
Рубрика | Транспорт |
Вид | контрольная работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 06.11.2013 |
Размер файла | 1,6 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Введение
область устойчивость летательный аппарат
При исследовании устойчивости и управляемости летательного аппарата (ЛА) анализируется возмущенное движение, отличное от программного из-за воздействия различных возмущающих факторов. Динамические характеристики ЛА и автомата стабилизации (АС) должны обеспечивать максимальное совпадение параметров возмущённого и невозмущённого (программного) движения.
На начальных этапах проектирования ЛА рассматривается как абсолютно жёсткое тело переменной массы с «замороженным» жидким топливом. В данной работе компоновочные схемы и параметры ЛА считаются заданными. Требуется выбрать параметры АС (коэффициенты усиления k1, k2) так, чтобы обеспечивалась локальная устойчивость программного движения системы «ЛА - АС». Если такая система описывается обыкновенными дифференциальными уравнениями, то процедура выбора коэффициентов усиления АС сводится к построению областей устойчивости в координатах k1, k2 при фиксированных значениях остальных параметров. Искомые значения k1, k2 выбираются из областей устойчивости.
После выбора k1, k2 и определения всех коэффициентов уравнений возмущённого движения ЛА можно приступать к исследованию эффективности заданных органов управления. Под эффективностью понимают ускорение (линейное или угловое), которое приобретает ЛА при отклонении органов управления на единичный угол.
Эффективность в сочетании с предельно допускаемыми углами отклонения органов управления определяет максимальные управляющие моменты. Которые должны обеспечивать значения параметров возмущённого движения ЛА в пределах заданных ограничений.
При разработке технического проекта необходимо рассматривать ЛА с подвижным жидким топливом в баках. Алгоритм построения областей устойчивости с учетом малых колебаний жидкого топлива в баках приведен в работе [4]. В данной работе приводится методика выбора параметров демпфирующих устройств (приложение 3) с целью обеспечения локальной устойчивости ЛА с жидким топливом.
Цель работы. Методы расчета
Построение областей устойчивости для различных моментов времени полета и исследования эффективности органов управления.
При исследовании устойчивости и управляемости ЛА анализируются возмущенное движение, отличное от программного из-за воздействия различных возмущающихся факторов. Динамические характеристики ЛА и автомата стабилизации должны обеспечить максимальное совпадение параметров возмущенного и невозмущенного (программного) движения.
ЛА рассматривается как абсолютно жесткое тело переменной массы с «замороженным» топливом. Компоновочная схема и параметры ЛА заданы. Требуется выбрать параметры АС (к-ты усиления k1, k2 так, чтобы обеспечивалась локальная устойчивость программного движения системы «ЛА-АС»). Такая система описывается ОДУ, процедура выбора усиления АС сводится к построению областей устойчивости в координатах k1, k2, при фиксированных значениях остальных параметров. Значения k1, k2 выбираются из областей устойчивости.
После выбора k1, k2 и определения всех к-ов уравнения возмущенного движения ЛА можно приступать к исследованию эффективности органов управления. Под эффективностью понимают ускорение (угловое или линейное), которое приобретает ЛА при отклонении органов управления на единичный угол. Эффективность в сочетании с предельно допускаемыми углами отклонения органов управления определяет максимальные управляющие моменты, которые должны обеспечивать значения параметров возмущенного движения ЛА в пределах заданных ограничений.
- смещение центра масс ЛА в возмущённом движении в проекции на связанную ось Cy;
- возмущение угла тангажа;
- отклонение органов управления в возмущенном движении по каналу тангажа;
- максимальный угол отклонения рулей по тангажу;
m - Масса ЛА;
- момент инерции ЛА относительно связанной оси Cz;
, - возмущающая сила и момент в плоскости тангажа;
- скорость ЛА в возмущенном движении в проекции на связанную ось Cy;
- скорость центра масс ЛА в программном движении;
, - производные от коэффициентов подъемной силы по углам атаки и отклонения рулей;
- коэффициент лобового сопротивления ЛА при нулевом угле атаки;
, - тяга двигателей и управляющих двигателей соответственно;
, - коэффициенты демпфирования по каналу тангажа;
T1, T2 - постоянные времени автомата стабилизации;
k1, k2, k3, k4 - коэффициенты усиления автомата стабилизации;
a - расстояние между осями двигателей в плоскости Cxy;
- расстояние от центра масс ЛА до свободной поверхности жидкости в баке с номером k;
- расстояние от центра масс ЛА до точки приложения управляющей силы;
, - коэффициенты уравнений движения ЛА.
Исходные данные
Вариант №1
Секунда полета 4
Время действия ветра 4
Профиль ветра а, в
Способ управления: поворотные маршевые двигатели и управление дросселированием
Геометрические размеры Sмид=28, 2мІ L=52, 5м
Окислитель О?, с=1100 кг/мі
Горючее H?, с=70 кг/мі
Масса топлива первой ступени Мт1=251т
Весовое соотношение компонентов топлива 5
Объем газовой подушки в баках 0, 03*Vкомпонентов
Момент инерции и ц. т. всего ЛА Хцт=33, 6м
При не заправленной первой ступени lz=19610 т мІ
Способ управления по тангажу рассогласование тяги
Перекос двигательной установки 0, 001
Ускорение свободного падения g=9, 81 м/сІ
Расстояние между осями двигателей, а=2, 2м
Краткое изложение методики выполнения работы
Алгоритм построения областей устойчивости ЛА
Замкнутая система уравнений возмущённого движения по каналу тангажа имеет вид:
Входящие в уравнения системы (1) коэффициенты усиления АС k1, …, k4 должны обеспечивать устойчивость движения и выбираются из областей устойчивости. Коэффициенты k3, k4 полагаем равными нулю. Область устойчивости строится в плоскости двух параметров k1, k2 при фиксированных значениях всех прочих параметров. Плоскость исследуемых параметров подвергается D-разбиению путём построения линии, разделяющей области с определённым распределением корней характеристического многочлена замкнутой системы (с одним и тем же числом корней с отрицательными вещественными частями). Предполагается, что устойчивость обеспечивается в «локальном» смысле, используется метод «замороженных» коэффициентов и анализируется система уравнений возмущенного движения:
Динамические к-ты подсчитываются по следующим формулам:
К-ты, характеризующие эффективность средств управления, определяются по формулам:
при использовании поворотного маршевого двигателя
где - расстояние от точки приложения управляющих сил до центра масс ЛА;
В случае рассогласования тяги связи маршевых двигателей:
При управлении рассогласованием тяги под понимается степень дросселирования или форсирования тяги:
Значения k1 и k2, соответствующие границе области устойчивости, определяются в зависимости от частоты по формулам:
Каждому значению соответствуют определённые значения k1 и k2. Т. е. точка в плоскости. Частота варьируется не от -? до +?, а только от до . Зависимости и являются чётными.
После построения нескольких кривых D-разбиения определяется зона общей устойчивости, прямоугольник ограниченный прямыми , , , . Разбив этот прямоугольник на сетку и обеспечив достаточный шаг, проверяются точки плоскости, являющиеся узлами сетки, на принадлежность к общей области устойчивости. Каждая точка проверяется по критерию Рауса-Гурвица для всех рассматриваемых моментов времени. После обнаружения 50 точек общей области или после перебора всех узлов сетки (если общих точек меньше 50) вычисляются коэффициенты k1* и k2* по формулам
где k1*min, k1*max, k2*min, k2*max - минимальные и максимальные значения коэффициентов, принадлежащих общей области устойчивости.
Определяются все коэффициенты, входящие в уравнения системы (1). Проводится интегрирование этой системы уравнений. В процессе интегрирования определяются возмущения параметров движения ЛА ??, ?Vy, ?y и ?д?.
Выполнения работы
Управление отклонением маршевого двигателя.
Исследование устойчивости системы «автомат стабилизации ракеты» и подбор коэффициентов усиления осуществляются методом D-разбиения:
Область устойчивости при повороте маршевого двигателя
Динамические коэффициенты, характеризующие эффективность органов управления:
cyd=3705000, 000 ctd=-85406984, 600
k1= 2, 788 k2= 2, 053
а) Профиль ветра - а. Время действия - 4 с. Максимальная скорость - 20 м/с
Возмущающая сила
Возмущающий момент
Об эффективности органов управления и качестве переходного процесса судить по диаграммам угла тангажа ЛА и угла отклонения рулей.
Отклонение ЛА по тангажу
Отклонение рулей ЛА
б) Профиль ветра - в. Время действия - 4 с. Максимальная скорость - 20 м/с
Возмущающая сила
Возмущающий момент
Об эффективности органов управления и качестве переходного процесса можно судить по диаграммам угла тангажа ЛА и угла отклонения рулей.
Отклонение ЛА по тангажу
Отклонение рулей ЛА
Управление дросселированием тяги маршевых двигателей.
Область устойчивости.
Динамические коэффициенты, характеризующие эффективность органов управления:
cyd=0, 000 ctd=-8151000, 000
k1= 29, 225 k2= 21, 515
а) Профиль ветра - а. Время действия - 4 с. Максимальная скорость - 20 м/с
Возмущающая сила
Возмущающий момент
Об эффективности органов управления и качестве переходного процесса можно судить по диаграммам угла тангажа ЛА и угла отклонения рулей.
Отклонение ЛА по тангажу
Отклонение рулей ЛА
б) Профиль ветра - в. Время действия - 4 с. Максимальная скорость - 20 м/с
Возмущающая сила
Возмущающий момент
Об эффективности органов управления и качестве переходного процесса можно судить по диаграммам угла тангажа ЛА и угла отклонения рулей.
Отклонение ЛА по тангажу
Отклонение рулей ЛА
Выводы
В обоих случаях ?? и ?д? стремятся к нулю, затухают. Система устойчива (критерий Ляпунова).
При сравнении областей устойчивости для разных органов управления можно заметить, что при управлении дросселированием значения коэффициентов k1 и k2, образующих границу области устойчивости, на порядок больше соответствующих коэффициентов при управлении поворотом МДУ. Это говорит о том, что при управлении дросселированием требуются большие коэффициенты усиления, следовательно, органы управления сами по себе менее эффективны.
Сравнение воздействия ветровой нагрузки показывает, что при знакопеременной возмущающей силе и моменте (профиль в) амплитуда отклонения угла ЛА в начальный момент действия возмущения значительно меньше, это объясняется тем, что импульс силы в случае знакопеременного ветрового воздействия значительно меньше импульса силы в случае знакопостоянного воздействия.
На графиках видно, что при одном и том же угле отклонения ЛА углы отклонения органов управления, следовательно, можно сделать вывод о том, что отклонение МДУ является более эффективным.
1) Сравнение эффективности органов управления ЛА
[1/cІ] - угловое ускорение поворота ЛА при отклонении органа управления на 1 градус.
1) Отклонение мду
[H*м]
[кг*мІ]
[1/cІ]
2) Дросселирование
8151000 [H*м]
[кг*мІ]
[1/сІ]
Из расчета заключаем, что наиболее эффективных органом управления для данного ЛА является отклонение маршевого двигателя. О том же самом можно судить и по полученным диаграммам, где степень дросселирования двигателя условно выражена в градусах для удобства сравнения. Для парирования ветровой нагрузи «а» потребовалось максимальное дросселирование на 10° при том, что для парирования той же нагрузки при отклонении маршевого двигателя потребовалось всего 1°, а для парирования нагрузки «г» потребовалось максимальное дросселирование на ~2, 5°, для парирования той же нагрузки при отклонении маршевого двигателя потребовалось отклонение в ~0, 3°.
Анализ ветровой нагрузки.
Вид ветровой нагрузки не влияет на построение областей устойчивости, так как силой и возмущающим моментом при решении системы уравнений возмущенного движения для построения областей устойчивости мы пренебрегаем из-за их малости.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Особенности динамики полета - науки о законах движения летательных аппаратов под действием аэродинамических и гравитационных сил. Расчет трасполагаемых тяг, характеристик устойчивости и управляемости самолета. Определение аэродинамической хорды крыла.
контрольная работа [79,2 K], добавлен 14.06.2010Типы беспилотных летательных аппаратов. Применение инерциальных методов в навигации. Движение материальной точки в неинерциальной системе координат. Принцип силовой гироскопической стабилизации. Разработка новых гироскопических чувствительных элементов.
реферат [49,2 K], добавлен 23.05.2014Обеспечение безопасности полетов. Анализ опасных сближений самолетов. Цифровой метод определения временного критерия опасности. Определение взаимного расположения летательных аппаратов в горизонтальной плоскости. Модуль динамической экспертной системы.
дипломная работа [885,0 K], добавлен 16.04.2012Проведение расчета показателей эксплуатационной надежности по изделиям летательных аппаратов и авиационных двигателей с учетом периодичности их ТО. Анализ режимов выборочного контроля опасных зон в конструкции планера. Авиамодели технического состояния.
контрольная работа [439,1 K], добавлен 26.10.2013Изучение устройства и принципа действия системы курсовой устойчивости автомобиля. Определение наступления аварийной ситуации. Исследование способов сохранения устойчивости и стабилизации движения автомобиля с помощью системы динамической стабилизации.
реферат [240,4 K], добавлен 23.04.2015Исследование кинематики поворота хлопкоуборочной машины. Улучшение устойчивости направления ее движения. Принципиальная схема системы автоматического контроля положения управляемых колес ХУМ. Разработка мероприятий по улучшению динамической управляемости.
магистерская работа [549,3 K], добавлен 31.07.2015Рассмотрение летательного авиадвигателя как объекта технической эксплуатации. Характеристика контролепригодности и надежности. Система технического обслуживания и ремонта транспортных средств. Заправка летательных аппаратов горюче-смазочными материалами.
дипломная работа [1,0 M], добавлен 30.07.2015Самый большой воздушный шар в мире. История создания аэростатов - летательных аппаратов, поддерживающихся в воздухе благодаря подъемной силе газа. Первые воздушные шары. Конструкторские особенности постройки шаров, особенности современных аппаратов.
презентация [689,2 K], добавлен 27.01.2012Классификация летательных аппаратов по принципу полета. Определение понятия "самолет". Этапы создания самолета. Аксиомы проектирования, типы фюзеляжей, крыла, оперения. Безопасность самолета, роль шасси и тормозной системы. Рейтинг опасности авиалайнеров.
презентация [1,4 M], добавлен 04.11.2015Расчет параметров камеры сгорания реактивного двигателя тягой 100000 Н на компонентах H2+F2, работающего по закрытой схеме газогенерации; параметры агрегатов двигательной установки: ТНА, газогенератора, баков. Оптимальное давление в газогенераторе.
курсовая работа [473,5 K], добавлен 12.05.2008Схема САР угловой скорости двигателя внутреннего сгорания (дизеля). Численные значения запасов устойчивости по амплитуде и по фазе. Графики функциональных зависимостей. Графическая зависимость времени переходного процесса по управляющему воздействию.
лабораторная работа [646,7 K], добавлен 20.10.2008Трубопровод как элемент безопасности летательных аппаратов. Напряжения, действующие в трубопроводах. Проектировочный расчет точки крепления трубопровода. Определение величины нагрузок, действующих на трубу. Расчет экономии времени на замену конструкции.
дипломная работа [5,9 M], добавлен 15.10.2013Геометрические и аэродинамические характеристики самолета. Летные характеристики самолета на различных этапах полета. Особенности устойчивости и управляемости самолета. Прочность самолета. Особенности полета в неспокойном воздухе и в условиях обледенения.
книга [262,3 K], добавлен 25.02.2010Уравнение движения рыскания. Датчики сигналов о параметрах движения летательных аппаратов. Основные законы управления автопилотов. Рулевой привод с жесткой обратной связью. Применение корректирующего звена и построение графиков переходных процессов.
курсовая работа [374,6 K], добавлен 23.12.2010Выбор конструктивно-компоновочной схемы ракеты, проектных параметров и программы движения. Исследование влияния давления в камере сгорания первой ступени на максимальную дальность. Определение относительных масс топлива и баллистический расчет.
курсовая работа [780,3 K], добавлен 07.09.2014Повышение поперечной статической устойчивости автомобилей и прицепов многоцелевого назначения. Высокомобильные тактические машины. Методы расчета устойчивости армейских колесных машин и автопоездов, расширение базы данных для ее аналитической оценки.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 31.01.2014Программное обеспечение АРМ управления полетом беспилотного летательного аппарата, оператора целевой аппаратуры. Программное обеспечение обработки и представления видеоинформации. Патрулирование. Разведка в горной местности. Разведка удаленных целей.
статья [4,3 M], добавлен 28.05.2015Разработка и внедрение программы моделирования системы автоматического управления взлетом самолетного типа для беспилотного летательного аппарата. Обзор и анализ существующих БЛА среднего класса аэродромного базирования, выбор оптимального способа взлета.
дипломная работа [4,9 M], добавлен 07.02.2013Начало создания безмоторных летательных аппаратов. Основные требования, предъявляемые к самолетам. Классификация и схемы самолетов. Поршневые и турбовинтовые двигатели. Обучение технике пилотирования и самолетовождению пилотов и других членов экипажа.
реферат [642,3 K], добавлен 27.11.2013Отказ как непредусмотренное нарушение функционирования авиационной транспортной системы, его основные причины и предпосылки, источники угрозы. Роль и оценка человеческого фактора при авиакрушении. Неисправности по вине инженерно-технического персонала.
презентация [1,2 M], добавлен 11.10.2015