автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.13, диссертация на тему:Струйные гидравлические рулевые машины с устройствами коррекции

На правах рукописи

АРЕФЬЕВ Константин Валерьевич

СТРУЙНЫЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ РУЛЕВЫЕ МАШИНЫ С УСТРОЙСТВАМИ КОРРЕКЦИИ

Специальность*. 05.04.13,- "Гидравлические машины и гидропиевмоагрегаты"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации ца соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа 2006

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет», на кафедре прикладной гидромеханики.

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ:

Доктор технических наук, профессор Владимир Александрович Целнщев ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

Доктор технических наук, профессор Геннадий Григорьевич Куликов Доктор технических наук, с.н.с. Станислав Георгиевич Бажайкнн

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ:

ФГУП «Государственный ракетный центр им. академика В. П. Макеева»

Защита состоится "29" декабря 2006 года в 10 часов

на заседании диссертационного совета Д-212.288.05 при Уфимском государственном авиационном техническом университете по адресу. 450000, г. Уфа -центр, ул. К.Маркса, 12.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного авиационного технического университета. Автореферат разослан г.

Ученый секретарь диссертационного

ОБЩАЯ ХАРА1СГЕР0СТИКЛ РАБОТЫ

Актуальность темы. Современный этап развитая авиационной и ракетно-космической техники связав с широким применением в системах управления беспилотных летательных аппаратов быстродействующих гидроприводов. Однако результаты полетных испытаний с фиксированием поведения рулевых машин показывают, что в реальных условиях на динамику рулевых машин большое влияние оказывают параметры, носящие случайный или переменный характер, такие как: нежесткость связи с нагрузкой, сухое и вязкое трение, переменный модуль упругости сжимаемости жидкости, гидродинамическое воздействие обратных струй на струйную трубку, стохастический разброс параметров электрогидроусилителя, достигающий 40%. Особое внимание следует уделить недостаточно изученным процессам, протекающим в гидрораспределителе, так как именно они влияют на управляемость и устойчивость привода. Одной из особенностей струйного гидрораспределителя является наличие обратных потоков жидкости в зоне распределения основного потока. Гидродинамические силы, создаваемые реакцией вытекающих из окон приемной платы струй жидкости, сила вязкого трения и инерционная сила воздействуют как на основной поток жидкости, вытекающей из струйной трубки, так и на струйную трубку. Комплекс переменных факторов, оказывающих влияние на струйную трубку, приводит к снижению устойчивости привода и возникновению автоколебаний, Переменные условия эксплуатации усугубляют сложность адекватного исполнения команд, поступающих от системы управления летательного аппарата. Результатом влияния этих факторов является работа рулевых машин по упорам и, как следствие, - «хлопанье» рулевыми плоскостями, зафиксированные при полетных испытаниях. Одним из вариантов устранения данных недостатков является введение дополнительных обратных связей в гидропривод для увеличения устойчивости и управляемости привода, уменьшение статической ошибки, уменьшение зависимости привода от внешних условий. Все это обуславливает актуальность исследований, посвященных изучению влияния нелинейных параметров привода на его динамику с учетом введения дополнительных обратных связей. Дополнительные обратные связи могут быть реализованы в виде злеюрощдравлнческнх, гидромеханических и электронных корректирующих устройств.

Представленная работа посвящена исследованиям динамических характеристик электрогидравлического следящего привода со струйным гидрораспределителем с дополнительными обратными связями. Разработаны размерные и безразмерные математические модели СГРМ с гидромеханическими и элеюронньши устройствами коррекции, предложены новые конструкции и схемные решения. При численном моделировании использовались технические данные, полученные на ФГУП «Государственный ракетный центр им. Академика В. П. Макеева».

Целы» работы является исследование СГРМ с устройствами коррекции, используемых в системах управления исполнительными механизмами летательных аппаратов, разработка рекомендаций по синтезу и анализу их параметров.

Задачи исследования:

1. Разработать математическую модель рулевой машины с учетом нели-нейностей, доступных экспериментальному определению;

2. Разработать математические модели струйных гидравлических рулевых машин с гидромеханическими устройствами коррекции;

3. Разработать математические модели устройств электронной коррекции;

4. Разработать методики расчета параметров рулевой машины с устройствами коррекции.

Объект исследования - быстродействующие гидроприводы, а именно од-нокаскадные струйные гидравлические рулевые машины (СГРМ) систем управления летательными аппаратами (ЛА).

Основания для выполнения работы. Работа явилась обобщением исследований автора в период с 1999 года по настоящее время и выполнена на кафедре "Прикладная гидромеханика" Уфимского государственного авиационного технического университета (УГАТУ). Начальная стадия исследований была отражена в магистерской диссертации, выполненной в УГАТУ и защищенной в 2001 году. В работу вошли результаты НИР проведенных на кафедре ПГМ 1994-2005гг. по проектам "Разработка н исследование струйных гидравлических рулевых машин систем автоматического управления летательных аппаратов" и "Кавитационные явления в струйных гидравлических рулевых машинах; п. 14 по программе «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» (2002-2004гг.).

К основным физическим процессам и факторам, определяющим функционирование быстродействующего гидропривода, оснащенного устройствами коррекции, отнесены изменение статических и динамических характеристик рулевой машины при влиянии: нежесткости связи с нагрузкой, сухого трения, переменного модуля упругости сжимаемости жидкости, гидродинамического воздействия обратных струй на струйную трубку и стохастического разброса параметров гидроприводов, а также переменной внешней нагрузки.

Методы исследования. Работа основывается на использовании классических теоретических и экспериментальных методов исследования струйных течений, проведения стендовых испытаний, определения внутренних и внешних параметров гидроприводов.

Теоретические исследования базируются на научных основах теории ма~ шино- и ракетостроения, теории гидродинамики сплошных и двухфазных сред, теории проектирования гидроприводов, аппарата теории вероятности и математической статистики, положений классической и экспериментальной механики. Использованы численные методы, методы дифференциального и интегрального исчислений, специальные функции.

5 работе использованы экспериментальные материалы Государственного ракетного центра, накопленные за 40 лет разработки и эксплуатации струйных гидравлических рулевых мащин. При подготовке, проведении экспериментов и обработке их результатов применяются методы теории планирования эксперимента и статистической обработки результатов.

Достоверность результатов работы обосновывается соответствием численного моделирования н экспериментальных исследований быстродействующих гидроприводов полученных при натурных испытаниях в ФГУП «Государственный ракетный центр им. Академика В. П. Макеева».

На защиту выносятся результаты исследований способов и эффективности коррекции динамических характеристик быстродействующих гидроприводов с помощью устройств коррекции, а именно:

1. Нелинейная математическая модель рулевой машины;

2. Математические модели устройств коррекции струйных гидравлических рулевых машин;

3. Результаты численного моделирования рулевых машин с гидромеханическими и электронными устройствами коррекции;

4. Методики расчетов параметров рулевой машины с устройствами коррекции.

Научная новизна. Разработана математическая модель с учетом нели-нейностей, а именно: нелинейности сухого и вязкого трения, переменного модуля упругости жидкости, нелинейности обобщенной характеристики, а также модель с учетом гидродинамического воздействия обратных струй на струйную трубку. На основе исследований быстродействующих гидроприводов предложены: гидромеханическое устройство коррекции; система электронной коррекции; разработаны рекомендации по проектированию струйных гидравлических рулевых машин.

Научные результаты, определяющие научную новизну:

1. Нелинейная математическая модель с учетом гидродинамического воздействия обратных струй;

2. Обобщенная модель быстродействующего гидропривода в безразмерных комплексах;

3. Представлены новые методики расчета и проектирования быстродействующего гидропривода с устройствами коррекции, новые технические решения позволяющие уменьшить время разработки приводов.

Теоретические основы проектирования СГРМ базируются на научных основах теории машино- и ракетостроения, теории проектирования гидроприводов, положений классической и экспериментальной гидромеханики.

Практическая ценность результатов исследований состоит в том, что новые теоретические положения позволили создать методический и компьютерно - программный комплекс, обеспечивающий интенсификацию производства и применения быстродействующего гидропривода в системах управления летательными аппаратами на основе внедрения наукоемких технологий в условиях освоения новой конкурентоспособной техники.

Полученные результаты позволяют получить существенный технический эффект, заключающийся в следующем:

• рекомендации по выбору рациональных параметров устройств коррекции позволят снизить затраты времени и средств на разработку, проектирование и доводку быстродействующих гидроприводов;

• применение разработанных схем коррекции позволит на этапе доводки подобрать рациональные параметры, моделировать применение различных вариантов корректирующих устройств;

• разработанная математическая модель с учетом гидромеханического воздействия обратных струй на струйную трубку позволяет определить конструктивные параметры привода для исключения этого влияния.

Результаты настоящего исследования могут быть рекомендованы для использования в КБ авиационных двигателей, НИИД, НИА.Т, НИТИ и др. отраслевых организациях при создании исполнительных механизмов двигателей и летательных аппаратах нового поколения. Результаты работы используются в учебном процессе Уфимского государственного авиационного технического университета для студентов энергетических специальностей.

Апробация работы. Основные результаты работы апробировались при выполнении хоздоговорных тем с Государственным ракетным центром и госбюджетных тем по исследованию характеристик струйных гидравлических рулевых машин. Отдельные законченные этапы работы докладывались и обсуждались на 7 научно - технических конференциях ((Аэрокосмическая техника и высокие технологии» г. Пермь 2001, 2002, 2003; ((Исследование, проектирование и отработка регулируемых энергоустановок» Уфа, 2001; «Вопросы теории и расчета рабочих процессов тепловых двигателей» Уфа, 2001; «Гидропневмоавтоматика и гидропривод-2005». Ковров, 2005; «Мавлютовские чтения» УГАТУ, 2006. В полном объеме работа докладывалась на кафедре "Прикладная гидромеханика" УГАТУ, на заседании НМС по направлению 657400 «Гидравлическая, вакуумная и компрессорная техника».

Структура и объем работы. Публикации.

Диссертация изложена на 167 страницах машинописного текста, содержит 164 рисунка, состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы из 92 наименований. Основные положения выполненных теоретических и экспериментальных исследований опубликованы в 16 работах.

СОД ЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, определены ее цель и задачи, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, их научная новизна и практическая ценность. Приведены основания для выполнения работы, ее апробация и структура,

В первой главе раскрыто центральное место задач разработки струйных гидравлических рулевых машин в процессе научно - технического развития быстродействующих гидроприводов систем управления ЛА. Рассмотрены различные конструкции, схемы и варианты применения СГРМ (рис.1) в системах управления.

Принцип действия СГРМ (рисЗ) основан на балансе давлений в полостях гидродвигателя. Рабочая жидкость под давлением подается в струйную трубку 3, струйная трубка преобразовывает статическое давление рабочей жидкости в динамическое давление струи. Струя, обладающая высокой скоростью, направлена

Струйная гидравлическая рулевая машина

1- усилитель сигнала ошибки, 2- электромеханический преобразователь, 3- струйный гидроусилитель, А- гидроцилиндр, 5- датчик обратной связи, 6- нагрузка.

Рисунок 3

на приемную шипу с расположенными на ней приемными окнами, соединенные каналами с полостями гидродвигателя. Конструктивно обеспечивается равенство давлений в полостях гидродвшгателя при нейтральном положении струйной трубки, гидродвкгатедь находится в состоянии покоя. При подаче сигнала задат-чика, электромеханический преобразователь (ЭМП) отклоняет струйную трубку 3 от нейтрального положения, что приводит к возникновению перепада давлений в полостях гидродвигателя. При этом шток гадроцилиндра перемещается под действием перепада давлений до тех пор, пока сигнал задатчика не будет скомпенсирован сигналом цепи обратной связи по положению, и струйная трубка 3 не вернется в нейтральное положение. Таким образом, основополагающим принципом ЭГСП является баланс давлений в полостях гадродвигателя.

Вопросам проектирования высоконапорных струйных гидроусилителей посвящены работы отечественных ученых: В.Н.Бадаха, А.И.Баженова, В.П.Бочарова, А.Ю.Домогарова, С.А.Ермакова, В.И.Карева, З.И.Крамекого, И.В.Лебедева, Д.НЛопова, В.Б.Струтинскоп>, В .М.Фомичева и др., а также накопленные Государственным ракетным центром 40 - летний опыт разработки и эксплуатации. Анализ этих работ показывает, что имеющиеся методы расчета при проектировании СГРМ нуждаются в дальнейшем развитии и уточнении.

На основе подробного анализа развития струйных гидравлических рулевых машин был сформирован круг проблем, подлежащих исследованию.

Во второй главе рассмотрены математические модели рулевых машин с учетом: нежесткости связи с нагрузкой, сухого трения, переменного модуля сжимаемости жидкости и стохастического разброса параметров гидроприводов (рис. 2), а также переменной внешней нагрузки. Ниже представлена базовая математическая модель рулевой машины.

ЭМП предназначен для преобразования электрического сигнала управления в механическое перемещение ведомого звена, к которому присоединяются управляющие элементы парораспределителя (струйная трубка).

Уравнение электрической цепи ЭМП

\ Л и Л *

I и = Ки-(ис-К«-у№ где:ог-угол поворот якоря ЭМП,/гад ;у- перемещение штока гидроцилиндрз, м; 13-напряжение на обмотке ЭМП, В; К„- коэффициент усиления; 17,- сигнал рассогласования, В'у ^ос-коэффициент обратной связи; ^¿-коэффициент противоЭДС; К- сопротивление обмотки управления, Ом; Ь- индуктивность обмотки управления, Гн.

Уравнение моментов действующих на якорь ЭМП

* ■ 1С„. ■ I — К.

л1

л , ¿а

(2)

где: У-момент инерции якоря ЭМП,Н-м-с2; Кт -коэффициент характеризующий моменхную характеристику, Н-м/А; Кт,- коэффициент характеризующий жесткость пружины, н-м!рад\ Ь - коэффициент вязкого трения, Н-м-с/рад; С„- жесткость внешней пружины, И - м/рад; момент гидродинамического воздействия обратных, струй на струйную трубку, Я • ¿и.

Вследствие малости угла поворота струйной трубки, выражаем поворот среза сопла его перемещением.

2 = 7 'БШЙ (3)

Условием баланса расхода в гидроусилителе является равенство расходов на выходе из струйного парораспределителя и расхода в гидродвигателе.

Ж \ Е ') Л

(1 + П

',(4)

> г.

где: А- эффективная площадь гидродвигателя, V; -вредный обьем, м3\ коэффициенг восстановления расхода; коэффициент восстановления давления; 2 -безразмерное значение перемещения; Р^- безразмерное значение давления; Се-жесткость стенок гидроцилиндра, н/м; Q - расход жидкости через струйную трубку, м/с; Е- модуль упругости жидкости. Учитывается изменение модуля объемной упругости в зависимости от давления, а также от величины растворенного в рабочей жидкости воэадха.

Уравнение движения нагрузки

а* у

Ф

Л

л

(5)

где: М- приведенные к оси штока массы нагрузки, жидкости и др., кг; Л- усилие на штоке гидроцилиндра, Я; Ь- сила вязкого трения; С„- величина позиционной нагрузки, Л(м; ¿V сила сухого трения, Я.

На основании приведенной модели произведены расчеты статических н динамических характеристик рулевой машины. Выполнен расчет основных статических характеристик (рис. 4-7), построены временные динамические характеристики с учетом сухого трения, изменения модуля объемной упругости н переменных условий эксплуатации.

Безразмерная регулировочная характеристика СГРМ по давлению

Безразмерная регулировочная характеристика СГРМ по расходу

—

пв • /

м ■ /

Ю | /

•1 -ае -об -о;.« •оз /. й 0 ( м о:в 1 г

.(И,

-1

Рисунок 4 Обобщенная статическая характеристика {?=/(ЛО-

'О 03 ал 0£ 08 7 Рисунок 5 КПД СГРМ при различных сигналах управления

01 СМ 06 оя у

1-2=0.2; 2-2=0.4; 3-2=0.6; 4-2=0.7; 1-2=0.2; 2-г=0.3; 3-2=0.4; 4-2=0.5;

5-г=-0.2; 6-2=-0.4; 7-2=М),6 5-2=0.7

Рисунок б Рисунок 7

Приведена методика расчета динамиче-Суммарный момент ских параметров, представлена математическая

лщродинамического воздействия лп* расчета динамических характеристик

СГРМ в размерном и безразмерном виде. Представлена математическая модель с учетом гидродинамического воздействия обратных струй на струйную трубку.

Гидродинамическое воздействие (ГДВ) имеет сложный характер и зависит от комплекса внутренних и внешних параметров привода, максимальный щпродинамический момент рассчитывается по эмпирической формуле (б), полученной на основе экспериментальных данных. Зависимость величины момента от относительного давления и расхода представлена на рисунке 8.

Рисунок 8

к

где: 5/ -коэффициент учитывающий наличие успокоителя; <?/, 02 - эмпирические коэффициенты; Рт - давление питания рулевой машины, Па; Ра — атмосферное давление, Па; Л -относительный диаметр шдрорас-пределителя, ж, Н-относительное расстояние между приемной платой и струйной трубкой, м.

На рисунках 9, 10 показано влияние гидродинамического воздействия обратных струй на переходный процесс струйной трубки и нагрузки при численном моделировании. Результатом применения модели с учетом гидродинамического воздействия обратных струй стала возможность учета колебательных возмущений, оказывающих большое влияние на устойчивость привода. Учет гидродинамического воздействия позволяет точнее моделировать быстродействующий привод, производить подбор конструктивных, параметров, исключающих возникновение автоколебаний. Результаты численного моделирования с учетом гидродинамического воздействия адекватны данным, полученным цри полетных испытаниях рулевых машин.

Третьи глава посвящена гидромеханическим устройствам коррекции. Одним из способов улучшения устойчивости, быстродействия и качества переходных процессов является введение в конструкцию рулевой машины устройств коррекции. В частности, для улучшения динамических свойств ЭГСП с большой инерционной или позиционной нагрузкой, необходимо уменьшить постоянную времени и увеличить коэффициент относительного демпфирования гидропривода со струйно-дроссельным регулированием, что конструктивными методами выполнить не всегда возможно. Наиболее эффективно это достигается с помощью корректирующих устройств (КУ), которые вводятся в следящий гидропривод в виде электромеханических, электрогидравлических и гидромеханических обратных связей. Используя коррекцию, можно повысить устойчивость привода, увеличить его быстродействие, расширить полосу пропускания и устранить резонансные пики на опасных для объекта частотах. Поэтому вопросы коррекции гидравлических следящих приводов имеют большое практическое значение.

В главе рассмотрены: принцип действия, устройство и математические модели рулевых машин с гидромеханическими устройствами коррекции. Приводится мето-

Гидродинамическое влияние обратных струй на перемещение струйной трубки

I -без учета ГДВ, 2- с учетом ГДВ Рисунок 9

Гидродинамическое влияние обратных струй на перемещение нагрузки

-Я Vй

/ шуш! ' - ..,. г:. ■ .. - (

1 -без учета ГДВ, 2- с учетом ГДВ Рисунок 10

СГРМ с комбинированным устрой- » Р3™ ровных параметров КУ, даны ством коррекции рекомендации по применению КУ. Приведе-

ны методики расчета конструктивных пара-—I > р- [ 11 метров гидромеханических устройств кор-

' - рекцни для обеспечения требуемого качества

переходных процессов быстродействующего гидропривода. На рисунке 11 представлена схема СГРМ с коррекцией по перепаду и производной от перепада давления в полостях гидродвигателя. Дня моделирования СГРМ с устройством коррекции, базовая модель дополнена уравнениями (7-10).

Уравнение моментов на якоре ЭМП

полости гидроцилиндра, 7 - шток где: А/^ момент коррекции, И-м. гидроцилиндра, 8 - гидроконденса- Величина корректирующего воздействия тор, 9 - золотник коррекции, 10- определяется по формулам: дополнительные поршни золотника Г

коррекции, 11, 12-сопла обратной А'^СОА

связи, 13 - цепь обратной связи м^ = -_

Рисунок 11

где: }г- длина плеча от оси поворота струйной трубки до заслонки, м\ р-плотность рабочей жидкости, кг/м\ Лс - площадь сечения сопла,

д -коэффициент расхода через золотник; X (0 - перемещение золотника коррекции, м; Ьг~ ширина дросселирующей щели золотника, м.

Уравнение баланса сил на гидроконденсаторе и золотнике коррекции

1 - задатчнк, 2 - ЭМП, 3 - гидроусилитель, 6-гидроцилиндр, 4,5-

1

-Й-Л)

Р

А'(г) = + ^ Г),

(9)

где: Рк - площадь поршня гидроконденсатора, м2; - площадь торцевых поверхностей корректирующего золотника, м2; Р^ ~ площадь дополнительных торцевых поверхностей корректирующего золотника, мг; С* - жесткость пружины гидроконденсатора, Н/м\ С^ - жесткость пружины корректирующего золотника, Н/м\ К(1) - перемещение поршня гидроконденсатора, м; Х(1) - величина перемещения корректирующего золотника, м.

Уравнение баланса давлений на гидроконденсаторе

{

Р Ж{1) + Р

л )

Г*

(Ю)

где: /ж - площадь проходного сечения дросселя.

Для возможности комплексного исследования СГРМ и устройств коррекции подробно рассмотрены математические модели устройств передачи корректирующего воздействия, такие как сопло-заслонка и пружинный рычаг.

На рисунке 12, 13, 14 изображены полученные при численном моделировании переходные процессы, характеризующие СГРМ с устройством коррекции по перепаду и производной от перепада давления в полостях гидродвигателя.

Влияние коррекции на

перемещение нагрузки 1»

Влияние нагрузки Я на переходный процесс

Перемещение золотника коррекции от нагрузки

1-е коррекцией;

2-без коррекции. Рисунок 12

0.2 0.J Об 06 tul

1-R=1000 Я; 2-М=1500 Я; 3-R=2000 Я; 4-R=3000 Я; Рисунок 14

1-И=1000#; 2-11=1500 Щ 3-11=2000 Н; 4-К.=3000 Я; Рисунок 13

Ввиду того, что рулевая машина представляет собой сбалансированную систему, любое улучшение одних характеристик происходит за счет ухудшения других. Увеличение запаса устойчивости приводит к увеличению постоянной времени гидропривода и наоборот. Таким образом, применяемые устройства коррекции приходится подбирать в зависимости от условий эксплуатации с учетом компромиссов в целях улучшения общих свойств гидропривода.

Четвертая глава посвящена электронной коррекции СГРМ и коррекции по эталонной модели. Структурно, электронные устройства коррекции повторяют гидромеханические; датчики фиксирующие параметры привода, передают данные контролеру, который определяет, в соответствии с запрограммированным алгоритмом, величину корректирующего воздействия.

Для быстродействующего привода предложены следующие параметры, которые будут контролироваться датчиками: положение струйной трубки, давление в полостях гидродвигателя, положение поршня ГЦ, положение нагрузки; условное расположение датчиков представлено на рисунке 15.

Используя показания 5 датчиков и производные их показаний, определяем 12 параметров для реализации коррекции - это положение струйной трубки, давление в полостях гидродвигателя, положение поршня гидродвигателя, положение нагрузки и производные этих параметров. Особенностью электронных устройств коррекции является то, что корректирующее воздействие всегда направлено на ЭМП, тогда как в гидромеханических устройствах коррекции оно может быть направленно непосредственно на объект коррекции.

Принципиальная схема расположения датчиков в приводе

Основой электронного устройства коррекции является контролер, в который заложена программа, реализующая алгоритм коррекции. Алгоритм может имитировать гидромеханическую коррекцию, однако наиболее перспективно использование комплекса коррекций, применение которых выбирается на основании данных поступающих с управляемого привода в процессе эксплуатации.

Моделирование производилось в пакетах Mat-Lab 6,5, Simulink4, полученные при моделировании переходные процессы изображены на рисунке 16. В качестве источника сигнала применен генератор со случайно изменяющейся величиной сигнала, что позволяет имитировать реальные условия эксплуатации СГРМ. Внешний вид и сравнительная оценка переходного процесса говорит об адекватности представленной модели существующей. На основе представленной модели смоделированы электронные устройства коррекции по расходу и давлению, результаты представлены на рисунках 17,18.

По результатам применения СГРМ с устройством коррекции по расходу, величина перерегулирования снизилась с 5% до 0, при этом время выхода на режим увеличилось на 0,2 с. Полученные результаты совпадают с переходными процессами, полученными при моделировании гидромеханических устройств коррекции.

Результаты моделирования ЭГСП с коррекцией по давлению представлены на рисунке 18. Применение коррекции по давлению делает переходную характеристику менее жесткой и уменьшает перерегулирование, величина перерегулирования снизилась с 12% до 1-0.2%.

Переходный процесс

IJ: ! 'brj*-' riiwit lyr ч

Рисунок 16 Переходный процесс перемещения инерционной нагрузки

Рисунок 17

Реализованные с помощью электронной коррекции аналоги гидромеханических корректирующих устройств показывают адекватное моделирование, обладая при этом меньшей инерционностью, повышенной быстротой реакции, простатой реализации. Наиболее перспективно применение комплекса коррекций, период использования, которых определяется контроллером в зависимости от условий эксплуатации. Применение электронной коррекции позволяет во время настройки рулевой машины подобрать тип гидромеханической коррекции и ее параметры для конкретных условий эксплуатации.

Разработана коррекция СПРМ по эталонной модели. Применение параметрической коррекции позволяет улучшить только один из параметров привода, тогда как привод часто применяется в неизвестных условиях эксплуатации, обладает стохастическим разбросом параметров, а также зависим от ряда случайных факторов, таких как сухое трение, нежестжость силовой проводки, переменный модуль сжимаемости жидкости. Таким образом, создаются предпосылки дяя разработки корректирующих обратных связей с возможностью реализации коррекции комплексно по всем параметрам. Одним го вариантов решения поставленной задачи является применение корректирующей обратной связи относительно эталонной модели. Системы с эталонной моделью известны давно и получили широкое распространение в системах управления с известной структурой привода и неизменными требованиями к переходному процессу. Применение систем с эталонной моделью позволяет небольшими затратами получить системы управления с требуемыми выходными характеристиками. Разработаны математические модели устройств коррекции с эталонной моделью, проведены численные эксперименты, даны рекомендации по применению.

Рассмотрены устройства с дополнительной обратной связью, включенной параллельно основному контуру, при этом система обладает большим быстродействием, малой чувствительностью к изменению параметров объекта, но малой помехозащищенностью.

Принцип действия данной системы основан на сравнении существующего сигнала с сигналом, генерируемым эталонной моделью. Уравнение позволяет описать зависимость входного сигнала ЭМП от вида заданного эталонного переходного процесса.

и-с^и-ШО-адО-МО). (п>

Переходный процесс перемещения нагрузки представлен на рисунке 19, моделирование про-

Переходный процесс перемещения нагрузки

из |Ь ¿а з) ч а-> . хгва"

и _4

5

о

'4

V—1 V у .

. <

Рисунок 18

Переходный процесс перемещения нагрузки 0.9М,

I - без системы управления;

2 - эталонная модель;

3 -испытуемая модель;

Рисунок 19

Переходный процесс перемещения нагрузки 0.1М™

22 И 2.6 Ш V

1 - без системы управления;

2 - эталонная модель;

3 -испытуемая модель;

Рисунок 20

Влияние коэффициента обратной связи на переходный процесс

1 -Эталонный переходный процесс, 2- Л"ос=1; 3- Км=-Ъ\ 4-Кос=5; 5-Кс=7; 6-К^Ю Рисунок 21

Влияние коэффициента обратной связи на время выхода на режим

2 4 е Рисунок 22

изводилось при превышении нагрузки в 5 раз относительно эталонной модели, при этом статическая ошибка в пределах 5% (привод без коррекции имеет ошибку 24%). На рисунке 20 представлен переходный процесс перемещения малой нагрузки, привод оснащенный коррекцией имеет статическую ошибку 0.6% (привод без коррекции 2.6%).

В зависимости, от требуемот вида переходного процесса устанавливаем значение коэффициента обратной связи К^ Зависимость изменения качества переходного процесса от величины коэффициента обратной связи представлена на рисунке 21. Важно заметить, что увеличение коэффициента обратной связи не только приближает вид реального переходного процесса к эгалоному, увеличивает быстродействие привода, но и уменьшает его устойчивость. Как видно из рисунка 22, влияние изменения коэффициента обратной связи на вид переходного процесса уменьшается с увеличением этого коэффициента. Таким образом, величину коэффициента К^ необходимо индивидуально подбирать в зависимости от типа привода. Особенностью данной схемы является то, что на вход ЭМП подается не ступенчатый сигнал, а преобразованный сигнал, который в идеальном приводе позволил бы получить идеальный переходный процесс. Для получения данного сигнала должна быть реализована эталонная модель, результатом работа которой является выраженный в перепаде напряжения вид требуемого переходного процесса. Эталонная модель генерирует эталонный переходный процесс для заданных условий. Таким образом, для каждого переходного процесса происходит расчет задающего напряжения. Кроме этого реализуется обратная связь по разнице между идеальным и реальным переходным процессом. Существенным недостатком данной модели можно признать необходимость достаточно сложных математических расчетов в реальном времени.

Дня улучшения динамических характеристик и увеличения устойчивости привода разработана схема коррекции по эталонной модели с переменным коэффициентом обратной связи. Структурная схема коррекции по эталонной модели с подстраиваемым коэффициентом обратной связи Ккос

в зависимости от сигнала рассогласования представлена на рисунке 23.

Схема с эталонной моделью и подстраиваемым коэффициентом обратной связи -/

и

ШЬся*

ф — Кес

Кос Кт ос |—»

СГРМ

Влияние коэффициента остаточного усиления на величину статической ошибки

Рисунок 24

Влияние коэффициента остаточного усиления на переходный процесс

"О 0£

1-Эталонный переходный процесс; 2 -К=0,01; 3 -К=0,05; 4 -К-0,1; 5 -К=0,5 Рисунок 25

Рисунок 23

Уравнения, характеризующие изменение управляющего, сигнала примут вид:

+КО-ИО). (12)

мшк^-к^т-т* 03)

где: Кду- коэффициент остаточного усиления, Уф- заданный в виде функции эталонный переходный процесс,^ - перемещение нагрузки.

Коэффициент обратной связи изменяется пропорционально разнице между эталонным и действительным переходным процессом. Применение такой коррекции приводит к увеличению коэффициента обратной связи при больших отклонениях от эталонного переходного процесса и уменьшению при малых. Это позволяет увеличить эффективность управления, увеличив устойчивость (рис.25). Однако уменьшение коэффициента остаточного усиления приводит к увеличению статической ошибки, увеличение коэффициента остаточного усиления приводит к нежелательному виду переходного процесса. Влияние коэффициента на величину статической ошибки представлено на рисунке 24, из графика видно, что минимальная статическая ошибка приходится на диапазон от Кк«= 0,05 до КырО.! заштрихована область, при которой величина статической ошибки не превышает 0,5%.

Результатами проведенной работы стала модель СГРМ с коррекцией по эталонной модели, с подстраиваемым коэффициентом дополнительной обратной связи. Анализируя переходные процессы можно сказать, что применение данной коррекции эффективно в тете случаях, когда необходимо получить переходный процесс с минимальным отклонением от эталонного в условиях широкого изменения параметров окружающей среды.

Разработанная модель позволяет применять быстродействующий привод при неизвестных или быстроменяющихся внешних параметрах, уменьшить время предварительной настройки привода и упростить да агностику неисправностей.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработаны математические модели для расчета статических и динамических параметров СГРМ в размерных и безразмерных комплексах.

Создан методический и компьютерно-программный комплекс, обеспечивающий интенсификацию производства и применения быстродействующего гидропривода в системах управления летательными аппаратами на основе внедрения наукоемких технологий.

2. Разработаны математические модели СГРМ с гидромеханическими, электронными устройствами коррекции, и коррекцией по эталонной модели.

Выявлен существенный технический эффект, заключающийся в следующем: рекомендации по выбору рациональных параметров устройств коррекции позволяют снизить затраты времени и средств на разработку, проектирование и доводку быстродействующих гидроприводов; применение разработанных схем коррекции и методик расчета позволяют на этапе моделирования и доводки подобрать тип коррекции и рациональные параметры корректирующего устройства; разработанная математическая модель СГРМ с учетом гидромеханического воздействия обратных струй на струйную трубку позволяет определить конструктивные параметры привода для исключения этого негативного влияния.

3. Установлено, что применение электронной коррекции и коррекции с эталонной моделью повышает точность работы привода: величина статической ошибки не превышает 1% , при моделировании с предельными значениями нагрузок точность 5%, (без коррекций разброс составляет 26%). Применение электронных устройств коррекции позволяет улучшить массогабаритные характеристики на 7%.

4. Представлены методики расчетов параметров рулевой машины, гидромеханических и электронных устройств коррекции. Результаты моделирования статических и динамических характеристик адекватны характеристикам, полученным на ФГУП «Государственный ракетный центр им. Академика В. П. Макеева»,

Список работ опубликованных в издательствах входящих в перечень ВАК:

1. Арефьев К.В., Месрогош А.В, Обратная связь в элеюрогадравлическом следящем приводе. / Арефьев К.В., Месрогош A.B. // Вестник ИжГТУ.-2003.- Вып J.-C.24-27.

2. Арефьев КВ., Месрогош AB., Цеяищев В. А. Особенности коррекции гидравлических исполнительных механизмов органов управления летательных аппаратовУАрефьев К.В., Месропян AB., Целшцев В. А // ВесгаикУГАТУ Уфа. 2005 Т.б, №1(12) -С.55-64.

Список остальных публикаций:

3. Арефьев К.В,, Месропян A.B. Стохастический разброс параметров исполнительных механизмов систем пшропневмоавтоматики J Арефьев К.В., Месропян AB. // Проблемы нефтегазовой отрасли.: Сб. трудов Межрегиональной НМК.- Уфа: УГНТУ, 2000.- С.63.

4. Арефьев К,В„ Месропян A.B., Смородинов АЛ., Целищев В.А. Анализ влияния обратной связи по перепаду давлений на характеристики рулевой машины. / Арефьев К.В., Месропян A.B., Смородинов А.П., Целищев ВА. // Аэрокосмическая

техника и высокие технологии - 2001.: Сб. докл. Всероссийской научно-технической конференции,- Пермь, ПГТУ, 2001.-СЛ 5-21.

5. Арефьев К.В., Месропян A.B. Математическое моделирование стохастических процессов в рулевых приводах систем управления летательных аппаратов/ Арефьев К.В., Месрйшш A.B. // Исследование, проектирование и отработка регулируемых энергоустановок.: Сб. трудов IX Всероссийской научно-технической конференции. -Уфа, УГАТУ, 2001. -С.98-107.

6. Арефьев КБ-, Месропян A3. Адаптация быстродействующих гидроприводов а системах управления летательных аппаратов устройствами коррекции/ Арефьев КВ., Месропян AB. // Газоструйные импульсные системы. Ижевск, ИжГТУ, 2001. -С.58-66.

7. Арефьев КБ,, Месропян A.B. Адаптация быстродействующих гидроприводов в системах управления рабочими процессами тепловых двигателей устройствами коррекции/ Арефьев К.В., Месропян A.B. // Вопросы теории и расчета рабочих процессов тепловых двигателей.; Сб. трудов Всероссийской научно-технической конференции. -Уфа, УГАТУ, 2001. -С.143-149.

8. Арефьев КБ., Месропян АБ. Адаптация рулевых приводов систем управления/ Арефьев КБ., Месропян AB. // Аэрокосмическая техника и высокие технологии - 2002,: Сб. докл. Всероссийской научно-технической конференции.- Пермь, ПГТУ, 2002. -С.59-65.

9. Арефьев КБ., Месропян АБ. Адаптация быстродействующих гидроприводов в системах управления рабочими процессами тепловых двигателей устройствами коррекции/Арефьев КБ., Месропян AB. // Вопросы теории и расчета рабочих процессов тепловых двигателей.: Межвуз. сб. науч. статей №19, -Уфа, УГАТУ, 2002. -С.109-115.

10. Арефьев КБ., Месропян AB. О приближенной постановке задач адаптивного управления струйными гидравлическими рулевыми машинами/ Арефьев КБ., Месропян A.B. // Вопросы теории и расчета работах процессов тепловых двигателей.: Межвуз. сб. науч. сшей №20, -Уфа, УГАТУ, 2002.-С. 316-324.

11. Арефьев К.В. Системы автоматического управления летательных аппаратов специального назначения ./Арефьев КВ// Конкуре научных работ студентов вузов республики Башкортостан 2002.: Сборник материалов. Уфа 2002. Отпечатано ООО «Виртуал». -С.104.

12.Арефьев КБ., Месропян A.B., Целищев ВА. Вопросы адаптивного управления струйными гидравлическими рулевыми машинами/ Арефьев ECB., Месропян A.B., Целищев В А. // Вопросы теории и расчета рабочих процессов тепловых двигателей.: Межвуз. сб. науч. статей №21, -Уфа, УГАТУ, 2003.- C.I88-197.

13.Арефьев КБ., Месропян A.B. Адаптивное управление гидроприводов в системах управления энергонапряженных установок. /Арефьев КБ., Месропян AB// Газоструйные импульсные системы. -Ижевск, ИжГТУ, 2003. -С.58-66.

Н.Арефьев К.В., Месропян АБ. Математическое моделирование динамических характеристик быстродействующего гидропривода с коррекцией по расходу ./Арефьев К.В., Месропян A.B.// Аэрокосмнческая техника и высокие технологии - 2003.: Сб. докл. Всерос. научно-технич. конференции.- Пермь, ПГТУ, 2003. -С.62-70.

15. Арефьев К.В., Месропян AB. Системы электронной коррекции быстродействующих авиационных приводов. / Арефьев КБ., Месропян AB. И Гидропневмоавтоматика и гидропривод-2005.: Труды межа, научно-техн. конф.-Ковров, Ковровская государственная технологическая академия, 2005. -С. 181-186.

16. Арефьев КБ., Целищев ДБ. Исследование динамических характеристик СГРМ с учетом гидродинамического воздействия. / Арефьев К.В., Целишев Д.В. // Мавлклов-ские чтения.: Сб. трудов Российской научно-технической конференции, том 4, УГАТУ,

2006. -С.5-11.

АРЕФЬЕВ Константин Валерьевич

СТРУЙНЫЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ РУЛЕВЫЕ МАШИНЫ С УСТРОЙСТВАМИ КОРРЕКЦИИ

Специальность: 05.04.13. - "Гидравлические машины и гидропневмоагрегаты*

АВТОРЕФЕРАТ диссертации па соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 28.11.2006 г. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать плоская. Гарнитура Time New Roman Cyr. Усл. печ. л. 1,0. Усл. кр, отг. 1,0. Уч.-изд. л. 0,9. Тираж 100 экз. Заказ № 617.

ГОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет. Центр оперативной полиграфии. 450000, Уфа-центр, ул. К. Маркса, 12.

¡feo?-/

AJït~

\

ОГЛАВЛЕНИЕ.

УСЛОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ПРОБЛЕММЫ РАЗРАБОТКИ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИХ ГИДРОПРИВОДОВ.

1.1 Область применения рулевых машин.

1.2 Классификация струйных усилителей.

1.3 Анализ схем гидроусилителей.

1.4. Анализ устройств коррекции.

ГЛАВА II. АНАЛИЗ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ СГРМИ ИДЕНТИФИКАЦИЯ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ.

2.1 Принцип действия струйной гидравлической рулевой машины.

2.2 Допущения принятые при расчетах.

2.3 Статические характеристики СГРМ.

2.4 Исследование динамических характеристик СГРМ.

2.5 Математическая модель СГРМ с учетом гидродинамического воздействия обратных струй на струйную трубку.

2.6 Идентификация математических моделей СГРМ в безразмерных комплексах.

2.7 Выводы к главе II.

ГЛАВА III. ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА КОРРЕКЦИИ СТРУЙНОЙ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ РУЛЕВОЙ МАШИНЫ.

3.1 Особенности моделирования устройств передачи корректирующего воздействия.

3.2 Коррекция струйных гидравлических рулевых машин с помощью межполостных перетечек.

3.3 Коррекция струйных гидравлических рулевых машин по расходу.

3.4 Устройство коррекции струйных гидравлических рулевых машины по динамическому расходу.

3.5 Коррекция по перепаду давления.

3.6 Коррекция по производной от перепада давления в полостях гидроцилиндра.

3.7 Комбинированное устройство коррекции по перепаду и производной от перепада давления в полостях гидродвигателя.

3.8 Выводы к главе III.

ГЛАВА IV. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СТРУЙНЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ РУЛЕВЫХ МАШИН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОРРЕКТИРУЮЩИХ КОНТУРОВ И ЭТАЛОННОЙ МОДЕЛИ.

4.1 Электронная коррекция.

4.2 Моделирование гидромеханических подсистем с эталонной моделью и корректирующими контурами внутренних обратных связей.

4.3 Выводы к главе IV.

Актуальность темы. Современный этап развития авиационной и ракетно-космической техники связан с широким применением в системах управления беспилотных летательных аппаратов быстродействующих гидроприводов. Однако результаты полетных испытаний с фиксированием поведения рулевых машин показывают, что в реальных условиях на динамику рулевых машин большое влияние оказывают параметры, носящие случайный или переменный характер, такие как: нежесткость связи с нагрузкой, сухое и вязкое трение, переменный модуль упругости сжимаемости жидкости, гидродинамическое воздействие обратных струй на струйную трубку, стохастический разброс параметров гидроусилителя, достигающий 40%. Особое внимание следует уделить недостаточно изученным процессам, протекающим в гидрораспределителе, так как именно они влияют на управляемость и устойчивость привода. Одной из особенностей струйного гидрораспределителя является наличие обратных потоков жидкости в зоне распределения основного потока. Гидродинамические силы, создаваемые реакцией вытекающих из окон приемной платы струй жидкости, сила вязкого трения и инерционная сила воздействуют как на основной поток жидкости, вытекающей из струйной трубки, так и на струйную трубку. Комплекс переменных факторов, оказывающих влияние на струйную трубку, приводит к снижению устойчивости привода и возникновению автоколебаний. Переменные условия эксплуатации усугубляют сложность адекватного исполнения команд, поступающих от системы управления летательного аппарата. Результатом влияния этих факторов является работа рулевых машин по упорам и, как следствие, - «хлопанье» рулевыми плоскостями, зафиксированные при полетных испытаниях. Одним из вариантов устранения данных недостатков является введение дополнительных обратных связей в гидропривод для увеличения устойчивости и управляемости привода, уменьшение статической ошибки, уменьшение зависимости привода от внешних условий. Все это обуславливает актуальность исследований, посвященных изучению влияния нелинейных параметров привода на его динамику с учетом введения дополнительных обратных связей. Дополнительные обратные связи могут быть реализованы в виде электрогидравлических, гидромеханических и электронных корректирующих устройств.

Представленная работа посвящена исследованиям динамических характеристик электрогидравлического следящего привода со струйным гидрораспределителем с дополнительными обратными связями. Разработаны размерные и безразмерные математические модели СГРМ с гидромеханическими и электронными устройствами коррекции, предложены новые конструкции и схемные решения. При численном моделировании использовались технические данные, полученные на ФГУП «Государственный ракетный центр им. Академика В. П. Макеева».

Основания для выполнения работы. Работа явилась обобщением исследований автора в период с 1999 года по настоящее время и выполнена на кафедре "Прикладная гидромеханика" Уфимского государственного авиационного технического университета (УГАТУ). Начальная стадия исследований была отражена в магистерской диссертации, выполненной в УГАТУ и защищенной в 2001 году. В работу вошли результаты НИР проведенных на кафедре ПГМ 1994-2005гг. по проектам "Разработка и исследование струйных гидравлических рулевых машин систем автоматического управления летательных аппаратов" и "Кавитационные явления в струйных гидравлических рулевых машинах; п. 14 по программе «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» (2002-2004гг.).

Целью работы является исследование СГРМ с устройствами коррекции, используемых в системах управления исполнительными механизмами летательных аппаратов, разработка рекомендаций по синтезу и анализу их параметров.

Задачи исследования:

1. Разработать математическую модель рулевой машины с учетом нелинейностей, доступных экспериментальному определению;

2. Разработать математические модели струйных гидравлических рулевых машин с гидромеханическими устройствами коррекции;

3. Разработать математические модели устройств электронной коррекции;

4. Разработать методики расчета параметров рулевой машины с устройствами коррекции.

К основным физическим процессам и факторам, определяющим функционирование быстродействующего гидропривода, оснащенного устройствами коррекции, отнесены изменение статических и динамических характеристик рулевой машины при влиянии: нежесткости связи с нагрузкой, сухого трения, переменного модуля упругости сжимаемости жидкости, гидродинамического воздействия обратных струй на струйную трубку и стохастического разброса параметров гидроприводов, а также переменной внешней нагрузки.

Методы исследования. Работа основывается на использовании классических теоретических и экспериментальных методов исследования струйных течений, проведения стендовых испытаний, определения внутренних и внешних параметров гидроприводов.

Теоретические исследования базируются на научных основах теории машино- и ракетостроения, теории гидродинамики сплошных и двухфазных сред, теории проектирования гидроприводов, аппарата теории вероятности и математической статистики, положений классической и экспериментальной механики. Использованы численные методы, методы дифференциального и интегрального исчислений, специальные функции.

В работе использованы экспериментальные материалы Государственного ракетного центра, накопленные за 40 лет разработки и эксплуатации струйных гидравлических рулевых машин. При подготовке, проведении экспериментов и обработке их результатов применяются методы теории планирования эксперимента и статистической обработки результатов.

Достоверность результатов работы обосновывается соответствием численного моделирования и экспериментальных исследований быстродействующих гидроприводов полученных при натурных испытаниях в ФГУП «Государственный ракетный центр им. Академика В. П. Макеева».

На защиту выносятся результаты исследований способов и эффективности коррекции динамических характеристик быстродействующих гидроприводов с помощью устройств коррекции, а именно:

1. Нелинейная математическая модель рулевой машины;

2. Математические модели устройств коррекции струйных гидравлических рулевых машин;

3. Результаты численного моделирования рулевых машин с гидромеханическими и электронными устройствами коррекции;

4. Методики расчетов параметров рулевой машины с устройствами коррекции.

Научная новизна. Разработана математическая модель с учетом нелинейностей, а именно: нелинейности сухого и вязкого трения, переменного модуля упругости жидкости, нелинейности обобщенной характеристики, а также модель с учетом гидродинамического воздействия обратных струй на струйную трубку. На основе исследований быстродействующих гидроприводов предложены: гидромеханическое устройство коррекции; система электронной коррекции; разработаны рекомендации по проектированию струйных гидравлических рулевых машин. Научные результаты, определяющие научную новизну:

1. Нелинейная математическая модель с учетом гидродинамического воздействия обратных струй;

2. Обобщенная модель быстродействующего гидропривода в безразмерных комплексах;

3. Новые экспериментальные данные по расчету и проектирования быстродействующего гидропривода с устройствами коррекции, новые технические решения.

Теоретические основы проектирования СГРМ базируются на научных основах теории машино- и ракетостроения, теории проектирования гидроприводов, положений классической и экспериментальной гидромеханики.

Практическая ценность результатов исследований состоит в том, что новые теоретические положения позволили создать методический и компьютерно - программный комплекс, обеспечивающий интенсификацию производства и применения быстродействующего гидропривода в системах управления летательными аппаратами на основе внедрения наукоемких технологий в условиях освоения новой конкурентоспособной техники. Полученные результаты позволяют получить существенный технический эффект, заключающийся в следующем:

• рекомендации по выбору рациональных параметров устройств коррекции позволят снизить затраты времени и средств на разработку, проектирование и доводку быстродействующих гидроприводов;

• применение разработанных схем коррекции позволит на этапе доводки подобрать рациональные параметры, моделировать применение различных вариантов корректирующих устройств;

• разработанная математическая модель с учетом гидромеханического воздействия обратных струй на струйную трубку позволяет определить конструктивные параметры привода для исключения этого влияния.

Результаты настоящего исследования могут быть рекомендованы для использования в КБ авиационных двигателей, НИИД, НИАТ, НИТИ и др. отраслевых организациях при создании исполнительных механизмов двигателей и летательных аппаратах нового поколения. Результаты работы используются в учебном процессе Уфимского государственного авиационного технического университета для студентов энергетических специальностей.

Апробация работы. Основные результаты работы апробировались при выполнении хоздоговорных тем с Государственным ракетным центром и госбюджетных тем по исследованию характеристик струйных гидравлических рулевых машин. Отдельные этапы работы докладывались и обсуждались на 7 научно - технических конференциях «Аэрокосмическая техника и высокие технологии» г. Пермь 2001, 2002, 2003; «Исследование, проектирование и отработка регулируемых энергоустановок» Уфа, 2001; «Вопросы теории и расчета рабочих процессов тепловых двигателей» Уфа, 2001; «Гидропневмоавтоматика и гидропривод-2005». Ковров, 2005; «Мавлютовские чтения» УГАТУ, 2006. В полном объеме работа докладывалась на кафедре "Прикладная гидромеханика" УГАТУ, на заседании НМС по направлению 657400 «Гидравлическая, вакуумная и компрессорная техника».

Структура и объем работы. Публикации.

Диссертация изложена на 166 страницах машинописного текста, содержит 164 рисунка, состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы из 92 наименований. Основные положения выполненных теоретических и экспериментальных исследований опубликованы в 16 работах.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработаны математические модели для расчета статических и динамических параметров СГРМ в размерных и безразмерных комплексах.

Создан методический и компьютерно-программный комплекс, обеспечивающий интенсификацию производства и применения быстродействующего гидропривода в системах управления летательными аппаратами на основе внедрения наукоемких технологий.

2. Разработаны математические модели СГРМ с гидромеханическими, электронными устройствами коррекции, и коррекцией по эталонной модели.

Выявлен существенный технический эффект, заключающийся в следующем: рекомендации по выбору рациональных параметров устройств коррекции позволяют снизить затраты времени и средств на разработку, проектирование и доводку быстродействующих гидроприводов; применение разработанных схем коррекции и методик расчета позволяют на этапе моделирования и доводки подобрать тип коррекции и рациональные параметры корректирующего устройства; разработанная математическая модель СГРМ с учетом гидромеханического воздействия обратных струй на струйную трубку позволяет определить конструктивные параметры привода для исключения этого негативного влияния.

3. Установлено, что применение электронной коррекции и коррекции с эталонной моделью повышает точность работы привода: величина статической ошибки не превышает 1% , при моделировании с предельными значениями нагрузок точность 5%, (без коррекции разброс составляет 26%). Применение электронных устройств коррекции позволяет улучшить массогабаритные характеристики на 7%.

4. Представлены методики расчетов параметров рулевой машины, гидромеханических и электронных устройств коррекции. Результаты моделирования статических и динамических характеристик адекватны характеристикам, полученным на ФГУП «Государственный ракетный центр им. Академика В. П. Макеева».

1. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. / Абрамович Г.Н. ~М.: Физматгиз, 1960.

2. Августинович В.Г. и др. Идентификация систем управления авиационных газотурбинных двигателей / Под ред. Дедеша В.Т.- М.: Машиностроение, 1984.-200с.

3. Арефьев К.В., Месропян A.B. Стохастический разброс параметров исполнительных механизмов систем гидропневмоавтоматики./ Арефьев К.В., Месропян A.B. // Проблемы нефтегазовой отрасли.: Сб. трудов Межрегиональной НМК.- Уфа: УГНТУ, 2000,- С.63.

4. Арефьев К.В., Месропян A.B. Адаптация быстродействующих гидроприводов в системах управления летательных аппаратов устройствами коррекции./ Арефьев К.В., Месропян A.B. // Газоструйные импульсные системы. Ижевск, ИжГТУ, 2001. -С.58-66.

5. Арефьев К.В., Месропян A.B. Адаптация рулевых приводов систем управления./ Арефьев К.В., Месропян A.B. // Аэрокосмическая техника и высокие технологии 2002.: Сб. докл. Всероссийской научно-технической конференции.-Пермь, ПГТУ, 2002. -С.59-65.

6. Арефьев К.В. Системы автоматического управления летательных аппаратов специального назначения./Арефьев К.В.// Конкурс научных работ студентов вузов республики Башкортостан 2002.: Сборник материалов. Уфа 2002. Отпечатано ООО «Виртуал». -С. 104.

7. Арефьев К.В., Месропян A.B. Обратная связь в электрогидравлическом следящем приводе. / Арефьев К.В., Месропян A.B. // Вестник ИжГТУ.-2003.-Вып.З.-С.24-27.

8. Арефьев К.В., Месропян A.B. Адаптивное управление гидроприводов в системах управления энергонапряженных установок. /Арефьев К.В., Месропян A.B.// Газоструйные импульсные системы. -Ижевск, ИжГТУ, 2003. -С.58-66.

9. Арефьев К.В., Месропян A.B., Целищев В.А. Особенности коррекции гидравлических исполнительных механизмов органов управления летательныхаппаратов./Арефьев К.В., Месропян A.B., Целищев В.А. // Вестник УГАТУ Уфа. 2005 Т.6, №1(12) -С.55-64.

10. Арефьев К.В., Целищев Д.В. Исследование динамических характеристик СГРМ с учетом гидродинамического воздействия. / Арефьев К.В., Целищев Д.В. // Мавлютовские чтения.: Сб. трудов Российской научно-технической конференции, том 4, УГАТУ, 2006. -С.5-11.

11. Бабе Г.Д. и др. Идентификация моделей гидравлики. / Бабе Г.Д., Бондарев Э.А., Воеводин А.Ф., Каниболотский М.А. Новосибирск, Наука, 1980.-160с.

12. Баженов А.И. и др. Проектирование следящих гидравлических приводов летательных аппаратов / Под ред. Баженова А.И.- М., Машиностроение, 1978.-312с.

13. Боев Б.В. и др. Идентификация и диагностика в информационно-измерительных системах авиакосмической энергетики / Под ред. В.В. Бугровского.- М.: Наука, 1988.- 165с.

14. Борат О., Русак A.M., Целищев В.А. Вопросы развития струйных гидравлических рулевых приводов для систем управления летательными аппаратами./ Борат О., Русак A.M., Целищев В.А. // Интеллектуальные автономные системы. Межд. сб. Уфа, Карлсруэ, 1996.

15. Бочаров В.П. и др. Расчет и проектирование устройств гидравлической струйной техники./ Бочаров В.П. К.: Техника, 1987.- 127с.

16. Гамынин Н.С. Гидравлический привод систем управления./ Гамынин Н.С. -М.: Машиностроение, 1972.-376с.

17. Гамынин Н.С. и др. Гидравлический следящий привод /Под ред. Лещенко В.А. М.: Машиностроение, 1968.- 564с.

18. Гамынин Н.С., Жданов Ю.К., Климашин A.JI. Динамика быстродействующего гидравлического привода. / Гамынин Н.С., Жданов Ю.К., Климашин A.JI. М.: Машиностроение, 1979.- 80с.

19. Гидравлические приводы летательных аппаратов./ Гамынин Н.С., Карев В.И., Потапов A.M., Селиванов A.M. М.: Машиностроение, 1992.-368с.

20. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов / Башта Т.М., Руднев С.С., Некрасов Б.Б.- М.: Машиностроение, 1982.- 423с.

21. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика./ Гмурман В.Е. -М., "Высшая школа", 1977г., 479с.

22. Денисов A.A., Нагорный B.C. Пневматические и гидравлические устройства автоматики./ Денисов A.A., Нагорный B.C. М.: Высшая школа, 1978 - 214с.

23. Домогаров А.Ю. Разработка теории и рекомендаций по проектированию электрогидравлических усилителей со струйным гидрораспределителем для гидроприводов самоходных машин./ Домогаров А.Ю. Дисс. на соискание ученой степени канд. техн. наук.- М., 1982.-206с.

24. Ермаков С.А., и др. Статистический анализ разброса характеристик и параметров состояний типовых электрогидравлических усилителей мощности./ Ермаков С.А., Жукова М.О., Селиванов М.П., Тимофеев А.Б. //Вестник машиностроения, 1974, №5, -С. 10-14.

25. Жданов Ю.К., Климашин A.JI. Динамика быстродействующего гидравлического привода. / Жданов Ю.К., Климашин A.JI. -М.: Машиностроение, 1979- 80с.

26. Залманзон JI.A. Аэрогидродинамические элементы систем питания устройств струйной пневмогидроавтоматики. / Залманзон JI.A. //Пневматика и гидравлика: Приводы и системы.- 1979.- Вып.6.- С.235-243.

27. Залманзон JI.A. Теория аэрогидродинамических систем автоматического управления. / Залманзон JI.A. М.: Наука, 1977.- 416с.

28. Зайцев Г.Ф., Костюк В.И., Чинаев П.И. Основы автоматического управления и регулирования./ Зайцев Г.Ф., Костюк В.И., Чинаев П.И. «Техшка», 1975,496с.

29. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям./ Идельчик И.Е. -М.: Госэнергоиздат, I960.- 559с.

30. Кириллов Ю.К. и др. Повышение эффективности приводов со струйными электрогидроусилителями. / Кириллов Ю.К. Русак A.M. Скорынин Ю.Н., Целищев В.А. // Гидравлика и гидропневмосистемы. Научн. техн. конф. Челябинск. ЮУрГУ, 1998.- С.136-138.

31. Кириллов Ю.К. и др. Струйные гидравлические рулевые машины. Теоретические основы рабочих процессов. / Кириллов Ю.К. Русак A.M.

32. Скорынин Ю.Н., Телицин Ю.С., Феофилактов В.И., Целищев В.А., Шараев В.А. Уфа: УГАТУ, 2002.-284 с.:ил.

33. Киселев О.Н., и др. Идентификация и оптимизация нелинейных стохастических систем./ Киселев О.Н., Петров Н.П., Попков Ю.С., Шмульян Б.А. М.: Энергия, 1976,- 440с.

34. Кондаков JI.A. и др. Машиностроительный гидропривод / Под ред. Прокофьева В.Н.- М.: Машиностроение, 1978.- 495с.

35. Кошарский Б.Д. О повышении давления рабочего агента в струйных усилителях. / Кошарский БД. // Автоматика и телемеханика, 1959, т.XX, № 7, -С.978-982.

36. Крамской Э.И. Гидравлические следящие приводы со струйными усилителями./Крамской Э.И. -JI.: Машиностроение, 1972. 104с.

37. Крассов И.М. Гидравлические элементы в системах управления. / Крассов И.М. -М.: Машиностроение, 1967.- 255с.

38. Крымов Б.Г. Сравнительный анализ динамики различных типов рулевых приводов. /Крымов Б.Г. М.:МАИ, 1983.- 48с.

39. Крымов Б.Г., Рабинович JI.B., Стеблецов В.Г. Исполнительные устройства систем управления летательными аппаратами. / Крымов Б.Г., Рабинович JI.B., Стеблецов В.Г. М.: Машиностроение, 1987.- 264с.

40. Лебедев И.В., Трескунов С.Л., Яковенко B.C. Элементы струйной техники / Под ред. И.В. Лебедева.- М.: Машиностроение, 1973.- 359с.

41. Леднев E.H., Полка А.Л., Ровинский Ф.М. Струйный распределитель. / Леднев E.H., Полка А.Л., Ровинский Ф.М. // A.c. 54048, МПК 42В.

42. Лещенко В.А. Гидравлические следящие приводы станков с программным управлением. / Лещенко В.А. -М.: Машиностроение, 1975.- 288с.

43. Мансуров В.И. Выбор конструктивных параметров струйных элементов. / Мансуров В.И. // Сб. Пневматика и гидравлика. Приводы и системы управления. Вып.З. ~М.: Машиностроение, 1975. С.271-277.

44. Месропян A.B., Русак A.M., Целищев В.А. Выбор параметров струйного элемента автоматики двигателей летательных аппаратов./ Месропян A.B., Русак

45. A.M., Целищев В.А. // Проблемы и перспективы развития двигателестроения в Поволжском регионе.: Тез. докл. Международ, науч. конф. Самара, 1997.- С.132-133.

46. Месропян A.B., Целищев В.А. Электрогидравлический следящий привод. / Месропян A.B., Целищев В.А. // Патент. РФ №2116524, бюл. №21 от 27.07.98г.

47. Месропян A.B., Целищев В.А. Электрогидравлический следящий привод. / Месропян A.B., Целищев В.А. // пат. РФ. №2125667, бюл. №3 от 27.01.99.

48. Месропян A.B., Целищев В.А. Электрогидравлический следящий привод. / Месропян A.B., Целищев В.А. // пат. РФ. №2131064, бюл. №15 от 27.05.99.

49. Месропян А. В., Целищев В. А. Электрогидравлический следящий привод./ Месропян A.B., Целищев В.А. // полож. решение на выдачу пат. РФ по заявке № 98102012 от 04.02.98 г.

50. Мясников П.В. О давлении плоской струи на препятствие. / Мясников П.В. // -Вестник Московского ун-та, сер. физико-мат. и естеств. наук, № 4,1950, т.6, -С.3-20.

51. Нейман В.Г. Гидроприводы авиационных систем управления. / Нейман

52. B.Г. М.: Машиностроение, 1973 г- 200с.

53. Осовец В.И. Исследование гидравлических усилительных устройств типа струйной трубки. / Осовец В.И. Дисс. канд. техн. наук. -Л., 1972,- 182с.

54. Орлов Б.В. и др. Струйная автоматика в системах управления / Под общей редакцией Б.В. Орлова.- М.: Машиностроение, 1975. 368с.

55. Палей Г.Э. Вероятностная оценка статических характеристик гидропривода// Гидропривод и гидропневмоавтоматика. / Палей Г.Э.// Киев: Техника, 1982,- вып. 18. - С.88-94.

56. Попов Д.Н. и др. Инженерные исследования гидроприводов летательных аппаратов / Под ред. Попова Д. Н.- М.: Машиностроение, 1978.- 142с.

57. Прокофьев В.Н., Казмиренко В.Ф. Проектирование и расчет автономных приводов. / Прокофьев В.Н., Казмиренко В.Ф. М.: Машиностроение, 1978.- 232с.

58. Рабинович J1.B. и др. Проектирование следящих систем / Под ред Рабиновича J1.B. М.: Машиностроение, 1969.- 499с.

59. Разинцев В.И. Электрогидравлические усилители мощности. / Разинцев В.И. -М.: Машиностроение, 1980.- 120с.

60. Рехтен A.B. Струйная техника. / Рехтен A.B. -М.: Машиностроение, 1980. -238с.

61. Русак A.M., Целищев В.А. Струйные гидравлические рулевые машины для органов управления летательных аппаратов. / Русак A.M., Целищев В.А. //Интеллектуальные автономные системы. Межд. научн. издание. Уфа: УГАТУ, 1996, -С.111-116.

62. Русак A.M., Целищев В.А. Проектирование электрогидроусилителей. / Русак A.M., Целищев В.А. Учеб. Пособие.- Уфа: УГАТУ, 1996,- 46с.

63. Сборник задач по теории вероятностей, математической статистике и теории случайных функций / Под ред. Свешникова A.A. М.: Наука, 1970.- 656с.

64. Северин Л.П. Осциллографическое исследование динамики незатопленных водяных струй. / Северин Л.П. //Записки Ленинградского горного ин-та, 1969, t.XLI, вып.1, С.62-75.

65. Скорынин Ю.Н., Бахорев Ю.А., Борзов В.О. Энергетическая установка. / Скорынин Ю.Н., Бахорев Ю.А, Борзов В.О. // A.c. 3145'43 кл.Б02К 9/84.

66. Смирнова В.И., Петров Ю.А., Разинцев В.И. Основы проектирования и расчета следящих систем. / Смирнова В.И., Петров Ю.А., Разинцев В.И -М., Машиностроение, 1983.- 295с.

67. Срагович В. Г. Адаптивное управление. / Срагович В. Г. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1981.- 384с.

68. Темный В.П. Основы щдроавтомашки. / Темный В.П. М.: Наука, 1972,- 224с.

69. Тимофеев А. В. Построение адаптивных систем управления программным движением. / Тимофеев А. В. Л.: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1980. - 88 с.

70. Фомичев В.М. и др. Безразмерные гидравлические характеристики цилиндрических насадков, учитывающие кавитацию и число Рейнольдса. / Фомичев В.М. // Вестник машиностроения.- М., 1975, №11.

71. Фомин В. Н., Фрадков А. Л., Якубович В. А Адаптивное управление динамическими объектами. / Фомин В. Н., Фрадков A. JL, Якубович В. А // -М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1981.-448с.

72. Фомичев В.М. Современные электрогидравлические усилители мощности. / Фомичев В.М. // Пневматика и гидравлика. Приводы и системы управления,- Вып. 5,- М.: Машиностроение, 1978.- С.210-223.

73. Целищев В.А. Коррекция гидропривода со струйно-дроссельным регулированием. / Целищев В.А. // Гидравлические машины и средства гидроавтоматики. Пермь. 1988.

74. Целищева А.Р., Целищев В.А. Выбор гидромеханических корректирующих устройств для электрогидравлического следящего привода со струйным гидроусилителем. / Целищева А.Р., Целищев В.А. // Управление в сложных системах. Межв. Научн. Сб. Уфа, 1998.

75. Черноруцкий Г.С., Сибрин А.П., Жабреев B.C. Следящие системы автоматических манипуляторов. / Черноруцкий Г.С., Сибрин А.П., Жабреев B.C.-М.: Наука, 1987,- 272с.

76. Чупраков Ю.М. Гидропривод и средства гидроавтоматики: учебник для вузов по спец. "Гидропривод и гидропневмоавтоматика". / Чупраков Ю.М. М.: Машиностроение, 1979.- 232с.

77. Чемоданов Б.К. Следящие приводы. / Чемоданов Б.К. Книга первая. -М.: Энергия, 1976,-480с.

78. Чемоданов Б.К. Следящие приводы. / Чемоданов Б.К. Книга вторая.-М.: Энергия, 1976.-480с.

79. Шаронов A.B., Лопатин В.И., Васильев В.А. Идентификация параметров летательных аппаратов и автоматизация экспериментальных исследований. / Шаронов A.B., Лопатин В.И., Васильев В.А. Учеб. Пособие. -М.: МАИ, 1982.- 71с.

80. Эйкхофф П. Основы идентификации систем управления: пер. С англ./ Под ред. Н. С. Райбмана.- М.: Мир, 1975,- 684с.

81. Юревич Е.И. Теория автоматического управления. / Юревич Е.И. Учебник для студентов высш. техн. учебн. заведений. Изд. 2-е, перераб. и доп. Л., «Энергия», 1975. -416с. с ил.