Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Исполнительные органы систем управления движением космических летательных аппаратов и ракет

Покупка
Новинка
Артикул: 836998.01.99
Доступ онлайн
600 ₽
В корзину
Рассмотрены основные системы исполнительных органов системы управления движением ракет и космических летательных аппаратов. Изложены основные способы управления. Для студентов 3-6-го курсов МГТУ им. Н.Э. Баумана, изучающих курсы «Двигательные установки летательных аппаратов», «Двигательные установки космических аппаратов», «Основы устройства летательных аппаратов», «Проектирование летательных аппаратов», «Проектирование космических аппаратов», обучающихся по направлению подготовки «Проектирование, производство и эксплуатация ракет и ракетно-космических комплексов».
Зеленцов, В. В. Исполнительные органы систем управления движением космических летательных аппаратов и ракет : учебное пособие / В. В. Зеленцов, В. И. Никитенко ; под. ред. Б. Б. Петрикевича. - Москва : Издательство МГТУ им. Баумана, 2014. - 32 с. - ISBN 978-5-7038-3970-6. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.ru/catalog/product/2160485 (дата обращения: 21.07.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
Московский государственный технический университет 
имени Н.Э. Баумана 

В. В. Зеленцов, В. И. Никитенко 

Исполнительные органы систем 
управления движением космических 
летательных аппаратов и ракет 

Под редакцией Б.Б. Петрикевича 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 

УДК 629.782 (075.8) 
ББК 39.66 
         З-48 

Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru 
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/74/book641.html 

Факультет «Специальное машиностроение» 
Кафедра «Аэрокосмические системы» 

Рекомендовано Научно-методическим советом МГТУ им. Н.Э. Баумана 
в качестве учебного пособия по направлению подготовки 
«Проектирование, производство и эксплуатация 
ракет и ракетно-космических комплексов» 

Рецензенты: 
канд. техн. наук С.М. Асатуров, 
канд. техн. наук М.А. Голованов 

Зеленцов, В. В. 
Исполнительные органы систем управления движением 
космических летательных аппаратов и ракет: учебное пособие /  
В. В. Зеленцов, В. И. Никитенко; под ред. Б. Б. Петрикевича. — 
Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2014. — 27,  
[5] с. : ил. 

ISBN 978-5-7038-3970-6 

Рассмотрены основные системы исполнительных органов системы 
управления движением ракет и космических летательных аппаратов. Изложены основные способы управления. 
Для студентов 3–6-го курсов МГТУ им. Н.Э. Баумана, изучающих 
курсы «Двигательные установки летательных аппаратов», «Двигательные 
установки космических аппаратов», «Основы устройства летательных 
аппаратов», «Проектирование летательных аппаратов», «Проектирование 
космических аппаратов», обучающихся по направлению подготовки 
«Проектирование, производство и эксплуатация ракет и ракетнокосмических комплексов». 

УДК 629.782 (075.8) 
ББК 39.66 
 
© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014 
© Оформление. Издательство 
ISBN 978-5-7038-3970-6                                   МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014 

З-48 

ВВЕДЕНИЕ 

Система управления движением (СУД) космических летательных аппаратов (КЛА) и ракет является одной из основных бортовых систем. От работы СУД зависит реализация целевой функции 
КЛА. Система управления движением представляет собой сложный конгломерат электронных, электромеханических и чисто  
механических систем. Входящая в СУД система исполнительных 
органов (СИО) является выходным звеном сложной цепочки, состоящей из датчиков, усилительных устройств и бортовых вычислительных комплексов. От качества проектирования и изготовления блоков СИО зависит выполнение команд, выработанных  
в СУД. 
С помощью СУД решают следующие задачи: 
  навигация – управление движением центра масс аппарата 
(изменение высоты полета, сход с орбиты и т. п.); 
  ориентация – разворот аппарата на заданные углы для выполнения целевых задач, стоящих перед КЛА; 
  стабилизация – парирование возможных разворотов корпуса 
ракеты или КЛА относительно центра масс, удержание корпуса 
КЛА в положении, заданном системой ориентации. 
Бортовые системы СУД можно подразделить на две группы:  
1) чувствительные элементы, измеряющие параметры орбиты 
(скорость полета, высота полета), угловые отклонения КЛА относительно горизонта, звезд и Солнца, а также углы разворота и угловые скорости корпуса КЛА относительно центра масс аппарата 
(углы и угловые скорости тангажа, крена и курса); 
2) исполнительные органы, обеспечивающие выполнение команд, выработанных бортовым вычислительным комплексом по результатам измерений отклонений от заданных параметров. 
Исполнительные органы ракет и КЛА существенно различаются, что объясняется разными средами, в которых происходит полет.  

1. ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ОРГАНЫ КОСМИЧЕСКИХ  
ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ 

Система управления движением КЛА представляет собой две 
функционально законченные системы: управление движением центра масс и управление движением относительно центра масс.  
Управление движением центра масс можно подразделить на 
навигацию и наведение. 
Навигация включает в себя: определение положения и скорости 
КЛА в пространстве; определение фактических параметров орбиты; расчет отклонений параметров от заданных параметров; определение текущих координат проекции траектории движения КЛА 
на поверхность Земли; прогноз параметров движения. 
К наведению относят выработку управляющих воздействий, 
которые обеспечат приведение КЛА в заданную точку пространства с заданной скоростью и в заданный момент времени и формирование требуемого алгоритма управления; определение требуемой 
траектории. 
Управление движением относительно центра масс КЛА подразделяют на ориентацию и стабилизацию. 
Ориентация заключается в построении заданной системы координат, обеспечивающих выполнение целевой функции, и в выдаче 
команд, с помощью которых реализуется последовательность разворотов КЛА, необходимых для выполнения программы полета. 
Стабилизация означает парирование возмущающих моментов, 
приводящих к изменению положения КЛА относительно заданной 
системы координат. 
Конструктивно СУД реализуется: 
  приборами измерительной системы (гироскопические приборы, инфракрасные приборы, датчики Солнца и звезд и аксельрометры), измеряющими углы, угловые скорости и ускорения; 

  приборами СИО, состоящими из электромеханических устройств 
и различного рода двигателей малой тяги. В задачу СИО входит создание моментов относительно центра масс, позволяющих разворачивать 
корпус КЛА на заданные углы (задача ориентации) и парирование возмущающих моментов (задача стабилизации). 
В зависимости от типа КЛА применяют соответствующие типы 
исполнительных органов СУД (табл. 1.1). 

Таблица 1.1 

Тип КЛА 

Тип исполнительного органа 

ЖРД ГРД
ЭРД
Маховик 
Силовой 
гироскоп 
Магнитопровод 

Пилотируемый 
+ 
– 
– 
– 
– 
– 

Метеоспутник 
+ 
+ 
– 
+ 
– 
– 

Навигационные 
+ 
+ 
+ 
– 
– 
+ 

Связи 
+ 
+ 
+ 
+ 
– 
– 

Специальные 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 

Примечание. ЖРД – жидкостный реактивный двигатель; ГРД – газоструйный реактивный двигатель; ЭРД – электрореактивный двигатель; знак «+» означает, что рекомендуется применение для этого типа КЛА. 

1.1. Электромеханические исполнительные органы 

К электромеханическим исполнительным органам относят 
плоские двигатели-маховики, кольцевые маховики, шаровые маховики и силовые гироскопы. Управление угловым положением КЛА 
осуществляется за счет перераспределения кинетического момента 
между корпусом и вращающимися элементами электромеханических исполнительных органов. Двигатели-маховики изменяют свой 
кинетический момент в результате изменения скорости вращения 
маховика, а силовые гироскопы – изменения взаимного положения 
роторов, вращающихся с постоянной скоростью. 

1.1.1. Плоские двигатели-маховики 

В качестве электромеханических исполнительных органов используют плоские двигатели-маховики, обеспечивающие достаточное быстродействие и точность стабилизации и ориентации КЛА. 
Принцип работы плоских двигателей-маховиков основан на перераспределении суммарного кинетического момента системы 
КЛА – двигатель-маховик в целях изменения угловой скорости 
КЛА для выполнения требуемого углового управления.  
Уравнение плоского движения системы КЛА – двигательмаховик имеет вид 

м
м
КЛА
КЛА
,
 


J
J
H  

где 
м
м
м
 
J
M ; 
м
тр
м.с
д.я.м
–
 

M
M
M
M
;
д.я.м
я

M
ki ; 
м
J  – осевой 

момент инерции двигателя-маховика; 
м
  – угловая скорость вращения двигателя-маховика относительно КЛА; Н – суммарный кинетический момент системы КЛА – двигатель-маховик; 
тр
M
– мо
мент трения в опорах двигателя-маховика, 
м.с
M
 – момент сопротивления вращению двигателя-маховика (аэродинамический, вязкого трения, в опорах); 
м
M  – момент, действующий на КЛА со 
стороны двигателя-маховика; 
д.я.м
M
 – момент, создаваемый двига
телем; яi – управляющий ток, поступающий в якорь двигателя; k  – 
крутизна характеристики двигателя. 
Для вращения двигателя-маховика необходимо выполнение условия 

д.я.м
тр

M
M
. 

Для угловой стабилизации КЛА устанавливают три двигателямаховика по каждой из осей связанной системы координат. Желательно устанавливать двигатель-маховик как можно ближе к центру масс КЛА (рис. 1.1). Комплект блоков двигателей-маховиков 
состоит из собственно двигателя-маховика и электронного блока 
управления (рис. 1.2). 

Рис. 1.1. Стабилизация с помощью вращающихся двигателей-маховиков: 
1 – электродвигатель; 2 – двигатель-маховик; 3 – подшипник 
 

 

Рис. 1.2. Комплект блоков двигателей-маховиков: 
1 – защитный кожух; 2 – монтажная ось; 3 – электрический разъем 
 
В табл. 1.2 приведены основные характеристики двигателеймаховиков, разработанных в НПП ВНИИЭМ им. А.Г. Иосифьяна.  

Таблица 1.2 

Модель 

Потребляемая 
мощность при 
управляющем 
моменте 
у,
М
 Вт, 

не более 

Управляющий момент Mу, Н·м,  
не более 

Диапазон изменения  
кинетического момента,  
Н·м·с, не более 

Диапазон изменения частоты 
 вращения, об/мин 

Число импульсов на оборот датчика  
частоты вращения ротора маховика N 

Масса, кг 
Габаритные размеры, мм 

у
max

М
М
 
у
0

М
 

Блок электромеханики 

Электронный блок 

D×L 
A 
B 
C 

ДМ 
70 
6 
0,26 
±19,6 
1100 
960 
10,5 
2,7 
390×160 
267 
168 
84 

ДМ-1 
100 
7 
0,35 
±29,4 
1200 
960 
14,0 
3,5 
390×170 
271 
181 
86 

ДМ-2* 
75 
7 
0,1 
±14,0 
3500 
36 
5,0 
2,0 
260×150 
267 
168 
84 

ДМ-3* 
7 
1 
0,007 
±0,3 
6000 
36 
0,8 
130×70 
– 
– 
– 

ДМ-4* 
29 
5 
0,02 
±8,0 
6000 
36 
3,0 
1,0 
190×90 
200 
120 
70 

ДМ-5* 
27 
3 
0,02 
±1,0 
6000 
36 
1,5 
150×100 
– 
– 
– 

ДМ-6* 
30 
4 
0,05 
±5,0 
2500 
36 
3,8 
225×100 
– 
– 
– 

ДМ-7* 
14 
3 
0,02 
±0,1 
3000 
36 
1,5 
140×110 
– 
– 
– 

ДМ-8* 
14 
3 
0,02 
±0,3 
3000 
36 
1,7 
170×100 
– 
– 
– 

ДМ-9* 
18 
3 
0,012 
±4,0 
6000 
36 
2,6 
200×100 
– 
– 
– 

*Проектные данные.

1.1.2. Кольцевой маховик 

Для стабилизации по крену целесообразно применять кольцевой маховик (рис. 1.3), который представляет собой кольцо с ободом прямоугольного сечения. Диаметр кольца равен диаметру корпуса КЛА (от 1,0 м и более), что позволяет устанавливать его вне 
корпуса аппарата, экономя место для внутренней компоновки. 
Кольцевой маховик имеет фрикционный привод, состоящий из 
двух приводных станций, момент на кольцо передается с помощью 
прижимных роликов. Сигналы с тахометрического датчика поступают в контур управления, где по ним формируется управляющий 
сигнал. 

 

Рис. 1.3. Блок-схема канала стабилизации с использованием кольцевого 
маховика: 
Wо.с – передаточная функция обратной связи; СП – система привода; 1 – электродвигатели управления кольцом 
 
Технические характеристики кольцевого маховика 
Диаметр маховика, м ..................................................................  
2,7 
Кинетический момент, Н·м ........................................................  
1000 
Управляющий момент, Н·м .......................................................  
200 
Максимальная скорость вращения, об/мин ..............................  
80 
Максимально потребляемый ток, А ..........................................  
70 
Ток при отсутствии управляющего сигнала, А ........................  
1,5 

Коэффициент трения ..................................................................  0,00208 
Ресурс службы, ч.........................................................................  
350 
Масса, кг ......................................................................................  
65 
Масса с электронной аппаратурой, кг ......................................  
140 
Момент трения качения, Н·м .....................................................  
25 
Время разворота КА по углу крена, с: 
на 30° .......................................................................................  
52 
на 2° .........................................................................................  
17 
на 90° .......................................................................................  
300 
Пусковой момент, Мпmin, Н·м .....................................................  
0,5 

1.1.3. Шаровой маховик 

Для усовершенствования системы стабилизации можно взять не 
три отдельных маховика, каждый из которых создает восстанавливающий момент только вокруг одной оси, а один сферический маховик с асинхронным электродвигателем, имеющим три взаимноортогональные обмотки. 

 

Рис. 1.4. Блок-схема шарового маховика: 
ЭМСС – электромагнитная система стабилизации; Wо.с – передаточная функция 
обратной связи; СП – система приводов; 1 – статорные обмотки; 2 – электромагнит и датчик системы подвеса 

Доступ онлайн
600 ₽
В корзину