ВОЗДУШНО-ДИНАМИЧЕСКИЙ БЛОК РУЛЕВОГО ПРИВОДА УПРАВЛЯЕМОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Изобретение относится к области автоматики, в частности, к силовым системам управления, работающим на газообразном рабочем теле, и может быть использовано при разработке пневмоприводов различного назначения, например, в качестве рулевого привода летательных аппаратов.

В указанных аппаратах широко используются пневматические рулевые приводы, работающие на горячем газе от порохового аккумулятора давления, на холодном воздухе от воздушного аккумулятора давления, а так же от набегающего на летательный аппарат воздуха при его полете (воздушно-динамические рулевые приводы). Так, известен пневмопривод (аналог) [С.В.Костин, Б.И.Петров, Н.С.Гамынин Рулевые приводы, М., Машиностроение, 1973 г., стр.103, рис.2.6], который работает на горячем газе от газового генератора. В рулевых машинах привода, собранных по коромысловой схеме, применены распределительные устройства, в которых исполнительный элемент выполнен в виде стального шарика. В соответствии с командой управления шарик перекрывает каналы, связывающие распределительное устройство газовыми магистралями с рабочей полостью своей рулевой машины, с источником пневмопитания и с атмосферой. Перемещение шарика в одну сторону осуществляется при срабатывании втяжного электромагнита под действием давления распределяемого газа, а в другую сторону - при отпускании электромагнита под действием механической пружины, отбрасывающей якорь с шариком после снятия сигнала, с обмотки электромагнита. При этом разбросы по напряжению питания и по давлению газа приводят к несимметрии времени переключения распределительного устройства в одну и в другую сторону, несинхронной работе рулевых машин, и как следствие - к ухудшению динамики привода. Кроме того, приводы, работающие на горячем газе, сложны в технологическом плане, требуют изготовления ряда деталей из жаропрочных дорогостоящих материалов, механическая отработка которых затруднена, а также применения защиты узлов приводов от воздействия горячего газа.

В последнее время в рулевых приводах малогабаритных летательных аппаратов наибольшее распространение находит не имеющий ранее аналогов в мировой практике тип воздушно-динамического рулевого привода, который не требует источника рабочего тепла на борту летательного аппарата и в котором применяются не дорогие, легко обрабатываемые материалы [1. А.Шипунов, В.Дудка, В.Фимушкин, Б.Никаноров Рулевой привод для ракет комплексов высокоточного оружия «Военный парад», 1 (37), 2000; 2. Патент RU 2172927].

Известен воздушно-динамический блок рулевого привода управляемого снаряда [патент RU 2237857], принятый авторами за прототип, содержащий рулевые машины, собранные по коромысловой схеме и кинематически связанные с рулями, в которых установлены электромагнитные клапанные пневмораспределители, каждый из которых включает в себя электромагнит с подпружиненным якорем, который одновременно служит в качестве исполнительного элемента распределительного устройства - клапана. Функционирование привода происходит за счет разницы давления воздуха в полостях цилиндров, поступающего при полете снаряда из полости высокого давления и истекающего в область низкого давления.

Разность давления создается в соответствии с командой управления, при которой подается напряжение на один из электромагнитов (например, нижний) и его якорь-клапан притягивается к полюсам электромагнита и закрывает выходной зазор, создавая давление в рабочей полости его рулевой машины. При этом указанный зазор у верхнего электромагнита открыт и его рабочая полость сообщается с полостью низкого давления.

Под действием разности давлений в нижнем и верхнем цилиндрах поршни перемещаются, поворачивая кинематически связанные с ними рули против часовой стрелки. При смене полярности управляющей команды якорь нижнего электромагнита под действием пружины отходит от его полюса и открывает зазор, а верхнего - притягивается к своему полюсу и закрывает свой зазор. Давление воздуха в верхнем цилиндре растет, а в нижнем - падает, и поршни начинают перемещаться в противоположную сторону, поворачивая рули по часовой стрелке. Рассмотренный привод существенно проще аналога, но тоже имеет несимметричные времена переключения клапана в одну и в другую сторону. При этом т.к. воздушно-динамические приводы работают от давления торможения набегающего на летательный аппарат воздуха, которое пропорционально квадрату скорости его полета, изменение указанной скорости приводит к существенному изменению давления на входе привода. Воздействуя на клапан, давление распределяемого воздуха препятствует перемещению якоря при включении обмотки электромагнита и помогает при движении якоря под действием пружины, что приводит к несимметрии переключения клапана в одну и другую сторону, и аналогично аналогу ухудшает динамику привода за счет несинхронной работы рулевых машин.

Разброс по напряжению питания приводит к разбросу величины электромагнитной силы, действующей на якорь, и при стабильном усилии со стороны пружины также способствует несимметрии переключения клапана распределительного устройства в одну и другую сторону.

Задачей предлагаемого изобретения является создание воздушно-динамического рулевого привода, который значительно повысит эффективность управляемого летательного аппарата за счет улучшения его динамики путем исключения влияния на работу исполнительного элемента распределительного устройства разбросов по давлению воздуха и за счет снижения влияния на его работу разбросов по напряжению питания на борту летательного аппарата.

Для решения поставленной задачи авторами предложен воздушно-динамический блок рулевого привода управляемого летательного аппарата, который имеет две рулевые машины, собранные по коромысловой схеме и кинематически связанные с рулями. Рулевые машины имеют электромагнитные пневмораспределители, каждый из которых включает в себя электромагнит с якорем, который одновременно служит исполнительным элементом распределительных устройств.

Новым по сравнению с прототипом является то, что пневмораспределители каждой рулевой машины дополнительно содержат второй втяжной электромагнит, а их магнитопроводы соединены общим фланцем, в котором установлен общий для электромагнитов якорь. При этом якорь совместно с фланцем образуют воздушный трехходовой двухпозиционный распределитель плунжерного типа, для чего на боковой поверхности якоря выполнены две кольцевые канавки, имеющие возможность при функционировании привода взаимодействовать с отверстиями, выполненными в фланце, и соединять при помощи этих отверстий рабочую полость рулевой машины с полостью высокого давления или с полостью низкого давления.

Изобретение поясняется графическим материалом, где на чертеже представлена конструктивная схема предлагаемого воздушно-динамического блока рулевого привода. Привод состоит из корпуса 1, в котором на подшипниках установлена ось рулей 2. На корпусе жестко закреплено основание 3, на котором установлены рулевые машины 4 и 5, поршни которых 6 и 7 кинематически связаны с осью рулей 2. В основании также размещены управляющие электромагниты. При этом каждая рулевая машина управляется при помощи двух втяжных электромагнитов, магнитопроводы которых 8 и 9 соединены общим фланцем 10. В фланце выполнены отверстия 11 - для соединения с рабочей полостью своей рулевой машины, 12 - для соединения с полостью высокого давления 14, 13 - для соединения с полостью низкого давления 20. Для перекрытия в соответствии с командой управления отверстий 11, 12, 13 используется якорь 15, в котором выполнены две проточки. Указанная конструкция якоря и фланца обеспечивает распределение воздуха в соответствии с командой управления и при этом не создает на якорь нагрузки от давления распределяемого воздуха.

Электромагниты имеют обмотки управления. Обмотки 16 и 17 создают электромагнитные силы для перемещения якорей в левую сторону, а обмотки 18 и 19 - в правую.

Воздушно-динамический рулевой привод функционирует следующим образом. В процессе полета летательного аппарата на входе воздухозаборников создается давление торможения Р_т. Воздух с указанным давлением поступает в полость высокого давления 14. При команде управления, соответствующей включению обмоток 18 и 19, якоря устанавливаются в крайнем правом положении, изображенном на чертеже. При этом проточка на якоре электромагнитов рулевой машины 5 открывает доступ воздуху высокого давления из отверстия 12 через отверстие 11 в рабочую полость рулевой машины 5.

В то же время перемычки между проточками якоря перекрывают сообщение отверстия 11 с проточкой 13, сообщающейся с полостью низкого давления.

Одновременно якорь электромагнитов рулевой машины 4 своими проточками и перемычкой между ними открывает сообщение рабочей полости рулевой машины с полостью низкого давления при перекрытии полости высокого давления.

Под действием создавшейся разницы давлений в рулевых машинах 5 и 4 поршень 7 выдвигается, а поршень 6 задвигается в корпус рулевой машины, поворачивая кинематически связанный с ними руль против часовой стрелки. При смене полярности сигнала управления обмотки 18 и 19 выключаются, а 16 и 17 - включаются, и якоря электромагнитов перемещаются влево до упора. Процессы наполнения и опорожнения в рулевых машинах меняются местами и их поршни, перемещаясь в противоположную сторону, поворачивают руль по часовой стрелке.

Времена срабатывания электромагнитов зависят от напряжения питания, и разброс последнего приводит к разбросу времен срабатывания. Но благодаря наличию общего якоря в каждой паре электромагнитов рулевых машин при каждой величине напряжения времена срабатывания электромагнитов в одну и другую сторону будут практически одинаковым, отличаясь только в силу технологических разбросов. При этом отсутствие влияния на работу электромагнитов распределяемого воздуха при распределителе плунжерного типа, в котором якорь одновременно является и плунжером, обеспечивается синхронная работа рулевых машин и улучшается динамика рулевого привода.