Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ УГЛОВЫМ ДВИЖЕНИЕМ РАКЕТЫ КОСМИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2475428

(19)

RU

(11)

2475428

(13)

C1

(51) МПК B64G1/26 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 18.02.2013 - нет данных Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2011131724/11, 29.07.2011

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

29.07.2011

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 29.07.2011

(45) Опубликовано: 20.02.2013

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: РАЗОРЕНОВ Г.Н., БАХРАМОВ Э.А., ТИТОВ Ю.Ф. Системы управления летательными аппаратами (баллистическими ракетами и их головными частями). - М.: Машиностроение, 2003, с.67, 70. RU 2156874 C1, 27.09.2000. RU 2239585 C1, 10.11.2004. JP 09240599 A, 16.09.1997. KR 1020060030944 A, 12.04.2006. US 20100192539 A1, 05.08.2010. US 20090314895 A1, 24.12.2009. US 6948307 B2, 27.09.2005.

Адрес для переписки:

121087, Москва, ул. Новозаводская, 18, ФГУП "ГКНПЦ им. М.В. Хруничева", отдел по работе с интеллектуальной собственностью

(72) Автор(ы):

Альтшулер Александр Шоломович (RU),

Лобанов Владимир Анатольевич (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" (RU)

(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ УГЛОВЫМ ДВИЖЕНИЕМ РАКЕТЫ КОСМИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к управлению движением изделий ракетно-космической техники. Способ осуществляется отклонением установленных по крестообразной схеме камер сгорания, расположенных в плоскостях стабилизации I, II, III и IV. При этом вырабатывают командные сигналы , , по тангажу, рысканию и вращению соответственно, а также - управляющие сигналы 1 , 2 , 3 , 4 отклонения указанных камер сгорания. Для создания момента тангажа поворачивают камеры, расположенные в полуплоскостях II и IV, для создания момента рыскания - камеры в полуплоскостях I и III, для создания момента вращения - камеры, создающие момент в плоскости чертежа на фиг.1. Результирующий угол отклонения каждой камеры сгорания формируется как алгебраическая сумма углов , , . В случае превышения абсолютной величиной одного из управляющих сигналов i (i=1, 2, 3, 4) своего максимально допустимого значения max производят перераспределение сигналов между камерами по закону: ; ; j i, где знак «+» используется, если j-я и i-я камеры являются смежными, а знак «-» - если эти камеры противоположны. Техническим результатом изобретения является улучшение характеристик устойчивости и управляемости ракеты в ее угловом движении за счет более полного использования возможностей двигательной установки по реализации требуемых управляющих моментов в каналах тангажа, рыскания и крена. 3 ил.

Изобретение относится к ракетно-космической технике, а именно к ракетам космического назначения (РКН).

В ракетной технике известны способы управления угловым движением ракет космического назначения, основанные на использовании газодинамических органов управления (поворотных маршевых и рулевых двигателей, газоструйных рулей и др.), а также аэродинамических органов управления и органов управления положением центра масс ([1], стр.65-75).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является выбранный в качестве прототипа способ управления угловым движением ракеты космического назначения с помощью отклонения установленных по крестообразной схеме камер сгорания четырехкамерной двигательной установки, заключающийся в выработке трех командных сигналов , , по тангажу, рысканию и вращению соответственно, в выработке четырех управляющих сигналов 1 , 2 , 3 , 4 на отклонение камер сгорания двигателя, расположенных в полуплоскостях I, II, III и IV соответственно, в повороте камер, расположенных в полуплоскостях II и IV, для создания момента тангажа, в повороте камер, расположенных в полуплоскостях I и III, для создания момента рыскания, в повороте камер сгорания для создания момента вращения, причем результирующий угол отклонения каждой камеры сгорания формируется как алгебраическая сумма углов , , ([1], стр.67, 70).

Недостатком известного способа является то обстоятельство, что при превышении абсолютной величиной управляющего сигнала | i | своего максимально допустимого значения max (т.е. при выходе сигнала i «на упор» max или - max ) командные сигналы , , реализуются с ошибками, что ухудшает характеристики устойчивости и управляемости ракеты в угловом движении. При этом возможности двигательной установки по реализации требуемых управляющих моментов в каналах тангажа, рыскания и вращения используются не полностью.

Задачей предложенного изобретения является разработка способа управления угловым движением РКН, обеспечивающего повышение точности реализации командных сигналов , , при превышении абсолютной величиной одного из управляющих сигналов | i | своего максимально допустимого значения max (т.е. при выходе сигнала i «на упор» max или - max ).

Техническим результатом предлагаемого изобретения является улучшение характеристик устойчивости и управляемости ракеты в угловом движении за счет полного использования возможностей двигательной установки по реализации требуемых управляющих моментов в каналах тангажа, рыскания и вращения.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе управления угловым движением ракеты космического назначения с помощью отклонения установленных по крестообразной схеме камер сгорания четырехкамерной двигательной установки, заключающемся в выработке трех командных сигналов , , по тангажу, рысканию и вращению соответственно, в выработке четырех управляющих сигналов 1 , 2 , 3 , 4 на отклонение камер сгорания двигателя, расположенных в полуплоскостях I, II, III и IV соответственно, в повороте камер, расположенных в полуплоскостях II и IV, для создания момента тангажа, в повороте камер, расположенных в полуплоскостях I и III, для создания момента рыскания, в повороте камер сгорания для создания момента вращения, причем результирующий угол отклонения каждой камеры сгорания формируют как алгебраическую сумму углов , , , в соответствии с изобретением в случае превышения абсолютной величиной одного из управляющих сигналов i своего максимально допустимого значения max производят перераспределение управляющих сигналов между камерами по следующему закону:

; ; j i,

где знак «+» используют, если j-я и i-я камеры являются смежными, а знак «-» - если j-я и i-я камеры противоположны.

Сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется чертежами.

Фиг.1 - Схема расположения камер двигателя.

Фиг.2 - Области реализуемых углов отклонения обобщенных органов управления с ошибкой =0° и * =0°.

Фиг.3 - Области реализуемых углов отклонения обобщенных органов управления с ошибкой <0,5° и * <0,5°.

На фиг.1 показано расположение по крестообразной схеме камер сгорания четырехкамерного двигателя. Предполагается, что камеры могут отклоняться от нейтрального положения в обе стороны в тангенциальном направлении, причем абсолютная величина отклонения каждой камеры не может превосходить максимального значения max . На фиг.1 указаны также принятые в данном изобретении положительные направления отклонения камер.

Для создания момента тангажа (момента относительно связанной оси OZ) необходимо отклонять камеры, установленные в полуплоскостях II и IV. При отклонении этих камер на углы 2 и 4 соответственно на РКН подействует момент тангажа относительно центра масс (ЦМ) РКН M Z =Pl(sin 2 -sin 4 ), где Р - сила тяги, создаваемая одной камерой, l - расстояние от ЦМ РКН до плоскости, проходящей через центры качания камер. Углы отклонения камер обычно малы, поэтому M Z Pl( 2 - 4 ). Для создания этого же момента потребуется отклонение двух камер на одинаковый угол : M Z =2Pl . Следовательно, выражение для угла отклонения обобщенного органа управления в канале тангажа имеет вид

.

Аналогично можно получить формулы для углов отклонения обобщенных органов управления в каналах рыскания и вращения:

В способе-прототипе система управления вырабатывает командные сигналы на отклонение обобщенных органов управления , , . В идеале фактические углы отклонения обобщенных органов должны совпасть с командными:

Для этого в способе-прототипе управляющие сигналы на отклонение камер сгорания формируются как алгебраические суммы углов , , , т.е. суммы, в которые слагаемые могут входить со знаками «+» или «-». Учитывая, что камеры расположены симметрично относительно плоскостей симметрии и продольной оси РКН и, кроме того, что камеры, расположенные в плоскости I-III, не создают при своем отклонении момента тангажа, а камеры, расположенные в плоскости II-IV, не создают при своем отклонении момента рыскания, получим, что указанные алгебраические суммы имеют вид

Если абсолютная величина отклонения ни одной из камер не превосходит максимального значения max , то при использовании алгебраических сумм (5) условия (4) точно выполняются, т.е. способ-прототип обеспечивает точную реализацию командных сигналов , , . Однако, если хотя бы один из управляющих сигналов i выходит «на упор» max или - max , точность реализации командных сигналов нарушается. Приведем численный пример. Предположим, что командные сигналы на отклонение обобщенных органов управления равны ; , а максимальное значение абсолютной величины угла отклонения камеры составляет max =4°. По формулам (5) определим необходимые углы отклонения камер: 1 =1°; 2 =-0,9°; 3 =3°; 4 =4,9°. Однако из-за наличия ограничения на максимальный угол отклонения камеры фактический угол отклонения камеры, расположенной в IV полуплоскости, составит не 4,9°, а 4°. При этом, как это следует из формул (1)-(3), реализованные углы обобщенных органов управления составят: =2,45°; =1°; =1,775°. Ошибка в реализации командного сигнала тангажа составляет 0,45°, ошибка реализации командного сигнала вращения 0,225°.

В соответствии с данным изобретением в случае в случае превышения абсолютной величиной одного из управляющих сигналов i своего максимально допустимого значения max производят перераспределение управляющих сигналов между камерами по следующему закону

где знак «+» используется, если j-я и i-я камеры являются смежными, а знак «-» - если j-я и i-я камеры противоположны. Например, если | 4 |> max , т.е. i=4, то управляющие сигналы перераспределяются следующим образом:

;

;

;

.

При этом если , i=1, 2, 3, то точно реализуются все 3 командных угла на отклонение обобщенных органов управления в каналах тангажа, рыскания и вращения:

.

В частности, в рассмотренном выше примере ; , 1 =1°; 2 =-0,9°; 3 =3°; 4 =4,9°. Угол 4 превысил максимально допустимое значение max =4°. После перераспределения управляющих сигналов получим ; ; ; . При этом ; ; , т.е. командные сигналы на обобщенные органы управления реализовались точно.

Если после перераспределения управляющих сигналов ( i в ) условия выполняются не всех значении i, то командные сигналы , , реализуются с ошибками, суммарную величину которых можно оценить выражением . В идеале при точной реализации * =0. Расчеты показали, что при использовании предлагаемого в изобретении способа управления ошибка реализации меньше или равна, чем соответствующая ошибка , реализуемая способом-прототипом. Это утверждение иллюстрируется фиг.2 и фиг.3, на которых в плоскости командных сигналов , (командный сигнал фиксирован и для примера равен 2°) показаны области командных сигналов, которые реализуются с ошибкой 0 (фиг.2) и с ошибкой не более 0,5°, как при использовании способа-прототипа (область обозначена точками), так и при использовании предлагаемого способа (дополнительная к возможностям прототипа область обозначена штриховкой). Из сравнения этих областей видно, что предлагаемый способ позволяет повысить точность отработки командных сигналов и тем самым улучшает характеристики устойчивости и управляемости движения РКН за счет полного использования возможностей двигательной установки по реализации требуемых управляющих моментов.

Источники информации

1. Г.Н.Разоренов, Э.А.Бахрамов, Ю.Ф. Титов. Системы управления летательными аппаратами (баллистическими ракетами и их головными частями). М.: Машиностроение, 2003 г.

Формула изобретения

Способ управления угловым движением ракеты космического назначения с помощью отклонения установленных по крестообразной схеме камер сгорания четырехкамерной двигательной установки, заключающийся в выработке трех командных сигналов , , - по тангажу, рысканию и вращению соответственно, в выработке четырех управляющих сигналов 1 , 2 , 3 , 4 на отклонение камер сгорания двигательной установки, расположенных в полуплоскостях I, II, III и IV соответственно, в повороте камер, расположенных в полуплоскостях II и IV, для создания момента тангажа, в повороте камер, расположенных в полуплоскостях I и III, для создания момента рыскания и в повороте камер сгорания для создания момента вращения, причем результирующий угол отклонения каждой камеры сгорания формируют как алгебраическую сумму углов , , , отличающийся тем, что в случае превышения абсолютной величиной одного из управляющих сигналов i своего максимально-допустимого значения max производят перераспределение управляющих сигналов между камерами по следующему закону

; ; j i,

где знак «+» используют, если j-я и i-я камеры являются смежными, а знак «-» - если j-я и i-я камеры противоположны.

РИСУНКИ