Содержание к диссертации
Введение
1. Схема рулевого гидропривода объемного регулирования (АРПОР) 8
2. Требования к частотным характеристикам рулевых приводов современных маневренных самолетов и проблемы применения АРПОР в качестве исполнительной части системы дистанционного управления, связанные с обеспечением этих требований 12
3. Прототип АРПОР 18
4. Математическая модель АРПОР с насосом изменяемой производительности 30
5. Результаты исследования частотных характеристик прототипа АРПОР в области малых управляющих входных сигналов методом математического моделирования 49
5.1. Расчетные характеристики одноканального привода 55
5.1.1. Результаты исследования частотных характеристик одноканального прототипа АРПОР в области малых управляющих входных сигналов методом математического моделирования рабочих процессов привода ...56
5.1.2. Теоретическое исследование процесса формирования нелинейности типа «зоны нечувствительности» в регулировочной характеристике одноканального прототипа АРПОР при различных условиях работы привода 66
5.2.0. Расчетные характеристики двухканального привода 88
5.2.1. Взаимное нагружение каналов в резервированном приводе и выбор параметров межканального корректирующего устройства прототипа АРПОР 88
5.2.2. Результаты исследования частотных характеристик двухканального прототипа АРПОР в области малых управляющих входных сигналов методом математического моделирования рабочих процессов привода 92
6. Стендовый комплекс для экспериментальных исследований прототипа ЛРПОР 102
7. Экспериментальные исследования прототипа АРПОР 107
7.1. Экспериментальные характеристики прототипа АРПОР при отсутствии нагрузки на выходном звене (Ron = 0) 108
7.1.1. Симметричная подпитка рабочих полостей из бака-компенсатора 108
7.1.2. Симметричная подпитка рабочих полостей от вспомогательного гидронасоса 115
7.1.3. Дифференциальная подпитка рабочих полостей 117
7.2. Экспериментальные характеристики прототипа АРПОР при действии нагрузки на выходное звено (ROHS 0) 119
7.2.1. Симметричная подпитка рабочих полостей из бака-компенсатора 120
7.2.2. Дифференциальная подпитка рабочих полостей 120
8. Комплексный анализ результатов исследований частотных характеристик прототипа АРПОР в области малых управляющих сигналов, полученных по итогам математического моделирования привода и экспериментальных работ с приводом 124
8.1. Анализ экспериментальных частотных характеристик пенагруженного одноканального прототипа АРПОР в области малых управляющих сигналов в условиях симметричной подпитки рабочих полостей привода от вспомогательного насоса 125
8.2. Анализ экспериментальных частотных характеристик пенагруженного одноканального прототипа АРПОР в области малых управляющих сигналов в условиях симметричной подпитки рабочих полостей привода из бака-компенсатора 131
8.3. Оценка адекватности математической модели прототипа АРПОР после ее коррекции 151
Анализ экспериментальных частотных характеристик ненагруженного двухкапального прототипа АРПОР с системой межканальной коррекции каналов в условиях подпитки рабочих полостей каналов привода от вспомогательного насоса 154
8.5 Основные итоги комплексного анализа результатов теоретических и экспериментальных исследований частотных характеристик прототипа АРПОР в области малых управляющих сигналов. Практические рекомендации по проектированию АРПОР с целью обеспечения
требуемого качества частотных характеристик в области малых управляющих сигналов 164
Заключение 171
Список использованных источников
- Математическая модель АРПОР с насосом изменяемой производительности
- Результаты исследования частотных характеристик одноканального прототипа АРПОР в области малых управляющих входных сигналов методом математического моделирования рабочих процессов привода
- Симметричная подпитка рабочих полостей из бака-компенсатора
- Анализ экспериментальных частотных характеристик пенагруженного одноканального прототипа АРПОР в области малых управляющих сигналов в условиях симметричной подпитки рабочих полостей привода из бака-компенсатора
Введение к работе
Система управления современного летательного аппарата (далее в тексте — ЛА) представляет собой сложный комплекс электрических, гидравлических, механических и других устройств, которые в совокупности обеспечивают необходимые характеристики устойчивости и управляемости ЛА, стабилизацию установленных летчиком режимов полета, программное автоматическое управление ЛА от его взлета до посадки.
Исполнительной частью системы управления ЛА является привод рулевых поверхностей, который непосредственно осуществляет отклонение рулевой поверхности по командам пилота и командным сигналам автоматических систем и устройств управления ЛА. Таким образом, привод рулевых поверхностей (далее в тексте - рулевой привод) является одним из основных элементов системы управления ЛА, определяющим во многом динамические характеристики ЛА с системой дистанционного управления (СДУ).
На борту современного самолета насчитывается до нескольких десятков рулевых приводов различной мощности. Величина мощности рулевых приводов колеблется от долей киловатта до нескольких десятков киловатт в зависимости от назначения рулевой поверхности, которой они управляют. Это приводит к тому, что система управления современного самолета, укомплектованная рулевыми гидроприводами дроссельного регулирования, становится чрезмерно большим потребителем располагаемой на борту энергии, а наличие на борту самолета разветвленной централизованной гидросистемы снижает эксплуатационную надежность системы управления ЛА.
Таким образом, на современном этапе развития авиационной техники возникла потребность в создании рулевых приводов, сочетающих в себе энергетическую эффективность и повышенную степень эксплуатационной надежности при применении на борту ЛА. Одним из путей реализации этой задачи является применение в качестве исполнительной части системы управления автономного электрогидравлического рулевого привода с объемным регулированием скорости выходного звена (АРПОР). Этот тип приводов имеет
только электрические входы и, таким образом, легко может быть подключен к единой электросистеме самолета. Как следствие из этого, при применении такого типа рулевых приводов появляется возможность устранить из состава бортовой энергосистемы самолета централизованную гидросистему и тем самым существенно повысить эксплуатационную надежность системы управления ЛА.
Среди различных проблем, связанных с применением АРПОР в качестве исполнительной части СДУ самолета, выделим следующие:
1. Энергетика.
Под энергетикой АРПОР, как и всякого другого привода, понимается прямые затраты мощности, расходуемые на борту самолета на работу системы управления, имеющей в своем составе АРПОР, установочные мощности энергетических агрегатов системы управления и потери мощности в тепло. При этом рассматривается вся система управления — от выходного вала на коробке приводов авиационной двигательной установки до органов управления самолетов.
2. Затраты массы и монтажный объем, связанные с установкой АРПОР на
самолет, в существенной мере характеризующие конкурентоспособность
АРПОР по сравнению с другими типами рулевых приводов.
З.Охлаждение привода — важная проблема применения АРПОР на борту
самолета.
4. Специфической проблемой применения АРПОР является внешняя
герметичность привода в связи с ограниченным резервом рабочей жидкости,
находящейся в баке-компенсаторе.
Однако одним из самых важных условий применения АРПОР в качестве исполнительной части СДУ современного самолета является качество его динамических характеристик как элемента системы управления, определяемого в виде требований к частотным характеристикам привода в области малых и сверхмалых перемещений (до 0,1%. от максимального хода) выходного звена привода. Эта проблема существенно влияет на пршіятие проектных решений при создании приводов рулевых поверхностей современного самолета. В
7 конечном счете, прояснение этой проблемы связано с ответом на такой принципиальный вопрос: «Возможно ли применение ЛРПОР в качестве привода рулевых поверхностей современного самолета и какие конструктивные и технологические меры по совершенствованию элементов ЛРПОР, в первую очередь регулируемого насоса, необходимо предпринять для достижения необходимого качества его динамических характеристик?». В свете этого в диссертации решаются следующие задачи:
- разработка математической модели, необходимой для проектных исследований
на ЭВМ динамических характеристик АРПОР в области малых управляющих
сигналов с учетом различных условий работы привода;
проведение теоретических и экспериментальных исследований АРПОР, построенного на элементной базе, применяемой в современной авиационной промышленности, с целью оценки реально достижимого уровня качества динамических характеристик привода такого типа в области малых управляющих сигналов и отработки математической модели АРПОР в условиях рандомизированного эксперимента (получения необходимой степени совпадения расчетных и экспериментальных данных);
разработка практических рекомендаций по проектированию АРПОР для обеспечения требуемого качества частотных характеристик привода в области малых управляющих сигналов (динамической чувствительности).
Диссертация является обобщением научно-исследовательских работ, выполненных на базе ОАО НПО «Родина» в рамках НИР по применению АРПОР в качестве исполнительной части СДУ маневренных и сверхманевренных самолетов, проведенных совместно ОАО НПО «Родина», ЦАГИ, РСК «МиГ», ОАО «Рубин».
Автор выражает благодарность сотрудникам указанных предприятий, принимавших участие в создании экспериментального образца АРПОР и в стендовых исследованиях.
Математическая модель АРПОР с насосом изменяемой производительности
В математической модели АРПОР учтены следующие нелинейности: 1. Насыщение по напряжению в усилителе сигнала рассогласования привода и насыщение по току управления в усилителе мощности на входе в ЭГУ сервопривода. 2. Нелинейность расходной и перепадной характеристик золотника ЭГУ сервопривода, нелинейный закон открытия щелей золотника в области «нуля». 3. Ограничение по ходу золотника ЭГУ сервопривода, ограничение по ходу выходного звена ЭГА сервопривода, ограничение по ходу выходного звена привода. 4. Сухое трение в исполнительном механизме привода. 5. Гистерезис в характеристиках датчиков перепада давлений системы межканалыюй коррекции привода. 6. Нелинейность зависимости модуля упругости рабочей жидкости от давления в рабочих полостях привода. 7. Нелинейность расходных характеристик клапанов подпитки, предохранительных клапанов. 8. Нелинейность коэффициента демпфирования инерционной нагрузки на выходном звене привода, эквивалентного логарифмическому декременту затухания колебаний, равным 0,12...0,3 в зависимости от фактической скорости выходного звена привода. Рассмотрим, таким образом, математическое описание АРПОР по-блочно в соответствии с блок-схемой S-модели привода, представленной на рис. 4.3. В представленных далее уравнениях математического описания и в структурных схемах блоков S-модели привода приняты следующие условные обозначения: UBXI» Unx2 - управляющие сигналы (напряжения) на входе 1 и 2 каналов привода, Ucni» иСп2 - управляющие сигналы (напряжения) на входе сервоприводов 1 и 2 каналов привода, Koi, Ко2 - коэффициенты входа в каналах управления привода, Uocib U0ci2 - напряжения в цепи обратной связи 1 и 2 каналов привода, Кц, Кіг - коэффициенты усиления электронного усилителя в прямой цепи управления 1 и 2 каналов привода, Косіь К0С12 - коэффициенты передачи датчиков обратной связи 1 и 2 каналов привода, ZPn - перемещение выходного звена привода относительно корпуса привода, Uon b и0гр2 - напряжение насыщения электронного усилителя в прямой цепи управления 1 и 2 каналов привода, Ub U2 - напряжения рассогласования в контуре сервоприводов 1 и 2 каналов привода, Koc2i» Кос22 - коэффициенты передачи датчиков обратной связи в контурах сервоприводов 1 и 2 каналов, Yuib Y1U2 - угловые отклонения шайб регулируемых гидронасосов 1 и 2 каналов привода, UKOP - сигнал (напряжение) от системы межканальной коррекции привода, Кзь 32 - коэффициенты входа в прямой цепи в контуре сервоприводов 1 и 2 каналов привода, j - номер канала привода, TyMj - постоянная времени электронного усилителя мощности в прямой цепи управления контура сервопривода, bryj - ток управления на входе электрогидравлического усилителя (ЭГУ) сервопривода, Іогт-j - ток насыщения в выходном каскаде электронного усилителя мощности в прямой цепи управления контура сервопривода, Tjj, T2J - постоянные времени ЭГУ сервопривода, KXij - коэффициент передачи ЭГУ сервопривода, X3j - перемещение золотника ЭГУ, ХЗІМАХ - максимальное перемещение золотника ЭГУ, Qi3j» Q23J - располагаемые расходы в рабочих полостях исполнительного механизма электрогидравлического агрегата (ЭГА) сервопривода, Рпсп 1 о - давления подачи и слива на входе в ЭГА сервопривода, Pjcnj. Р2С1 и - давления в рабочих полостях исполнительного механизма ЭГА сервопривода, Gni Gji2j, Gcij, Gc2j - проводимости наливных и сливных кромок четырехкромочного золотника ЭГУ, Qicnj Q2C11J - потребные расходы в рабочих полостях исполнительного механизма ЭГА сервопривода при движении его выходного звена, Асп - эффективная площадь поршня выходного звена сервопривода, bicnj» b2cnj - коэффициенты сжимаемости жидкости в рабочих полостях исполнительного механизма ЭГА сервопривода, Vicnj, V2cnj - объемы сжимаемой жидкости в рабочих полостях исполнительного механизма ЭГА сервопривода, Kyxiciij» Кут2сіу " коэффициенты утечек жидкости в рабочих полостях исполнительного механизма ЭГА сервопривода, Ycnj - перемещение выходного звена исполнительного механизма ЭГА сервопривода, YCTIJMAX - максимальное перемещение выходного звена исполнительного механизма ЭГА сервопривода ограниченное механическими упорами, та\ - масса выходного звена исполнительного механизма ЭГА сервопривода с учетом приведенной массы наклонной шайбы гидронасоса и связанных с ней подвижных частей гидронасоса, hcnj - коэффициент скоростного трения выходного звена исполнительного, механизма ЭГА сервопривода, Сну - приведенная суммарная жесткость пружин нуль-установителя гидронасоса, LK - длина рычага управления наклонной шайбой гидронасоса, RJICIIJ - усилие нагрузки на выходном звене исполнительного механизма ЭГА сервопривода обусловленное моментами нагрузки различного типа (не связанных с трением), действующими со стороны наклонной шайбы при работе гидронасоса, Мщу - момент нагрузки от сил инерции плунжеров гидронасоса, Mpj - момент нагрузки, вызванный различием процессов компрессии и декомпрессии в рабочих камерах блока цилиндров при прохождении перемычки распределительного золотника гидронасоса, Аил - площадь плунжера гидронасоса, ZUJI - число плунжеров в гидронасосе, Рф P2j - давления в рабочих полостях исполнительного механизма привода, Кр - коэффициент, зависящий от конструктивных параметров гидронасоса и типа рабочей жидкости, Ыдщ - частота вращения выходного вала приводного двигателя гидронасоса, С - коэффициент, зависящий от конструктивных параметров гидронасоса и типа рабочей жидкости, Vo - объем рабочих цилиндров гидронасоса при УШ} = 0 (мертвый объем), Ежпу - модуль упругости рабочей жидкости в рабочей полости исполнительного механизма привода, ц - коэффициент расхода, р - плотность рабочей жидкости,
Результаты исследования частотных характеристик одноканального прототипа АРПОР в области малых управляющих входных сигналов методом математического моделирования рабочих процессов привода
Вариации подпитки достигались путем введения в уравнение (4.37) математической модели соответствующих значений давлений подпитки Pniimj-По результатам испытаний рулевых гидроприводов, аналогичных по мощности и тормозному усилию на выходном звене, было установлено, что сухое трение в исполнительном механизме (гидроцилиндре) составляет: - при работе одного канала То = 100...200 (юге); - при совместной работе двух каналов Т0 = 150...300(кгс). Поэтому при расчетах в модели были учтены максимальные значения Т0, при этом было принято Т=То.
Расчетные частотные характеристики прототипа АРПОР получены при рабочей добротности внутреннего позиционного контура равного 100 1/с и рабочей добротности наружного позиционного контура равной 39 1/с . Следует отметить, что уровень добротности внутреннего позиционного контура 100 1/с и уровень добротности наружного позиционного контура в диапазоне 20...40 1/с типичны для гидроприводов, предназначенных для управления аэродинамическими поверхностями маневренных самолетов.
Расчетные характеристики одноканального привода. Характеристики одноканального прототипа АРПОР получены с помощью представленной в главе 4 нелинейной математической модели привода. При расчетах второй канал в математической модели привода был отключен путем обрыва соответствующих линий связи и не влиял на выходные характеристики модели одноканального прототипа АРПОР.
Результаты исследования частотных характеристик одноканального прототипа АРПОР в области .малых управляющих входных сигналов методом математического моделирования рабочих процессов привода.
На рис. 5.7 приведены в качестве показателей динамики прототипа АРПОР расчетные фазовые запаздывания выходного звена при отработке одноканальным приводом входных управляющих сигналов различной амплитуды на контрольной частоте изменения управляющего сигнала 1 Гц при симметричной подпитке рабочих полостей привода от бака-компенсатора (Р[ни= Prim = Ро = 8кгс/см ) и при отсутствии нагрузки на выходном звене. Характеристика рассчитана при изменении амплитуды управляющего входного сигнала от 1,6% хвх МАХ (2 мм) до 0,08% Хвх млх (ОД мм). На рис. 5.7 также нанесены допустимые границы фазовых запаздываний выходного звена рулевого привода в соответствии с требованиями технического задания к разработке рулевого привода маневренного самолета.
На рис. 5.8 приведены расчетные фазовые запаздывания выходного звена при отработке одноканальным приводом входных управляющих сигналов различной амплитуды на контрольной частоте изменения управляющего сигнала 1 Гц при симметричной подпитке рабочих полостей канала привода от вспомогательного насоса при различных уровнях давления в системе подпитки (Prnii=Piim=Pnn— 8, 25, 40 кгс/см2 и давлении в дренажных полостях привода Р0 = 8кгс/см2) и при отсутствии нагрузки на выходном звене.
На рис. 5.9 приведены расчетные фазовые запаздывания выходного звена при отработке одноканальным приводом входных управляющих сигналов различной амплитуды на контрольной частоте изменения управляющего сигнала I Гц при дифференциальной подпитке рабочих полостей канала привода при различных уровнях давления в системе подпитки (Рщп = Рщі= 25; 40 кгс/см и Рпп2 = Ро — 8кгс/см ) и при отсутствии нагрузки на выходном звене. На графике также представлена для сравнения характеристика одноканального привода при симметричной подпитке рабочих полостей из бака-компенсатора (Рцщ = Рпш = Ро = 8кгс/см ), которую здесь можно рассматривать как частный случай дифференциальной подпитки рабочих полостей ЛРПОР.
Представленные на рис.5.8 расчетные характеристики модели одноканального прототипа ЛРПОР свидетельствуют об ухудшении качества частотных характеристик привода в области малых управляющих сигналов при росте давления в симметричной системе подпитки при отсутствии нагрузки на выходном звене привода.
В то же время качество частотных характеристик ненагруженного одноканального прототипа ЛРПОР в области малых управляющих сигналов не ухудшается при росте давления в дифференциальной системе подпитки рабочих полостей, что видно из рис.5.9.
Эти же выводы подтверждаются результатами расчета А.Ч.Х. и Ф.Ч.Х. одноканального прототипа ЛРПОР в области малых управляющих сигналов на входе (0,08% ...0,8% от максимального), т.е в диапазоне амплитуд перемещения выходного звена от 0,1мм ... 1мм, и в диапазоне частот 0,5 Гц — 5 Гц, близком к нормируемому диапазону частот.
На рис. 5.10 представлено семейство расчетных частотных характеристик ненагруженного одноканального прототипа ЛРПОР при симметричной подпитке рабочих полостей привода из бака-компенсатора (Рппі=Рпп2 = Ро = 8кгс/см2).
На рис. 5.11 представлено семейство расчетных замкнутых частотных характеристик ненагруженного одноканального прототипа ЛРПОР при симметричной подпитке рабочих полостей привода от вспомогательного насоса при давлении в системе подпитки Prmi = Рппг = Рпп = 25 кгс/см2 и давлении в дренажных полостях канала привода Р0 = 8кгс/см . При величине амплитуды входного управляющего воздействия 0,11% Хвх млх (0,14мм) обеспечивалась амплитуда перемещения выходного звена привода ZPn= 0,1 мм на частоте воздействия 1 Гц.
Симметричная подпитка рабочих полостей из бака-компенсатора
Важнейшей целью стендовых испытаний прототипа АРПОР являлась, проверка его реального динамического качества. Реальное динамическое качество прототипа АРПОР может быть оценено по экспериментальным частотным характеристикам замкнутого контура привода полученных при различных уровнях амплитуд управляющих сигналов подаваемых на вход АРПОР. Получение такого семейства экспериментальных частотных характеристик замкнутого контура прототипа АРПОР позволит также оценить правильность результатов теоретических исследований, проведенных в главе 5, по выявлению главной нелинейности в контуре управления привода и внести в эти результаты необходимые коррективы.
Экспериментальные частотные характеристики прототипа АРПОР снимались в диапазоне изменения амплитуды от 0,08% до 1,6% от максимального значения управляющего сигнала. Особое внимание было уделено экспериментальным частотным характеристикам прототипа АРПОР в области малых амплитуд управляющих сигналов на входе привода (0,08% ...0,8% от максимального), т.е в диапазоне амплитуд управляющих сигналов соответствующих амплитудам перемещения выходного звена прототипа АРПОР от 0,1мм ... 1мм. Частотные характеристики прототипа АРПОР снимались с помощью цифрового анализатора частотных характеристик фирмы Solartron.
Экспериментальные частотные характеристики были получены при работе прототипа АРПОР в двухканальном исполнении и при поканальной работе.
В качестве рабочего тела в гидравлических контурах прототипа АРПОР использовалось минеральное масло АМГ-10. Температура рабочего тела в ходе эксперимента составляла +(80 ±10)С.
Методически экспериментальные исследования прототипа АРПОР можно условно разделить на два этапа: - исследования при отсутствии нагрузки на выходном звене привода; - исследования при нагружении выходного звена привода фиксированными внешними усилиями.
Другая особенность построения экспериментальных исследований прототипа АРПОР, заключалась в том, что проверка динамического качества привода в области малых управляющих сигналов проводилась при различных вариантах подпитки его рабочих полостей.
Представленные далее экспериментальные характеристики прототипа АРПОР сгруппированы по состоянию привода в условиях эксперимента: - наличию или отсутствию нагрузки на выходном звене привода; - вариант подпитки рабочих полостей каналов прототипа АРПОР.
Предварительно при этих условиях была выполнена настройка рабочих добротностей внутреннего и внешнего контуров управления прототипа АРПОР.
Значения рабочих добротностей внутреннего и наружного контуров управления при регулировке прототипа АРПОР выбирались исходя из результатов проведенного ранее математического моделирования прототипа АРПОР при его работе в условиях малых управляющих входных сигналов (см. гл.5): - для внутреннего контура (контура сервопривода) рабочая добротность была установлена равной 100 1/с, что соответствует традиционному, как отмечалось ранее, значению добротности внутреннего контура управления трехкаскадного гидропривода. - значения рабочих добротностей наружных контуров управления обоих каналов прототипа АРПОР были настроены исходя из условия обеспечения допустимой величины фазового запаздывания выходного звена при отработке приводом входного управляющего сигнала амплитудой 0,8%ХВХМАХ (1ММ) на контрольной частоте 1 Гц и составили 39 1/с.
Полученные значения добротностей каналов прототипа АРПОР соответствуют значениям рабочих добротностей контуров управления модели привода, использовавшейся при теоретических исследованиях привода.
На рис. 7.1 представлено семейство частотных характеристик прототипа АРПОР при одновременной работе двух его энергетических каналов (двухканальный привод). Характеристики получены при малых величинах амплитуд входного управляющего воздействия Хвх: 0,08% ХВХМАХ(0,1 ММ) и 0,8% Хвх МАХОММ)- Сравнение частотных характеристик данного семейства показывает, что уменьшение амплитуды управляющего сигнала от относительно большого значения 0,8% ХВХМАХО ММ) В Ю раз до сверхмалого 0,08% Хвх МАХ(0,1 мм) не приводит к существенному ухудшению частотных характеристик двух канального привода. Отсутствует выраженное расслоение представленных на рисунке логарифмических амплитудных (Л.А.Х.) и фазовых (Л.Ф.Х.) характеристик привода в нормируемом диапазоне частот.
Совершенно другая картина наблюдается в условиях, когда работает только один энергетический канал прототипа АРПОР, а другой канал в это время отключен и его рабочие полости закольцованы (далее - поканальная работа прототипа АРПОР).
На рис. 7.2 и 7.3 представлены семейства частотных характеристик при поканальной работе прототипа АРПОР.
На рис. 7.2 представлены частотные характеристики при работе ведущего канала прототипа АРПОР. Частотные характеристики представленные на рис. 7.3 получены при работе только ведомого канала. Характеристики привода сняты при малых величинах амплитуд входного управляющего воздействия Хвх 0,14% ХВх МАХ(0Д7 мм) и 0,8% ХВх МАХОММ). Характер семейств частотных характеристик представленных на обоих рисунках практически совпадает.
Анализ экспериментальных частотных характеристик пенагруженного одноканального прототипа АРПОР в области малых управляющих сигналов в условиях симметричной подпитки рабочих полостей привода из бака-компенсатора
Целью данного раздела является определение причин расхождения расчетных и экспериментальных частотных характеристик ненагруженного одноканального прототипа АРПОР в области малых управляющих сигналов в условиях симметричной подпитки рабочих полостей привода из бака-компенсатора (Pnrf Ро) (см. рис. 5.7 и 7.4).
Проведем сравнение расчетных и экспериментальных характеристик фазовых искажений при отработке ненагруженным одноканальным приводом с симметричной системой подпитки рабочих полостей из бака-компенсатора РПп = Р0 = 8 кгс/см входных управляющих сигналов различной амплитуды на контрольной частоте изменения управляющего сигнала 1 Гц , представленных соответственно на рис. 5.7 и 7.4. Из характеристик видна существенная разница в качестве между расчетными и экспериментальными частотными характеристиками. Причем экспериментальные характеристики говорят о том, что одноканальный прототип АРПОР с таким типом подпитки рабочих полостей абсолютно не соответствует по качеству частотных характеристик в области малых управляющих сигналов требованиям, предъявляемым к рулевым приводам маневренного самолета. В это же время расчетные характеристики говорят об обратном.
Обратимся еще раз, как и в предыдущем случае, к экспериментальной характеристике, представленной на рис. 7.10. На поле координатной сетки этого графика нанесена точка, соответствующая величине фазового искажения при давлении в системе симметричной подпитки рабочих полостей Рпп = 8кгс/см , т.е это фазовое искажение определено для привода с симметричной системой подпитки из бака-компенсатора. Если при помощи нелинейной модели привода, способом аналогичным примененному в предыдущем разделе 8.1, найдем соответствующее этому фазовому искажению величину коэффициента утечки Куг, исходя из соображения, что указанное расхождение между расчетной и экспериментальной характеристиками вызвано теми же причинами, как в предыдущем разделе, то величина определенного таким способом коэффициента утечки при уровне давления в рабочей полости привода 8 кгс/см составит 5 см5/кгс с, т.е практически в 17 раз большую величину по сравнению с принятой при моделировании привода до проведения экспериментальных работ. Величина Кут = 5 см5/кгс с при давлениях в рабочих полостях привода Рпу=8кгс/см2 и давлении в дренажной полости насоса Р0 = 8кгс/см2 означает, что герметичность гидравлического контура привода, а точнее сказать насоса, нарушена из-за потери равновесия блока цилиндров насоса при его вращении в контакте с опорной поверхностью торцевого распределителя.
Это утверждение было бы полностью справедливым, если бы не некоторые соображения по поводу реальной конструкции насоса, применявшегося в составе прототипа АРПОР при проведении экспериментальных исследований характеристик привода.
Реальный гидронасос прототипа АРПОР был создан на основе качающегося узла серийно выпускаемого АОАК «Рубин» насоса НП100, по эксплуатации которого в составе авиационных гидросистем, к моменту построения прототипа АРПОР, был накоплен большой опыт. Поэтому представляется маловероятной вышеуказанная причина одновременной разгерметизация насосов обоих каналов привода во время эксперимента при одних и тех же условиях работы каналов привода. Признание же справедливой вышеуказанной причины означало бы явный конструктивный промах при создании насоса-прототипа АРПОР.
Поэтому истинную причину расхождения расчетной и экспериментальных характеристик в данных условиях работы привода надо искать в особенностях реальной конструкции насоса прототипа АРПОР, конечно не упуская из виду и вышеуказанные особенности поведения коэффициента утечки рабочей жидкости при низких значениях давлений в рабочих полостях привода.
На рис. 8.2 пунктирной линией показана наиболее вероятная экстраполяция графика зависимости величины коэффициента утечки от величины давления в рабочей полости ненагруженного привода, в диапазоне давлений- (8... 15) кгс/см2. Причина проведения экстраполяции этого графика зависимости в том, стендовое оборудование при снятии экспериментальной характеристике показанной на рис. 7.10 не позволило получить экспериментальные точки в диапазоне давления в системе симметричной подпитки (8... 15) кгс/см2. Этот диапазон изменения давления подпитки важен потому, что именно в этом диапазоне происходит переход от симметричной подпитки рабочих полостей привода от вспомогательного насоса к симметричной подпитке рабочих полостей привода из бака-компенсатора. Поэтому на характеристике, представленной на рис.7Л0, в этом диапазоне графическое изображение отмечено пунктирной линией.
Итак при Рпп= Pmj= Ро = 8кгс/см2 в результате экстраполяции графика представленного на рис.8.2 мы имеем значение Kyxmj « 1 см5/кгс с . Однако такое значение Kyrmj введенное в уравнение 5.43 нелинейной модели привода не даст хорошего согласования между расчетной и экспериментальными характеристиками.
Рассмотрим реальную конструкцию насоса, представленную на рис. 3.2, для определения тех ее особенностей, которые могут оказать реальное влияние на качество динамических характеристик привода в области малых управляющих сигналов.
Насос прототипа АРПОР является типичным представителем типа насосов, которых принято называть насосами с наклонным диском. Гидромашины такого типа отличаются надежностью в эксплуатации и простотой изготовления. Одним из преимуществ этих насосов является применение для передачи осевых усилий плунжеров на наклонную шайбу гидростатически уравновешенных опор (башмаков плунжеров). Применение этих опор устраняет необходимость в воспринимающих осевые усилия плунжеров упорных подшипниках, которые применяются в аксиально-поршневых насосах других типов. Из рис.3.2 видно, что плунжеры (поз. 6) насоса прототипа АРПОР снабжены опорными башмаками, которые контактируют с наклонной шайбой насоса.
Похожие диссертации на Обеспечение динамической чувствительности рулевого гидропривода объемного регулирования
