Система демпфірування кутових швидкостей космічного літального апарата

Система демпфірування кутових швидкостей космічного літального апарата, що містить датчик подовжньої кутової швидкості, датчики першої та другої поперечних кутових швидкостей, блок керування виконавчими органами подовжнього каналу, блоки керування виконавчими органами першого і другого поперечних каналів, виконавчі органи подовжнього, першого та другого поперечних каналів, входи яких з'єднані з виходами відповідних блоків керування, між кожним датчиком і блоком керування виконавчими органами блок підключення відповідного датчика, блок визначення початку демпфірування подовжньої швидкості, перший вхід якого з'єднаний з виходом датчика першої U 2 (19) 1 3 другої поперечної кутової швидкості, а вихід - з другим входом блока підключення датчика подовжньої кутової швидкості, другий вихід блока керування виконавчими органами подовжнього каналу з'єднаний з другими входами блоків підключення датчиків першої і другої поперечних кутових швидкостей. Недоліком цієї системи є те, що при малих величинах початкової подовжньої кутової швидкості буде значний час демпфірування. В основу корисної моделі покладено задачу при малих величинах початкової подовжньої кутової швидкості збільшення подовжньої кутової швидкості, при якій забезпечується потрібний час демпфірування з мінімальними витратами робочого тіла. Поставлена задача вирішується тим, що в системі демпфірування кутових швидкостей космічного апарата, що містить датчик подовжньої кутової швидкості, датчики першої та другої поперечних кутових швидкостей, блок керування виконавчими органами подовжнього каналу, блоки керування виконавчими органами першого і другого поперечних каналів, виконавчі органи подовжнього, першого та другого поперечних каналів, входи яких з'єднані з виходами відповідних блоків керування, між кожним датчиком і блоком керування виконавчими органами блок підключення відповідного датчика, блок визначення початку демпфірування подовжньої швидкості, перший вхід якого з'єднаний з виходом датчика першої поперечної кутової швидкості, другий вхід - з виходом датчика другої поперечної кутової швидкості, а вихід - з другим входом блока підключення датчика подовжньої кутової швидкості, другий вихід блока керування виконавчими органами подовжнього каналу з'єднаний з другими входами блоків підключення датчиків першої і другої поперечних кутових швидкостей відповідно до корисної моделі, введені блок визначення потрібної подовжньої кутової швидкості, на перший вхід підключена величина потрібного часу демпфірування, другий і третій входи його з'єднані з виходами датчиків першої і другої поперечної кутової швидкості, блок мінімізації витрат робочого тіла, перший вхід якого з'єднаний з виходом блока визначення потрібної подовжньої кутової швидкості, другий вхід з’єднаний з виходом датчика подовжньої кутової швидкості, вихід блока мінімізації витрат робочою тіла з'єднаний з третіми входами блоків підключення датчиків, четвертий вхід блоку підключення датчика подовжньої кутової швидкості з'єднаний з виходом блока визначення потрібної подовжньої кутової швидкості. Сутність корисної моделі пояснюється кресленням, де на Фіг. представлена структурна схема системи демпфірування кутових швидкостей космічного літального апарата з реактивними виконавчими органами. Система містить датчик подовжньої кутової швидкості 1, датчик першої поперечної кутової швидкості 2, датчик другої поперечної кутової швидкості 3, блок 4 підключення датчика 1, блок 5 підключення датчика 2, блок 6 підключення датчика 3, блок 7 керування виконавчими органами по 26160 4 довжнього каналу, блок 8 керування виконавчими органами першого поперечного каналу, блок 9 керування виконавчими органами другого поперечного каналу, виконавчі органи подовжнього каналу 10, виконавчі органи першого поперечного каналу 11, виконавчі органи другого поперечного каналу 12, блок 13 визначення початку демпфірування подовжньої швидкості, блок 14 визначення потрібної подовжньої кутової швидкості, блок 15 мінімізації витрат робочого тіла. Після відділення від носія виникають початкові кутові швидкості, які необхідно демпфірувати. Запропонована система дозволяє вирішити цю задачу, за потрібний час демпфірування, забезпечуючи мінімізацію витрат робочого тіла. Рівняння руху для вісесиметричного космічного апарата в зв'язаній системі координат OXYZ (приймемо, що віссю симетрії є вісь X) записуються в наступному вигляді (збурюючі моменти передбачаються малими і не враховуються) [див. Алексеев К. Б., Бабенин Г. Г. Управление космическими летательными аппаратами. М, «Машиностроение», 1974. 340с]: · w x = mx ; · w y - a × wz × wx = my ; (1) · w z + a × wy × wx = m z ; де wx, wz, wy - проекції кутової швидкості космічного апарата на осі зв'язаної системи координат: wx - подовжня кутова швидкість; wy - перша поперечна кутова швидкість; wz - друга поперечна кутова швидкість; m x , m y , m z - проекції приведеного керуючого моменту, my = mz = m ; a - константа. Вважаємо, що в початковий момент часу складові кутової швидкості задовольняють співвідношенню wi = wi0, i = X, Y, Z . Знайдемо вільний рух апарата шляхом інтегрування системи (1) при mi = 0 : wx = wxo ; wy = r0 × sin a ; (2) wz = r0 × cos a , де r0 = wy0 2 + wz0 2 - модуль поперечної ку тової швидкості; a = a × wxo × t + arctg · wyo = a0 × t + a 0 wzo (3) a - кут між напрямком поперечної кутової швидкості і віссю Z. Згідно і формулою (2) поперечна кутова швидкість перерозподіляється між проекціями на осі Y і Z, при цьому перша і друга поперечні кутові швидкості змінюються в часі від 0 до r0 . Коли напрямок поперечної кутової швидкості збігається з віссю Y, тоді wy = r0 , wz = 0 , а якщо з віссю Z 5 26160 wz = r0 , wy = 0 . Згідно з формулою (3) час руху до цього положення дорівнює: a T= 0 (4) · a0 В цей момент необхідно демпфірувати подовжню кутову швидкість, тоді поперечна кутова швидкість не змінюється і збігається з віссю Y чи віссю Z . При цьому при демпфіруванні поперечної кутової швидкості мінімізується витрата робочого тіла через коллинеарність векторів поперечної кутової швидкості і керуючого моменту і величина економії витрат робочого тіла DG ek рівняється: r DGek = Gc 0 (sin a 0 + cos a0 - 1) , m (5) де Gc - секундна витрата робочого тіла. В випадку коли час демпфірування обмежений заданою величиною Tg, то при малих значеннях wxo час Т (див. формулу (4)) може перевершити Tg. Щоб цього запобігти необхідно подовжню кутову a0 , швидкість збільшити до величини wпр x = a × Tg шляхом включення керуючих двигунів в подовжньому каналі. При цьому додаткові витрати робочого тіла DGвит рівняються: DGвит = Gc × 2 wпр x - wxo mx (6) Якщо DG ek ñ DGвит , то подальша послідовність дій по управлінню така як і в випадку T