Система демпфірування кутових швидкостей космічного літального апарата

Реферат: Система демпфірування кутових швидкостей космічного літального апарата належить до області космонавтики. Система демпфірування кутових швидкостей космічного літального апарата 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 встановлено блок підключення відповідного датчика. В систему введені три блоки визначення імпульсу післядії в подовжньому, в першому і другому поперечних каналах. Винахід підвищує точність демпфірування кутових швидкостей. UA 108525 C2 (12) UA 108525 C2 UA 108525 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до області космонавтики і може бути використаний при проектуванні систем орієнтації та стабілізації космічних літальних апаратів різних типів. Система демпфірування кутових швидкостей космічного літального апарата з реактивними виконавчими органами по трьох осях належить до систем орієнтації і кутової стабілізації космічного літального апарата. Існує система демпфірування кутових швидкостей космічного літального апарата [Разыграев А.П. Основы управления полетом космических аппаратов и кораблей. - М.: Машиностроение, 1977. - с. 120-127], яка 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. Недоліком цієї системи є низька точність і велика витрата робочого тіла для демпфірування кутових швидкостей. Відома система демпфірування кутових швидкостей вісесиметричного космічного апарата [Патент України на корисну модель № 11855, B64G 1/24, Система демпфірування кутових швидкостей вісесиметричного космічного літального апарата, опуб. в 2006 р., бюл. № 1], 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. Недоліком цієї системи є низька точність і, те, що при малих величинах початкової подовжньої кутової швидкості буде значний час демпфірування. Відома система демпфірування кутових швидкостей космічного літального апарата, взята як прототип [Патент України на корисну модель № 26160, B64G 1/24, 2007 р., опубл. в бюл. № 14], 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 встановлено блок підключення відповідного датчика, перший вхід блока визначення початку демпфірування подовжньої швидкості 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, блок визначення потрібної подовжньої кутової швидкості, на перший вхід якого підключена величина потрібного часу демпфірування, другий і третій вхід з'єднані з виходами з датчиками першої і другої поперечної кутової швидкості, блок мінімізації витрат робочого тіла, перший вхід якого з'єднаний з входом блок визначення потрібної подовжньої кутової швидкості, другий вхід з'єднаний з виходом датчика подовжньої кутової швидкості, вихід блока мінімізації витрат робочого тіла з'єднаний з третіми входами блоків підключення датчиків, четвертий вхід блока підключення датчика подовжньої кутової швидкості з'єднаний з виходом блока визначення потрібної подовжньої кутової швидкості. Недоліком цієї системи є низька точність демпфірування кутових швидкостей. В основу винаходу поставлена задача підвищення точності демпфірування кутових швидкостей. Поставлена задача вирішується тим, що в системі демпфірування кутових швидкостей 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 1 UA 108525 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 встановлено блок підключення відповідного датчика, перший вхід блока визначення початку демпфірування подовжньої швидкості 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, блок визначення потрібної подовжньої кутової швидкості, на перший вхід якого підключена величина потрібного часу демпфірування, другий і третій вхід з'єднані з виходами з датчиками першої і другої поперечної кутової швидкості, блок мінімізації витрат робочого тіла, перший вхід якого з'єднаний з входом блок визначення потрібної подовжньої кутової швидкості, другий вхід з'єднаний з виходом датчика подовжньої кутової швидкості, вихід блока мінімізації витрат робочого тіла з'єднаний з третіми входами блоків підключення датчиків, четвертий вхід блока підключення датчика подовжньої кутової швидкості з'єднаний з виходом блока визначення потрібної подовжньої кутової швидкості, згідно з винаходом, в неї введені три блоки визначення імпульсу післядії в подовжньому, в першому і другому поперечних каналах, вхід кожного блока з'єднаний з виходом датчика подовжньої, першої і другої поперечних кутових швидкостей, відповідно, перший вихід кожного блока визначення імпульсу післядії з'єднаний з п'ятим входом блока підключення датчика подовжньої кутової швидкості та четвертим входом блока підключення датчика, першої і другої поперечних кутових швидкостей, відповідно, а другий вихід - з другим входом блока керування виконавчими органами подовжнього, першого і другого поперечних каналів, відповідно. Суть винаходу пояснюється кресленням, де представлена структурна схема системи демпфірування кутових швидкостей космічного літального апарата з реактивними виконавчими органами. Система містить датчик подовжньої кутової швидкості 1, вихід якого послідовно через блок 4 підключення датчика 1, блок 7 керування виконавчими органами подовжнього каналу, з'єднаний з входом виконавчих органів подовжнього каналу 10; датчик першої поперечної кутової швидкості 2, вихід якого послідовно через блок 5 підключення датчика 2, блок 8 керування виконавчими органами першого поперечного каналу, з'єднаний з входом виконавчих органів першого поперечного каналу 11; датчик другої поперечної кутової швидкості 3, вихід якого послідовно через блок 6 підключення датчика 3, блок 9 керування виконавчими органами другого поперечного каналу, з'єднаний з входом виконавчих органів другого поперечного каналу 12, блок 13 визначення початку демпфірування подовжньої кутової швидкості перший вхід якого з'єднаний з виходом блока 2, другий вхід - з виходом блока 3, а вихід - з другим входом блока 4; блок 14 визначення потрібної подовжньої кутової швидкості, на перший вхід якого підключена величина Tg потрібного часу демпфірування, другий і третій вхід з'єднані з виходами блока 2 та блока 3, а вихід - з третім входом блока 4; блок 15 мінімізації витрат робочого тіла, перший вхід якого з'єднаний з входом блока 14, другий вхід з'єднаний з виходом блока, вихід блока 15 з'єднаний з третіми входами блоків підключення датчиків, блок 16 визначення імпульсу післядії в подовжньому каналі, вхід якого з'єднаний з виходом блока 1, перший вихід з'єднаний з блоком 4, а другий вихід з блоком 7; блок 17 визначення імпульсу післядії в першому поперечному каналі, вхід якого з'єднаний з виходом блока 2, перший вихід з'єднаний з блоком 5, а другий вихід з блоком 8; блок 18 визначення імпульсу післядії в другому поперечному каналі, вхід якого з'єднаний з виходом блока 3, перший вихід з'єднаний з блоком 6, а другий вихід з блоком 9. Система функціонує в такий спосіб: за допомогою датчиків 1, 2, 3 вимірюються три складові кутової швидкості, що через блоки підключення 4, 5, 6 з'єднані з блоками 7, 8, 9. Блоки керування 7, 8, 9 виробляють керуючі сигнали на виконавчі органи 10, 11, 12. Одночасно складові поперечної кутової швидкості з датчиків 2, 3 надходять на входи блока визначення початку демпфірування кутових швидкостей 13, вихід якого підключений до другого входу блока 4. Сигнал про момент закінчення демпфірування подовжньої кутової швидкості з другого виходу блока 7 надходить на другі входи блоків 5, 6. На перший вхід блока 14 подається величина потрібного часу демпфірування, на другий і третій входи - складові поперечної кутової пр швидкості з датчиків 2, 3, значення потрібної подовжньої кутової швидкості ω х з виходу блока 14 надходить на четвертий вхід блока 4 і на перший вхід блока 15. На другий вхід блока 15 надходить подовжня кутова швидкість з датчика 1, сигнал на підключення демпфірування складових кутової швидкості з виходу блока 15 надходить на треті входи блоків 4, 5, 6. Розглянемо процеси управління при демпфіруванні подовжньої і поперечних кутових швидкостей. При величині початкової подовжньої кутової швидкості, яка забезпечує потрібний час демпфірування у блоці 13 визначаються необхідні значення поперечних кутових швидкостей, при яких необхідно починати демпфірування подовжньої кутової швидкості. 2 UA 108525 C2 5 10 15 20 25 30 Витримують паузу без керування до моменту, поки обмірювані поперечні кутові швидкості з датчиків 2, 3 не збігатимуться з необхідними, після чого блок 13 через блоки 4 і 7 включає виконавчі органи подовжнього каналу 10, що потім виключаються блоком 7 після демпфірування подовжньої кутової швидкості. У результаті подовжня й одна з поперечних кутових швидкостей будуть малими, а друга поперечна швидкість - модулю поперечної кутової швидкості. Потім по інформації з другого виходу блока 7 через блоки 5 і 8 включаються виконавчі органи 11, якщо напрямок вектора поперечної кутової швидкості збігається з першою поперечною віссю і через блоки 6, 9 включає виконавчі органи 12, якщо напрямок вектора поперечної кутової швидкості збігається з другою поперечною віссю. Виконавчі органи 11 виключаються блоком 8 після демпфірування першої поперечної кутової швидкості, а виконавчі органи 12 виключаються блоком 9 після гасіння другої поперечної кутової швидкості. У результаті поперечні кутові швидкості будуть дорівнювати нулю. Якщо величина початкової подовжньої кутової швидкості мала, то в блоці 14 визначається потрібна подовжня кутова швидкість, а в блоці 15 формується сигнал на підключення демпфірування складових кутової швидкості. Підвищення точності демпфірування розглянемо на прикладі демпфірування подовжньої кутової швидкості. На початку демпфірування подовжньої кутової швидкості блок 16, вхід якого підключений до виходу датчика подовжньої кутової швидкості 1, формує керуючий сигнал мінімальної тривалості включення виконавчих органів 10, видає його на другий вхід блока 7 і запам'ятовує значення подовжньої кутової швидкості ω1 в момент вимикання керуючого сигналу. Через розрахований час дії імпульсу післядії, викликаного запізнюванням системи та інерційністю релейних виконавчих органів 10, блок 16 визначення імпульсу післядії через п'ятий вхід блока 4 підключення датчика 1, підключає керуючий сигнал та запам'ятовує значення кутової швидкості ω2. В блоці 16 по кутовим швидкостям визначають величину імпульсу післядії Δω = ω1-ω2 і видають це значення в блок 7 для корекції заданого розрахункового значення подовжньої кутової швидкості, при якому закінчується гасіння подовжньої кутової швидкості, на задане фактичне значення Δω. Після зменшення кутової швидкості до Δω у блоці 7 вимикають керуючий сигнал. Через те, що фактичне значення Δω відповідає реальному імпульсу післядії, кутова швидкість зменшується до нульового значення. Аналогічно забезпечують підвищення точності демпфірування в поперечних каналах блок 17 визначення імпульсу післядії в першому поперечному каналі та блок 18 визначення імпульсу післядії в другому поперечному каналі. Таким чином, запропонована система дозволяє забезпечити демпфірування початкових кутових швидкостей космічного літального апарата навколо трьох осей протягом заданого часу демпфірування з мінімальною витратою робочого тіла і високою точністю демпфірування. 35 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 45 50 55 60 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 встановлено блок підключення відповідного датчика, перший вхід блока визначення початку демпфірування подовжньої кутової швидкості 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, блок визначення потрібної подовжньої кутової швидкості, на перший вхід якого підключена величина потрібного часу демпфірування, другий і третій вхід з'єднані з виходами з датчиками 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 робочого тіла з'єднаний з третіми входами блоків підключення датчиків, четвертий вхід блока підключення датчика подовжньої кутової швидкості з'єднаний з виходом блока визначення потрібної подовжньої кутової швидкості, яка відрізняється тим, що в неї введені три блоки визначення імпульсу післядії в подовжньому, в першому і другому поперечних каналах, вхід кожного блока з'єднаний з виходом датчика подовжньої, першої і другої поперечних кутових швидкостей, відповідно, перший вихід кожного блока визначення імпульсу післядії з'єднаний з п'ятим входом блока підключення датчика 3 UA 108525 C2 подовжньої кутової швидкості та четвертим входом блока підключення датчика, першої і другої поперечних кутових швидкостей, відповідно, а другий вихід - з другим входом блока керування виконавчими органами подовжнього, першого і другого поперечних каналів, відповідно. Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4