Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Обеспечение высокой точности управления и регулирования многорежимных маршевых ЖРД

Диссертация: Обеспечение высокой точности управления и регулирования многорежимных маршевых ЖРД
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Регулирование по тяге и соотношению компонентов топлива при работе на основном режиме маршевых ЖРД, реализованное на двигателях РД107 и РД108 (РН «Союз»), позволило существенно повысить эффективность ракеты как за счет обеспечения существенно более полной и синхронной выработки компонентов топлива из баков, так и за счет обеспечения полета ракеты с заранее рассчитанной оптимальной скоростью… Читать ещё >

Содержание

  • Условные обозначения
  • Глава 1. Современный взгляд на проблему обеспечения высокой точности управления и регулирования ЖРД
    • 1. 1. Основные понятия
    • 1. 2. Традиционные методы настройки и регулирования ЖРД
    • 1. 3. Система регулирования с внутридвигательными обратными связями
  • Глава 2. Настройка двигателя в процессе первого огневого испытания с использованием внешних обратных связей
    • 2. 1. Метод использования внешних обратных связей по расходам компонентов
    • 2. 2. Определение индивидуальных коэффициентов в уравнениях управления данным двигателем
    • 2. 3. Управление расходом топлива системой РН
  • Глава 3. Методика настройки ЖРД в процессе огневых испытаний, обеспечивающая высокоточное управление при работе в широком диапазоне температур компонентов топлива и плотности горючего
    • 3. 1. Корректировка настройки по температуре
    • 3. 2. Корректировка настройки по плотности горючего
    • 3. 3. Корректировка настройки по температуре для горючего ИР
    • 3. 4. Штатный алгоритм управления ЖРД по полиномиальным уравнениям
    • 3. 5. Погрешность настройки двигателей по результатам повторных и сертификационных испытаний по штатным алгоритмам
  • Глава 4. Управление и регулирование двигателем по кодовым командам
    • 4. 1. Использование кодовых команд для управления регулирующими органами
    • 4. 2. Управление двигателем с двумя различными гидравлическими системами
    • 4. 3. Обоснование выбора циклограммы КТИ для определения индивидуальных коэффициентов при задействовании трехпозиционного клапана окислителя
    • 4. 4. Оценка точности настройки и регулирования
  • Глава 5. Проверка стыковки алгоритма регулирования двигателя с бортовой системой управления РН

Обеспечение высокой точности управления и регулирования многорежимных маршевых ЖРД (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

В настоящее время развитие авиационной и космической техники достигло некоего базисного уровня, когда рост качественных характеристик изделий или их тактические показатели улучшаются, в основном, за счет модернизации систем, оставляя принцип действия неизменным.

Современные электронно-вычислительные машины, обладающие большой производительностью, постоянно совершенствующиеся программы расчета сложных процессов, а также внедрение информационно-управляющих комплексов для управления технологическими процессами проведения испытаний позволяют дать идеям, рожденным многие годы назад, новую жизнь и применить их на практике [1].

Регулирование по тяге и соотношению компонентов топлива при работе на основном режиме маршевых ЖРД, реализованное на двигателях РД107 и РД108 (РН «Союз»), позволило существенно повысить эффективность ракеты как за счет обеспечения существенно более полной и синхронной выработки компонентов топлива из баков, так и за счет обеспечения полета ракеты с заранее рассчитанной оптимальной скоростью по всей траектории полета ракеты-носителя [2, 3].

В дальнейшем, с развитием ракетной техники, существенно расширились задачи, возлагаемые на маршевые жидкостные ракетные двигатели. В настоящее время вместо одного или двух базовых режимов, оптимизация траектории полета РН требует от двигателя обеспечения возможности постоянного регулирования тяги и соотношения компонентов топлива в широком диапазоне в процессе всего полета РН. Возможность изменения тяги ЖРД в широком диапазоне существенно расширяет эксплуатационные возможности маршевых двигателей, обеспечивающих основной вклад в энергетику выведения полезного груза на околоземные орбиты. Проведенные исследования показали, что глубокое изменение тяги маршевых двигателей (0,3.1,1)КНОМ ракет-носителей, позволяет существенно, на 7. 12%, увеличить полезную нагрузку и снизить расход компонентов топлива путем оптимизации ускорения ракеты-носителя по мере набора высоты [4, 5, 6, 7].

Таким образом, в рамках создания многорежимных ЖРД нового поколения одной из важных проблем является обеспечение высокой точности их управления и регулирования.

Целью данной работы является совершенствование методов, обеспечивающих высокую точность управления и регулирования многорежимных ЖРД.

Для выполнения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ методов управления ЖРД, позволяющих обеспечивать высокую точность настройки двигателя по значениям тяги и соотношения компонентов на различных режимах с учетом влияния температур компонентов и поставочной плотности горючего.

2. Разработать высокоточные алгоритмы управления ЖРД в широком диапазоне рабочих режимов при штатной эксплуатации.

Научная новизна. В ходе проведенного исследования были получены следующие основные результаты:

• проанализирована возможность реализованных в ОАО «НПО Энерго-маш» им. академика В.П.Глушко" методов настройки ЖРД при проведении КТИ по значению тяги и соотношению компонентов топлива в широком диапазоне изменения режимов, задаваемых стендовой системой управления с учетом влияния температур компонентов и плотности горючего;

• разработаны алгоритмы управления и регулирования ЖРД при доводочных испытаниях и штатной эксплуатации, обеспечивающие высокую точность управления и регулирования, в том числе при управлении регулирующими органами по кодовым командам.

Достоверность результатов исследования. Разработанные алгоритмы, позволяющие обеспечить высокую точность управления и регулирования, отработаны и подтверждены в процессе отработки и последующей эксплуатации маршевых ЖРД РД171М (РН «Зенит»), РД180 (РН «Атлас»), а также в процессе доводочных испытаний двигателя РД191, предназначенного для эксплуатации в составе нового семейства РН «Ангара».

Практическая значимость данной работы заключается:

1. в подтверждении эффективности используемого и реализованного в ОАО «НПО Энергомаш» им. академика В.П.Глушко" метода настройки двигателя в процессе КТИ с учетом влияния температур компонентов и плотности горючего;

2. в использовании при настройке ЖРД с цифровыми приводами органов управления по кодовым командам системы управления;

3. в разработке штатных алгоритмов управления и регулирования ЖРД, позволяющих обеспечить высокую точность при эксплуатации двигателя в широком диапазоне изменения режимов, определяемых СУ РН в полете.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

1. 4-ой международной конференции «Авиация и космонавтика -2005», 10−13 октября 2005 года, г. Москва.

2. XXXV уральском Семинаре по механике и процессам управления, 23 декабря 2005 года. г. Миасс.

3. 5-ой международной конференции «Авиация и космонавтика -2006», 23 — 26 октября 2006 года, г. Москва.

4. XXXI академических чтениях по космонавтике, посвященных 100-летию со дня рождения академика С. П. Королёва, 30 января — 02 февраля 2007 года, г. Москва.

5. 6-ой международной конференции «Авиация и космонавтика -2007», 01−04 октября 2007 года, г. Москва.

Личное участие. Представленные результаты работы отражены в технических условиях на ЖРД, разработанных автором. Результаты, полученные другими исслёдователями, а также результаты совместных исследований, отмечены по тексту или снабжены сносками на соответствующий источник.

Выводы.

1. Опробованное на двигателе РД191 управление по кодам вполне может быть реализовано на двигателях РД171М и РД180.

2. Уравнения управления двигателем с задействованием 3-х-позиционного клапана окислителя и учетом изменения температуры горючего можно записать:

ЬТ1(К) = - К/ +(АКш-АКш1)ХС- - Я/.

0 ?=0.

1 — при Я<0,38 команда на.

12(К)= - Я/ +(АКш-АКт1)Х-Г)1 ^ +.

1=0 ?=0 прикрытие КО 0 — при К>0,38 команда на открытие КО.

Предложенное мероприятие (введение единичной функции) позволило обеспечить регулирование фактически двух разных гидравлических систем одним уравнением.

Глава 5. Проверка стыковки алгоритма регулирования двигателя с бортовой системой управления РН.

Важное значение имеет стыковка алгоритма управления двигателем с системой управления РН. Для отработки программного обеспечения управления приводами специально, разрабатываются тестовые примеры применительно к различным циклограммам работы двигателя РД191.

При разработке тестовых примеров назначаются индивидуальные коэффициенты двигателя (табл.6), коэффициенты, используемые при запуске двигателя (табл.7) и средняя температура горючего в баке перед пуском.

Заключение

.

1. Проанализированы и усовершенствованы методы управления ЖРД, позволяющие обеспечивать высокую точность настройки двигателя по значениям тяги и соотношению компонентов на различных режимах с учетом влияния температур компонентов и плотности горючего.

2. Предложено использовать настройку ЖРД с цифровыми приводами органов управления по кодовым командам системы управления, реализованную на двигателе РД191.

3. Разработаны эффективные алгоритмы управления ЖРД в широком диапазоне изменения рабочих режимов двигателя при штатной эксплуатации.

4. Эффективность разработанных методов настройки ЖРД в процессе КТИ, методик определения составляющих в уравнениях управления двигателем, алгоритмов управления и регулирования при штатной эксплуатации ЖРД подтверждены результатами доводочных и сертификационных испытаний двигателей РД171М, РД180, РД191 и штатной эксплуатацией в составе РН «Зенит» (РД171М) и РН «Атлас» (РД180).

Показать весь текст

Список литературы

  1. Ю.С., Моздоков В. В., Черных В. И. Информационно-управляющий комплекс для управления технологическими процессами подготовки и проведения огневых испытаний мощных ЖРД. Сборник трудов НПО Энергомаш № 22 2004г., стр. 219−230.
  2. В.Е., Дрегалин А. Ф., Тишин А. П. Теория ракетных двигателей. Под редакцией академика В. П. Глушко. М.: Машиностроение, 1980.-533 с.
  3. А.И., Белов С. В., Рутовский Н. Б., Соловьев Е. В. Основы теории автоматического управления ракетными двигательными установками. М.: Машиностроение, 1986. -456 с.
  4. Н.М., Уваров E.H. Расчет и проектирование реактивных систем управления космических летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1974, -199 с.
  5. Е.Б., Сырицын Т. А., Мазинг Г. Ю. Статика и динамика ракетных двигательных установок. Книга II. Динамика, М.: Машиностроение, 1978. -320 с.
  6. .Ф. Автоматическое регулирование жидкостных ракетных двигателей. М.: Машиностроение, 1989. -296 с.
  7. В.В., Базаров В. Г. Дросселируемые жидкостные двигатели. -М.: Машиностроение, 1985, -168 с.
  8. В.В., Рутовский Н. Б., Соловьев Е. В. Комплексная оптимизация двигательных установок систем управления. — М.: Машиностроение, 1983, -184 с.
  9. И.Н. Автоматическое регулирование. М: Машиностроение, 1978.—736 с.
  10. Ю.Козлов A.A., Новиков В. Н., Соловьев Е. В. Системы питания и управления жидкостных ракетных двигательных установок. М.: Машиностроение, 1988, -352 с.
  11. Р. Цифровые системы управления. М.: Мир, 1984. —541 с.
  12. .Ф. Математические модели пневмогидравлических систем. -М.: Наука, 1986. -368 с.
  13. П.Г. Точность систем автоматического регулирования ЖРД и TP Д. М.: Машиностроение, 1977. -160 с.
  14. .И., Семенов В. И., Чванов В. К., Челькис Ф. Ю. Двигатель РД171М. Сборник трудов НПО Энергомаш № 22 2004г., стр. 55−80.
  15. В.Я., Васин A.C., Гликман Б. Ф. Техническая диагностика пневмогидравлических систем ЖРД. — М.: Машиностроение, 1983, -206 с.
  16. К.А., Пронь JI.B., Сердюк A.B. Летные испытания жидкостных ракетных двигателей. М.: Машиностроение, 1977, —189 с.
  17. В.Ф. Динамика жидкостных ракетных установок. М.: Машиностроение, 1983,-248 с.
  18. E.H. Настройка ЖРД в процессе приемосдаточных испытаний, Общероссийский научно-технический журнал «Полет», № 6 2007г., стр. 49−53.
  19. А.Н., Медведев В. К., Ромасенко И. А. Уточнение показаний турбинных расходомеров в магистралях компонентов топлива по результатам огневых стендовых испытаний двигателей РД180. Сборник трудов НПО Энергомаш № 21 2003г., стр. 287−299.
  20. В.И. Имитаторы параметров регулирования при огневых испытаниях ЖРД. Сборник трудов НПО Энергомаш № 22 2004г., стр. 231+242.
  21. .И., Чванов В. К., Фатуев И. Ю. и др. Исследование характеристик модернизированного двигателя РД171М при его сертификационных испытаниях. Сборник трудов НПО Энергомаш № 23 2005г., стр. 182-^203.
  22. В.К., Челькис Ф. Ю. и др. Технический отчет РД171М.ТО.728−005−04. «Отчет, по результатам сертификационных испытаний двигателя РД171М №А138», НПО Энергомаш, 2004, стр. 401.
  23. .И., Чванов В. К. и др. Технический отчет РД191.Т0.728−0805−03. «Отчет по результатам испытаний двигателя РД191 №Д003», НПО Энергомаш, 2003, стр. 183.
  24. В.К., Сёмина E.H. и др. Технический отчет РД191.ТО.72 815.06. «Отчет по результатам испытаний двигателя РД191 №Д004», НПО Энергомаш, 2006, стр. 67.
  25. В.К., Сёмина E.H. и др. Технический отчет РД191.Т0.72 816.06. «Отчет по результатам испытаний двигателя РД191 №Д005», НПО Энергомаш, 2006, стр. 182.
  26. В.К., Сёмина E.H. и др. Технический отчет РД191.Т0.728−16−07. «Отчет по результатам испытаний двигателя РД191 №Д006», НПО Энергомаш, 2007, стр. 100.
  27. В.К., Сёмина E.H. и др. Технический отчет РД191 .ТО.728−029−07. «Отчет по результатам испытаний двигателя РД191 №Д007», НПО Энергомаш, 2007, стр. 92.
  28. В.К., Сёмина E.H. и др. Технический отчет РД191.Т0.728−12−08. «Отчет по результатам испытаний двигателя РД191 №Д008», НПО Энергомаш, 2008, стр. 123.
  29. Н.П., Сердюк A.B. Моделирование испытаний ЖРД. М.: Машиностроение, 1975,-184 с.
  30. Д.И. Динамика и регулирование гидро- и пневмосистем. М.: Машиностроение, 1977,-423 с.
  31. Пневмогидравлические системы двигательных установок с жидкостными ракетными двигателями Под редакцией В. Н. Челомея. — М.: Машиностроение, 1978, —240 с.
  32. A.A., Калнин В. М., Науменкова Н. В., Дятлов В. Г. Теория автоматического управления ракетными двигателями. М.: Машиностроение, 1978. —228 с.
  33. .И., Семенов В. И., Чванов В. К., Челькис Ф. Ю. Разработка и внедрение на мировой рынок мощного маршевого ЖРД РД180. Сборник трудов НПО Энергомаш № 21 2003г., стр. 150-^171.
  34. .П., Колбасенков А. И. Двигатель РД180. Расчет влияния внешних и внутренних факторов на параметры двигателя. НПО Энергомаш, 1998.
  35. Д.И., Сёмина E.H., Стороженко И. Г., Черных В. И. Управление ЖРД с помощью шаговых электрогидроприводов. Сборник трудов НПО Энергомаш № 24 2006г., стр. 130ч-139.
  36. E.H. Обеспечение высокой точности при управлении и регулировании многорежимных ЖРД с помощью шаговых электрогидроприводов, Межотраслевой научно-технический журнал «Конверсия в машиностроении», № 6 2006г., стр. 32−36.
  37. В.К., Челькис Ф. Ю. и др. Технический отчет РД180.Т0.7285.98. «Отчет по результатам стендовой отработки двигателя РД180, tпредшествующей его сертификации», НПО Энергомаш, 1998, стр. 414.
  38. .И., Сёмина E.H. и др. Технический отчет РД180.ТО.728−14−99. «Отчет по результатам сертификации двигателя РД180», НПО Энергомаш, 1999, стр. 401.
  39. В.К., Челькис Ф. Ю. и др. Технический отчет РД180.Т0.728−018−00. «Отчет по результатам испытаний двигателя РД180 по программе, «Дельта-сертификация» в 2-х частях, НПО Энергомаш, 2000, стр. 543.
Заполнить форму текущей работой

На отлично!