[1]Предложенные изобретения относятся к авиационной технике, а именно к системам авиационного вооружения с принудительным катапульным отделением от носителя авиационных грузов, таких как бомбы, контейнеры и ракеты.
[2]Применение принудительно-катапультного отделения авиационных грузов продиктовано необходимостью обеспечения безопасности отделения без взаимного повреждения как носителя, так и груза, а также воздействием больших аэродинамических сил.
[3]Известны способы сброса грузов (см. патенты RU 2402460 от 2006 г. и US 7648104 от 2010 г.), в которых сброс осуществляется путем подачи сжатого газа или жидкости в полости цилиндров переднего и заднего толкателей по заранее установленному закону изменения давления.
[4]Достоинством указанных способов является простота схемы управления, которая заключается только в задействовании пневмосети или последовательности задействования газовой и гидравлической сетей.
[5]Недостатком указанных способов является их неадаптивность к внешним и внутренним факторам, из-за отсутствия в контурах управления обратных связей по возмущающим в процессе полета факторам.
[6]Наиболее близким способом, принятым за прототип является способ сброса груза, реализованный в устройстве «балочного держателя» (патент RU 2521446 от 2012 г.), в котором задействованы контуры обратных связей по внешним возмущающим факторам.
[7]В указанном способе измеряют линейные ускорения (перегрузки) на корпусе балочного держателя, в переднем и заднем толкателях; рассчитываются требуемые значения кинематических параметров движения центра масс груза и движения вокруг центра масс; по измеренным перегрузкам рассчитывают текущие значения кинематических параметров движения груза; по разности линейных скоростей требуемых (заданных) и текущих значений формируют управляющие сигналы на гидроприводы переднего и заднего толкателей с определенными весовыми коэффициентами.
[8]Достоинством этого способа является наличие контуров обратной связи, обеспечивающих адаптивный способ сброса к воздействию изменяющихся внешних факторов. Этот способ позволяет автономно без получения предварительных данных о действующих на груз аэродинамических нагрузках обеспечить безопасное отделение груза на всех боевых режимах полета носителя.
[9]Недостатком указанного способа является отсутствие адаптивности к внутренним воздействующим факторам. Так угловая скорость движения груза относительно центра массы задается постоянной на всех режимах полета, а линейная скорость движения центра массы не имеет ограничения по максимально допустимой величине, что может привести к неустойчивости системы стабилизации груза.
[10]Устройство по реализации принудительного способа сброса, взятого за прототип (Патент RU 2521446 за 2012 г.), содержит корпус с размещенным на нем пироприводом, выполненным на основе двухполостного цилиндра, одна полость которого является полостью сгорания, а вторая - полостью сжатия рабочей жидкости, последняя через гидрораспределитель связана с гидроцилиндрами переднего и заднего гидротолкателей, на гидротолкателях и корпусе размещены датчики линейных перегрузок, выходные обмотки которых соединены с вычислительным блоком.
[11]Достоинством этого устройства является то, что в качестве исполнительных механизмов переднего и заднего толкателей использованы гидросистемы, содержащие гидроцилиндры с электрогидроклапанами. Использование гидросистемы с несжимаемой рабочей жидкостью позволяет повысить быстродействие сброса по сравнению с пневмосистемой.
[12]Недостатком указанного устройства является то, что в гидросистеме использованы однополостные гидроцилиндры с гидроклапанами, изменяющими подачу жидкости под давлением в этой полости. Такой элементный состав гидросистемы не позволяет по необходимости эффективно тормозить гидротолкатели.
[13]Задачей заявляемого изобретения является повышение качества принудительного сброса груза.
[14]Техническим результатом является повышение качества принудительного сброса груза, исключение возможности возникновения аварийных ситуаций и неустойчивости системы стабилизации груза путем создания ее адаптивности как к внешним, так и к внутренним факторам; повышение эффективности управления гидротолкателями, заключающееся в возможности как разгонять, так и тормозить гидротолкатели при их кратковременном движении за счет использования гидрораспределителей с двумя выходами и двухполостных цилиндров гидротолкателей.
[15]Заявленный технический результат достигается тем, что в известном способе принудительного сброса - катапультирования груза, закрепленного узлами крепления с гидротолкателями, заключающемся в том, что измеряют линейные ускорения на корпусе, на штоках переднего и заднего гидротолкателей; рассчитывают заданные значения кинематических параметров движения центра масс груза и вокруг центра масс в зависимости от режима полета; рассчитывают по измеренным перегрузкам текущие значения кинематических параметров движения груза; формируют управляющие сигналы на гидрораспределители переднего и заднего гидротолкателей с определенными весовыми коэффициентами, согласно заявляемому изобретению, управляющие сигналы гидрораспределителей переднего и заднего гидротолкателей формируют в два этапа: на первом этапе управляющие сигналы формируют по разности заданных и текущих значений линейных и угловых ускорений до момента выполнения условий V=Vзад и ω=ωзад, где V, Vзад и ω, ωзад - текущие и заданные значения линейных и угловых скоростей, текущие угловые ускорения ω, т.е. управление катапультированием адаптивно к внешним факторам; на втором этапе в оставшееся время до отделения груза управляющие сигналы формируют по разности заданных и текущих значений линейной и угловой скоростей, т.е. управление катапультированием адаптивно к внутренним факторам.
[16]Сущность предлагаемых технических решений поясняется чертежом.
[17]На фиг. 1 приведена функциональная схема заявленных способа и устройства принудительного сброса-катапультирования груза.
[18]Устройство принудительного сброса-катапультирования груза содержит вычислительный блок 1, состоящий из трех блоков: блока расчета начальных условий 1.1, блока расчета текущих значений 1.2 и блока управления гидрораспределителями 1.3; пиропривод 2, который размещен в корпусе (на фиг. 1 не показан) и выполнен на основе двухполостного цилиндра. Полость 3 пиропривода 2 является полостью сгорания, а полость 4 - полостью сжатия рабочей жидкости. Полость 4 через гидрораспределители 5.1 и 5.2 связана с гидроцилиндрами 6.1 и 6.2 переднего 7.1 и заднего 7.2 гидротолкателей. Гидроцилиндры 6.1 и 6.2 переднего 7.1 и заднего 7.2 гидротолкателей выполнены двухполостными, каждая полость которых соединена с одним из выходов гидрораспределителей 5.1 и 5.2 соответственно. Гидрораспределители 5.1 и 5.2 выполнены с регулированием подачи рабочей жидкости, как по величине, так и по направлению. На гидротолкателях 7.1 и 7.2 и корпусе блочного держателя размещены датчики линейных ускорений 8.1 и 8.2 и 8.0 соответственно. Выходы датчиков линейных ускорений соединены с входами вычислительного блока 1.
[19]Способ и устройство принудительного сброса-катапультирования груза работают следующим образом.
[20]При запуске процесса принудительного сброса-катапультирования от бортового центрального вычислителя летательного аппарата (на фиг. 1 не показан) в вычислительный блок 1 вводят начальные условия полета. В состав начальных условий входят геометрические и механические характеристики груза (масса, момент инерции относительно поперечной оси, расстояние между центром масс и точками приложения силы гидротолкателей) и устройства отделения (начальное давление пиропатрона, начальный объем полости сгорания пиропривода 2, масса пороховой навески, площади поршней пироцилиндра и гидроцилиндров 6.1, 6.2, гидротолкателей), а также требуемые параметры отделения груза (вертикальная скорость центра масс груза, угловая скорость груза).
[21]В блоке начальных условий 1.1 формируется команда о воспламенении пиропатрона пиропривода 2 и передается информация в блок расчета текущих значений 1.2 о заданных значениях линейных азад, Vзад и угловых ωзад, εзад ускорений и скоростей движения центра масс и вокруг центра масс в зависимости от режима полета.
[22]В блок 1.2 одновременно поступают сигналы о линейных ускорениях (перенагрузках), измеренных датчиками линейных ускорений 8.0, 8.1, 8.2. По измеренным перегрузкам путем интегрирования рассчитывают текущие значения кинематических параметров движения груза a, V и ω, ε.
[23]Далее формируют сигналы управления гидрораспределителями как разность заданных и текущих значений кинематических параметров:
[24]Δε=εзад-ε; Δω=ωзад-ω;
[25]Δa=азад-a; ΔV=Vзад-V.
[26]Такое управление по ошибкам, вызванным отклонениями возмущающего фактора от заданного значения, обуславливает адаптивность к данному возмущающему фактору.
[27]В блоке управления гидрораспределителями 1.3 сигналы управления формируются в два этапа.
[28]На первом этапе управляющие сигналы формируют по разности заданных и текущих значений линейных и угловых ускорений до момента выполнения условий:
[30]На этом этапе управление осуществляется по ошибкам ускорений, возникающих от внешних аэродинамических нагрузок, т.е. управление аддаптивно к воздействию изменяющихся внешних факторов.
[31]На втором этапе в оставшееся время до отделения груза управляющий сигнал формируют по разности заданных и текущих значений линейных и угловых скоростей, т.е. по ошибкам этих скоростей, вызванных конструкционными особенностями катапультирующего устройства, что обуславливает адаптивность к воздействию изменяющихся внутренних факторов.
[32]Управляющие сигналы пропорциональные ошибкам линейных Δа и угловых Δε ускорений суммируют, как и сигналы пропорциональные ошибкам линейных ΔV и угловых Δω скоростей, усиливают с определенными весовыми коэффициентами и подают на гидрораспределители 5.1 и 5.2.
[33]В результате сгорания пороха в пиропатроне в двухполостном пироприводе 2 в полости сгорания 3 увеличивается давление, которое сжимает рабочую жидкость в полости сжатия 4. В результате давление рабочей жидкости поступает в гидрораспределители 5.1 и 5.2.
[34]В зависимости от величины и знака управляющих сигналов гидрораспределители 5.1 и 5.2 распределяют поток рабочего тела в полости гидроцилиндров 6.1 и 6.2. Усилие, создаваемое поршнями гидроцилиндров 6.1 и 6.2 зависит от перепада давлений в полостях, а их скорость от распределяемого расхода гидрораспределителями 5.1 и 5.2. Поршни с гидротолкателями 7.1 и 7.2 выдвигаются, преодолевая силы сопротивления со стороны груза. Датчики линейных ускорений 8.1 и 8.2, размещенные на гидротолкателях, измеряют их ускорения, а датчик линейных ускорений 8.0 собственное ускорение летательного аппарата.
[35]В результате обработки в вычислительном блоке сигналов, измеренных датчиками линейных ускорений 8.1 и 8.2, размещенными на гидротолкателях 7.1 и 7.2; учета собственного ускорения летательного аппарата, измеряемого датчиком 8.0, размещенным на корпусе ЛА, получают относительные текущие кинематические параметры движения груза. Из этих параметров вычитают заданные значения и получают ошибки в контурах следящих систем по линейным угловым ускорениям и скоростям. Ошибки контуров следящих систем используют для управления гидрораспределителями, выполненными с двумя выходами, каждый из которых соединен с одной из полостей гидроцилиндров, выполненных двухполостными. При этом управление гидроцилиндрами гидротолкателей осуществляется в два этапа: на начальном этапе движения груза отслеживают изменение ускорений, т.е. обрабатывают действия внешних факторов, а при достижении требуемых скоростей, необходимых для сброса груза, отслеживают их изменения, т.е. обрабатывают действия внутренних факторов.
[36]Таким образом, отслеживание внешних и внутренних факторов позволяет повысить качество принудительного сброса груза, то есть сброс становится независимым от внешних и внутренних факторов.
[37]Использование гидрораспределителей с двумя выходами и двухполостных гидроцилиндров гидротолкателей позволяет более эффективно как разгонять, так и тормозить гидротолкатели при их кратковременном движении.
