загрузка...
загрузка...
На головну

Завдання автоматики, її властивості

Дивіться також:
  1. I. Завдання курсу
  2. I. До чого прагне педагогіка, якою вона має бути і в чому її завдання?
  3. I. Основні завдання та напрямки внутрішньої політики.
  4. I. Цілі і завдання вивчення дисципліни
  5. II. Основні цілі і завдання Програми
  6. II. Предмет, завдання фізіології рослин
  7. II. Цільові завдання
  8. II. Цільові завдання
  9. II. Цільові завдання.
  10. II. Цільові завдання.
  11. II. Цілі і завдання демографічної політики в концепціях РФ
  12. III. Завдання армій (районів прикриття) і плани їх виконання

Автоматика. Запуск і зупинка ЖРД.

При проектуванні ПГС двигуна велика увага приділяється розробці системи автоматики, в якій висвітлюються основні агрегати та елементи.

У ЖРД незалежно від системи подачі палива всі операції по обслуговуванню і підготовці до запуску, сам запуск, вихід і робота на режимі, його зміни, останов і інші операції здійснюються автоматично, т. Е. Без участі людини. Автоматична робота двигуна забезпечується системою автоматики, яка є необхідною частиною будь-якого ЖРД як з витіснювальний, так і з насосною подачею палива.

В автоматиці ЖРД розрізняють три основні виконувані функції: управління, регулювання та обслуговування двигуна. У першому випадку, система автоматичного управління (САУ) забезпечує виконання 'будь-якої операції, наприклад, запуск двигуна. Тут шляхом строго послідовного включення різних агрегатів, елементів і систем двигун "виводиться" на заданий режим роботи. У другому випадку система автоматичного регулювання (САР) забезпечує підтримку на заданому рівні і зміна за заданою програмою або спеціальними командами будь-якого параметра, наприклад значення тяги. Нарешті, в третьому випадку система автоматики повинна забезпечувати обслуговування двигуна, наприклад перед запуском здійснювати контроль заправки різних ємностей рідкими і газоподібними компонентами, тиску в них, положення і стану різних агрегатів, елементів і систем двигуна і їх готовності до запуску і т. П.

З усіх цих функцій автоматики безпосередніми її завданнями є:

1) регулювання і зміна значень тяги і співвідношення компонентів;

2) управління операціями запуску і зупинки;

3) управління і регулювання роботою систем наддуву баків;

4) управління роботою системи управління вектором тяги;

5) забезпечення контролю і управління роботою всього двигуна в цілому.

Для вирішення цих та інших завдань у складі двигуна є технічні засоби, які включають сукупність різних агрегатів, механізмів, конструктивних елементів і спеціальних систем. Цю сукупність пристроїв, що забезпечують управління, регулювання та обслуговування двигуна зазвичай і називають автоматикою ЖРД.

Серед пристроїв автоматики найбільш численними є клапани, дроселі та регулятори; пневмо- і гідравлічні системи, електрична мережа. Сюди ж входять різні датчики та вимірювачі тиску, витрати, температури і тл. Нарешті, в системі автоматики можуть бути спеціальні лічильно-вирішальні пристрої, мікропроцесори і ЕОМ. Зауважимо, пристроїв автоматики в сучасних двигунах може бути кілька десятків, і вони становлять 20 ... 25% маси двигуна, а іноді і більше.

Найбільш численними пристроями автоматики є агрегати управління - клапани. Вони встановлюються на окремих ділянках різних трубопроводів, по яких рухається потік робочих тел -рідку або газоподібних. Їх призначення - забезпечити або повне герметичне поділ двох ділянок трубопроводів, або часткове. Відповідно до цього клапани мають два або три положення: в першому випадку - двопозиційний клапан з положеннями "Закрито" або "Відкрито", у другому випадку - трьохпозиційний клапан з проміжним положенням "Частково відкрито".

За типом приводу клапани можуть бути пневматичні, гідравлічні, електромеханічні і електромагнітні. Для одноразового спрацьовування широко використовуються пироклапана (з піропріводом). Клапани поділяються на відсічні (запірні), дренажні, запобіжні, заправні, зливні і зворотні. Запірні клапани служать для відсічення потоку робочого тіла, що рухається по трубопроводу. Дренажні клапани використовуються для випуску назовні пари компонента або газів з окремих ділянок трубопроводів, порожнин або ємностей. Запобіжні клапани автоматично відкриваються при перевищенні тиску на ділянці трубопроводу або в ємності вище встановленого для випуску з них назовні парів або газів. Зливні клапани служать для зливу компонентів з ділянок трубопроводів і ємностей.

Через заправні клапани відбувається заправка ємностей рідкими і газоподібними компонентами. Зворотні клапани пропускають потік рідини або газу тільки в одному напрямку.

У схемах багатьох двигунів одноразового використання часто використовуються так звані мембранні клапани. Їх особливість полягає в тому, що в початковому положенні ділянки трубопроводів розділені мембраною. У потрібний момент, наприклад при запуску, мембрана розривається або спеціальним пристроєм, або під дією певного тиску на ділянці трубопроводу ..

Менш численні, ніж клапани, агрегати регулювання - дроселі та регулятори. Призначення перших - плавну зміну місцевого гідравлічного опору на окремих ділянках трубопроводів. Призначення друге - підтримка або зміна за певним законом або програмою витрат компонентів або їх тиску на відповідних ділянках трубопроводів.

Для управління клапанами і регуляторами, а також виконання операцій при запуску і зупинці двигуна до складу автоматики можуть входити балони зі стисненим газом для пневмосистем, продувки і розкручування турбіни; ємності для зберігання рідких і газоподібних компонентів, що використовуються для запалювання при запуску, і інші допоміжні пристрої, необхідні для функціонування схеми двигуна. Наприклад, важливими елементами є трубопроводи пневмо- і гідросистем автоматики, фільтри, арматура. Нарешті, до автоматики можна віднести датчики телеметрії, необхідні для подальшого аналізу і оцінки роботи двигуна. Приклади конструктивного виконання різних агрегатів і елементів автоматики ЖРД наведені нижче.

У більшості випадків одноразового застосування двигунів з досить простий програмою їх роботи приведення в дію системи управління двигуна зводиться до подачі команд на запуск, перехід на інші режими роботи або на останов. Всі операції і відповідна послідовність із заданими тимчасовими інтервалами спрацьовування, включення і виключення різних агрегатів і систем, необхідні для запуску, переходу на інші режими роботи і зупинки, забезпечуються автоматикою управління самого двигуна.

Подача команд проводиться бортовий або наземною системою управління ЛА, яка в залежності від програми, траєкторних і інших даних виробляє відповідні команди і посилає їх безпосередньо пристроїв автоматики управління двигуном. У цих випадках схема двигуна має жорстку або "вбудовану" програму управління, здійснювану автоматикою двигуна.

З розвитком ракетної техніки і появою двигунів багаторазового використання, по-перше, значно ускладнилися схеми і конструкції двигунів і, по-друге, значно зросло значення виконуваних ЛА завдань.

У цих умовах виникає необхідність безперервного управління двигуном по складним і гнучким програмам. Таке управління може здійснювати спеціальна система управління двигуном, що має в своєму складі ЕОМ. Вона включає установку в різних точках трубопроводів і агрегатів численних датчиків, що вимірюють різні параметри: тиск, витрата, температуру, частоту обертання, а також частоти і рівні амплітуд вібрацій, значення зазорів обертових елементів ТНА, деформацій напружених елементів конструкцій і т. П. Показання датчиків безперервно зчитуються системою управління. Ці дані аналізуються і порівнюються з їх заданими граничними значень ЕОМ. В результаті виробляються певні рішення, які в формі команд також безперервно передаються на виконання відповідних пристроїв автоматики.

Прикладом такої керуючої системи може служити система управління двигуном SSME, схема якої приведена на рис.1. Основою системи управління двигуном тут служить спеціальна ЕОМ, звана контролером. Контролер виконує велике коло завдань: 1) забезпечує зв'язок двигуна з керуючої ЕОМ ЛА; 2) виробляє за програмою передстартову перевірку стану двигуна, його систем і агрегатів і їх готовність до запуску; 3) здійснює контроль положення і стану клапанів і блоку запалювання; 4) виконує всю послідовність операцій по запуску двигуна - захолажіваніе трубопроводів, заповнення порожнин насосів компонентами, попередню продувку порожнин за головними клапанами, включення запалювання і т. Д .; 5) керує і регулює тягу і співвідношення компонентів в двигуні і ЖГГ на всіх режимах його роботи; 6) виявляє граничні або небезпечні режими роботи окремих пристроїв і агрегатів двигуна і забезпечує необхідне регулювання його параметрів; 7) виявляє нештатні ситуації в системах і агрегатах двигуна і вживає заходів, що забезпечують штатний продовження роботи; 8) після

Мал. 1 Схема системи управління двігаталем SSME багаторазового транспортно-космічного корабля "Спейс шаттл"

завершення польоту передає в бортову ЕОМ управління ЛА всю інформацію про робочі характеристики і стан двигуна, його агрегатів і систем для подальшого обстеження і профілактики.

2. Регулювання тяги і співвідношення компонентів палива.

Загальна схема регуляторів. Це найбільш складні в конструктивному відношенні агрегати, які складаються з ряду елементів. Загальна схема побудови регулятора і склад його елементів-ланок наведені на рис.2, а; на рис.2, б і в показана спрощена конструктивна схема регулятора тиску - одна з багатьох варіантів. Як видно з малюнка, регулятор складається з декількох послідовних елементів - ланок. Об'єктом регулювання (ОР) 1 є гідравлічний контур, через який протікає витрата тпрі тиску на виході р. Через вплив різних чинників витрата і тиск постійно відхиляються від заданих значень. Завдання даного регулятора - підтримувати заданий тиск р - Регульований параметр. Зауважимо, якщо за регульованим об'єктом споживач витрати має постійне гідравлічне опір, то підтримка р = Const рівносильно підтримці т ~ const. Другим елементом є відчутно-порівняльне пристрій (ЧСУ). Призначення ЧСУ - вимірювати поточне значення регульованого параметра р, яке надходить сюди по лінії обратноей зв'язку 5, порівнювати його значення з заданим р3ад и виробляти сигнал, пропорціоналний


Мал. 2. Загальна схема і склад регулятора:

а - об'єкт регулювання; б - наочна схема регулятора тиску; в - одна зі схем ЧСУ з механічним завданням Р3ад'; 1-об'єкт регулювання; 2 - ЧСУ; 3 -преобразовательно-підсилювальний пристрій з сервоприводом; 4 - виконавчий механізм; 5 - лінія зворотного зв'язку; СУ - система управління.

значенням неузгодженості ? Р = рзад -р. В даному випадку цим сигналом служить переміщення штока золотника

(Див. Елемент 3).

Значення? Р = р зад може здаватися: а) постійної налаштуванням регулятора, яка не змінюється в польоті; б) системою управління двигуном, яка в польоті може перенастроювати значення рзад в Відповідно до траекторного і іншими даними.

Наступним елементом є преобразовательно-підсилювальний пристрій з сервоприводом 3. Призначення цього пристрою - відповідно до котрі вступили з ЧСУ сигналом, який викликає переміщення штока золотника, виробити достатню зусилля і потрібний напрямок для зміни положення виконавчого механізму 4, яким тут служить заслінка. Виконавчий механізм, який відповідно до переміщенням штока (в даному випадку сервоприводу) змінює своє положення, впливає на поточне значення регульованого параметра - тиску за дросельною заслінкою. Лінія зворотного зв'язку 5, передає поточне значення, наприклад, тиску р в ЧСУ.

Всі регулятори тяги і співвідношення компонентів ЖРД, незважаючи на різноманітність їх конструктивних схем, можуть бути двох типів: вони підтримують на виході регулятора постійним або тиск компонента, або його витрата. Причому оскільки витрата через даний гідравлічний контур залежить від гідравлічного опору, то все регулятори працюють за принципом його зміни. Тому всі вони оснащені дросселями, у яких затворні пристрої (а їх конструкцій безліч) переставляються сервоприводом в те положення, при якому забезпечується підтримання регульованого параметра на заданому рівні.

Основні схеми регуляторів ЖРД.На рис.2, б була детально розглянута схема регулятора тиску, який іноді називають рідинним редуктором. Точність роботи такого регулятора приблизно 2 ... 5%.

На рис.3, а показана поширена схема регулятора витрати. Вимірювальним елементом тут є звужується частина трубопроводу 1. Відчутно-порівняльне пристрій 2 заміряє поточне значення різниці тиск DР = р1 - р2, якої, як відомо, пропорційний квадрат витрати, і порівнює з її заданою величиною? Рзад. Відповідно до неузгодженістю

8 Ар = (? Рзад - ? Р) ланка 3 виробляє "вказівку" на зміну положення дроселя 4. Точність роботи такого регулятора 2 ... 4 %.

На рис.3, б показана більш досконала і складна схема регулятора витрати. У даній схемі вимірювальним елементом є вертушка або турбинка 1, вміщена в потік. Витрата пропорційний її частоті обертання. Відчутно-порівняльне пристрій 2 порівнює сигнал, пропорційний частоті обертання турбіни п, із заданою її частотою обертання nзад і виробляє сигнал, пропорційний неузгодженості ?n = (nзад - П). В Відповідно до його значенням ланка 3 дає вказівку на зміну положення дроселя 4. Точність роботи такого регулятора може досягати

1 ... 2%.

Регулювання тяги двигуна практично може здійснюватися кількома шляхами.



m = const m

m = const

 ? Рзад= р12

1. Регулювання витрати компонентів, що надходять в ЖГГ. така

Рис.3. Схеми регуляторів витрати:

а вимірювальний елемент - трубка Вснтурі; б - вимірювальний елемент - турбинка або вертушка; 1 - вимірювальний елемент; 2 - чутливо-порівняльне пристрій; 3 - преобразовательно-підсилювальний пристрій з сервоприводом; 4 -виконавчий механізм

Рис.4. Схема регулювання тяги шляхом регулювання витрат компонентів в ЖГГ на основі регуляторів тиску (регулятор тяги Рр і регулятор співвідношення компонентів РКm м г) І зміни співвідношення компонентів камери за вказівкою системи спорожнення баків (СОБ) за допомогою регулятоpa PКm:

Ок - окислювач; Г - пальне; АЛЕ - насос окислювача; НГ - насос пального; Т - турбіна; СУ - система управління

схема приведена на рис.4. Вона відноситься до двигуна без допалювання генераторного газу, одержуваного в двокомпонентному ЖГГ. регулятор

тяги Рр тут є звичайним регулятором тиску. Він встановлюється на трубопроводі харчування окислювачем відновного ЖГГ, витрата якого в цьому випадку найменший. Одночасно з регулятором тяги на трубопроводі харчування пальним ЖГГ встановлюється ще один регулятор тиску - коректор співвідношення компонентів РКm м г

Регулятор тяги, підтримуючи заданий тиск подачі окислювача на вході в ЖГГ і змінюючи його по командам системи управління, регулює витрата окислювача в ЖГГ. Регулятор або коректор співвідношення компонентів, підтримуючи заданий тиск подачі пального на вході в ЖГГ або змінюючи його залежно від тиску окислювача, регулює витрата пального і тим самим підтримує співвідношення компонентів в ЖГГ на заданому рівні.

Ця схема регулювання тяги досить надійна. Вона допускає регулювання тяги в великому діапазоні і добре виправдала себе на практиці.

2. Регулювання співвідношення компонентів в ЖГГ.

Ця схема приведена на рис. 5. Вона використовується в двигунах з дожиганием генераторного газу, якщо потрібне регулювання тяги в невеликих межах по верхньому значенню, наприклад 5 ... 8% номінального її значення.


Рис.5. Схема регулювання тяги шляхом регулювання співвідношення компонентів в ЖГГ на основі регулятора тиску - регулятор тяги Pp. Схема зміни співвідношення компонентів камери за вказівкою лічильно-вирішального пристрою (ШПУ) витрати компонентів - регулятор співвідношення компонентів РКm м г

Тут регулятор тяги Рр також є регулятором тиску подачі, в даному випадку пального в окислювальний ЖГГ. У цій схемі регулятор тяги встановлюється на лінії живлення ЖГГ додатковим (або присадним) компонентом. Регулятор підтримує тиск подачі пального в ЖГГ відповідно до тиску подачі окислювача. У цьому випадку він виконує функцію регулятора співвідношення компонентів в ЖГГ РКm м г

Разом з тим регулятор по сигналу системи управління може змінювати свою настройку і тим самим змінювати задане співвідношення компонентів Kmг г зад. зміна Kmг г зад призводить до зміни термодинамічних параметрів генераторного газу, головним чином, твори (RT)г г, Відповідно до якого буде змінюватися наявна потужність турбіни і далі послідовно будуть змінюватися тиск подачі компонентів в камеру двигуна, тиск в камері згоряння і тяга.

Природно, при такому регуляторі зміна Km м г можливо в обмеженому діапазоні. Максимальне значення (Kmr.r) max обмежується зростанням температури генераторного газу, що стає небезпечним для турбіни, особливо в разі окисного ЖГГ; мінімальне значення

(Km м г)min також обмежується головним чином погіршенням змішання, появою навіть в окислювальному ЖГГ твердої фази - вуглецю - і, нарешті, припиненням горіння. Тому ця схема регулювання тяги через температурних обмежень генераторного газу має дуже обмежені межі її зміни в порівнянні з номінальним значенням тяги.

3. Регулювання тиску подачі компонентів на вході в камеру двигуна. Ця схема приведена на рис.6. Тут встановлюються два регулятора тиску відповідно на лініях окислювача і пального Рр ок і Ррг. регулятор Ррг підтримує заданий тиск подачі пального в камеру згоряння або його змінює відповідно до "вказівками"

Рис.6. Схема регулювання тяги і співвідношення компонентів шляхом регулювання тиску подачі компонентів на вході в камеру на основі регуляторів тиску Рр ок і Ррг

Об'єкти управління і їх властивості. «-- попередня | наступна --» Витрат компонентів на вході в камеру на основі регуляторів витрати
загрузка...
© om.net.ua