Задание.. Задача. Задание.. Литература. Методические указания

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 4Следующая ⇒

3. Задание.

Спроектировать ТГ с фильтроэлементом. Определить перепад давления на фильтре, при котором масса ТГ будет минимальна.

Исходные данные:

Вариант 1 Вариант 2

1. Давление на входе в сопловой аппарат Р_вх=100 кГ/см² ; 50 кГ/см²

2. Время работы t=100 с,

3. Массовый расход ,

4. Температурный коэффициент чувствительности u₁=0,012,

5. Показатель степени в законе горения n=0,62,

6. Плотность топлива ρ=1,55∙10^-3 кг/см³.

7. Температура газа Т=1200ºК,

8. Универсальная газовая постоянная R=4000

9. Коэффициент расхода x=0,8

Методические указания:

1. Уравнения баланса массового расхода через элементы конструкции (фильтр, сопло):

2. Уравнение газоприхода:

3.
Уравнение расхода газа через фильтр при докритическом истечении:

где:

x=0,8-коэффициент расхода фильтроэлемента,

DР=(Р_К-Р_ВХ) – перепад давления на фильтре,

S_Ф – рабочая поверхность фильтра.

4. Расход через сопло для сверхкритического перепада:

где:

5.
Выражение для массы ТТГГ:

6. Масса заряда:

7.
Масса корпуса:

где:

К_к=2,2 – конструктивный коэффициент корпуса и крышки ТГ.

8. Масса фильтра пропорциональна поверхности фильтра:

где K_ф=0,1 кг/см².

9. Масса ТТГГ с фильтром и зарядом:

где:

10. Первая производная массы ТГ по перепаду давления на фильтре и равенства её нулю, обеспечивает нахождение оптимального значения перепада, при котором масса ТГ минимальна при выполнении требования по степени очистки продуктов сгорания топлива:

11. Решая уравнение (10), находят DР_opt из выражения:

12. В курсовой работе дать описание работы ТГ, фильтроэлемента, проанализировать влияние параметров фильтра на внутрибаллистические характеристики ТГ. Привести виды фильтров и дать их конструктивное описание.

Литература:

1. А.А. Шишков, Б.В. Румянцев Газогенераторы ракетных систем, Москва, “Машиностроение”, 1981 г., стр.49

2. В.И. Лалабеков, А.В. Прилипов Газогидравлические приводы органов управления летательных аппаратов. Основы разработки, ФГУП НТЦ «Информтехника», М., 2012г., стр. 14…22.

4. Задание. Расчёт переходного процесса в ТГ на изменение площади проходного сечения сопла.

Исходные данные: Вариант 1: Вариант2:

1. Давление в камере ТГ Р=100 кГ/см² 50 кГ/см²

2. Массовый расход = 20·10^-3 кг/с

3. Закон горения топлива

где:

u₁=0,01 - коэффициент чувствительности скорости горения к температуре,

ν=0,62 - показатель степени в законе горения.

4. Начальный свободный объём V_о=500 cм³.

5. Универсальная газовая постоянная R=4000 кГ∙см/(кг·ºК).

6. Температура газа T=1200 ºК.

7. Время действия возмущения τ=20 с.

8. Изменение критического сечения Ds=0,1s_о.

9. Плотность топлива ρ=1,55∙10^-3кг/см³.

Методические указания.

1.Дифференциальное уравнение работы ТТГГ на основании уравнения сохранения массы

где:

V=V_o+S∙u₁∙P^ν∙τ - текущее значение объёма.

k=1,25 - коэффициент изоэнтропы.

3.Линеаризация уравнения (1):

С учётом:

ΔР·Δσ~0,

(Р+ΔР)^ν=Р^ν+ ν∙Р^(ν-1) ∙ΔР

получим:

или в операторах Лапласа:

где:

4. Передаточная функция ТГ при изменении критического сечения:

является апериодическим звеном первого порядка с переходной функцией на ступенчатое изменение проходного сечения в виде:

Примечание. Определение стационарного значения проходного сечения сопла производят из уравнения Бори для стационарного режима работы ТГ:

4. Описать работу ТГ в режиме динамического состояния. Привести примеры возмущающих факторов и дать анализ поведения основных параметров ТГ на их воздействие. Рассчитать коэффициент передачи К и постоянную времени Т, построить переходной процесс, используя программу MATLAB средствами Simulink для линеаризованного (4) и нелинейного (1) дифференциальных уравнений. Оценить погрешность линеаризации.

Литература

1. В.И. Лалабеков, А.В. Прилипов Газогидравлические приводы органов управления летательных аппаратов. Основы разработки, ФГУП НТЦ «Информтехника», М., 2012г., стр. 14…42.

5. Задание. Расчёт переходного процесса в ТГ на изменение площади поверхности горения.

Исходные данные: Вариант 1 Вариант 2

1. Давление в камере ТГ Р=100 кГ/см² 50 кГ/см²

2. Массовый расход = 20·10^-3 кг/с

3. Закон горения топлива

где:

u₁=0,01 - коэффициент чувствительности скорости горения к температуре,

ν=0,62 - показатель степени в законе горения.

4. Начальный свободный объём V=500 cм³.

5. Универсальная газовая постоянная R=4000 кГ∙ см/(кг·ºК).

6. Температура газа T=1200 ºК.

7. Время действия возмущения τ=20 с.

8. Возмущение ΔS=0,1S_o.

9. Плотность топлива ρ=1,55∙10^-3 кг/см³.

Методические указания.

1.Дифференциальное уравнение работы ТТГГ на основании уравнения сохранения массы

где:

V=V_o+Su₁P^ντ - текущее значение объёма.

k=1,25 - коэффициент изоэнтропы.

3.Линеаризация уравнения (1):

С учётом:

ΔР·ΔS~0,

(Р+ΔР)^ν=Р^ν+ νР^(ν-1) ΔР

получим:

или в операторах Лапласа:

где:

4. Передаточная функция ТТГГ при изменении поверхности горения:

является апериодическим звеном первого порядка с переходной функцией на ступенчатое изменение поверхности горения в виде:

Примечание:

Оценка стационарного значения поверхности горения производить по уравнению Бори:

5. Описать работу ТГ в режиме динамического состояния. Привести примеры возмущающих факторов и дать анализ поведения основных параметров ТГ на их воздействие. Рассчитать коэффициент передачи К и постоянную времени Т, построить переходной процесс, используя программу MATLAB средствами Simulink для линеаризованного (4) и нелинейного (1) дифференциальных уравнений. Оценить погрешность линеаризации.

Литература

6. Задание. Определить переходной процесс в ресивере ТГ на возмущающее воздействие в камере сгорания - изменение критического сечения сопла камеры сгорания в результате его зашлаковки.

Исходные данные:

1. Давление в камере ТТГГ Р₀=100 кГ/см²; 50 кГ/см²

2. Массовый расход = 20·10^-3 кг/с; 10·10^-3 кг/с

3. Закон горения топлива

где:

u₁=0,01 - коэффициент чувствительности скорости горения к температуре,

ν=0,62 - показатель степени в законе горения.

4. Начальный свободный объём камеры сгорания V_о=500 cм³.

5. Универсальная газовая постоянная R=4000 кГ∙см/(кг·ºК).

6. Температура газа T=1200 ºК.

7. Время действия возмущения τ=20 с.

8. Объём ресивера V_р=500 cм³.

9. Проходное сечение сопла ресивера σ_р=2σ_о.

10. Изменение проходного сечения сопла Δσ_o=0,1σ_о

11. Плотность топлива ρ=1,55∙10^-3 кг/см³.

Методические указания.

1.Дифференциальное уравнение работы ТГ на основании уравнения сохранения массы

где:

V=V_o+S₀u₁P^ντ - текущее значение объёма.

Р_р- давление в ресивере.

k=1,25 - коэффициент изоэнтропы.

3.Линеаризация уравнений (1):

С учётом:

ΔР·Δσ~0,

(Р+ΔР)^ν=Р^ν+ νР^(ν-1) ΔР

получим:

или в операторах Лапласа:

где:

4. Передаточная функция ТТГГ при изменении критического сечения:

является неминимально-фазовым звеном второго порядка с переходной функцией на ступенчатое изменение проходного сечения в виде:

Примечание. Определение стационарного значения проходного сечения сопла и стационарного давления в ресивере при отсутствии возмущения производят из уравнения Бори для стационарного режима работы ТГ:

5. Описать работу ТТГГ с ресивером в режиме динамического состояния. Привести примеры возмущающих факторов и дать анализ поведения основных параметров ТГ на их воздействие. . Рассчитать коэффициент передачи К и постоянную времени Т, построить переходной процесс, используя программу MAТLAB средствами Simulink для линеаризованного (4) и нелинейного (1) дифференциальных уравнений. Оценить погрешность линеаризации.

Литература

7. Задание. Определить переходной процесс в ресивере ТГ на возмущающее воздействие в камере сгорания - изменение поверхности горения заряда.

Исходные данные: Вариант 1 Вариант 2

1. Давление в камере ТГ Р=100 кГ/см² 50 кГ/см²

2. Массовый расход = 20·10^-3 кг/с

3. Закон горения топлива

где:

u₁=0,01 - коэффициент чувствительности скорости горения к температуре,

ν=0,62 - показатель степени в законе горения.

4. Начальный свободный объём камеры сгорания V_o=500 cм³.

5. Универсальная газовая постоянная R=4000 кГ∙cм/(кг·ºК).

6. Температура газа T=1200 ºК.

7. Время действия возмущения τ=20 с.

8. Объём ресивера V_р=500 cм³.

9. Проходное сечение сопла ресивера σ_р=2σ_о.

10. Изменение поверхности горения ΔS=0,1S_o.

11. Плотность топлива ρ=1,55∙10^-3 кг/см³.

Методические указания.

1.Дифференциальное уравнение работы ТГ на основании уравнения сохранения массы

где:

V=V_o+Su₁P^ντ - текущее значение объёма.

Р_р- давление в ресивере.

k=1,25 - коэффициент изоэнтропы.

3.Линеаризация уравнений (1):

С учётом:

ΔР·ΔS~0,

(Р+ΔР)^ν=Р^ν+ νР^(ν-1) ΔР

получим:

или в операторах Лапласа:

где:

4. Передаточная функция ТТГГ при изменении критического сечения:

является колебательным звеном с переходной функцией на ступенчатое изменение проходного сечения в виде:

где ; .

Примечание. Определение стационарного значения поверхности горения и стационарного давления в ресивере при отсутствии возмущения производят из уравнения Бори для стационарного режима работы ТГ:

5. Описать работу ТГ с ресивером в режиме динамического состояния. Привести примеры возмущающих факторов и дать анализ поведения основных параметров ТГ на их воздействие. . Рассчитать коэффициент передачи К и постоянную времени Т, построить переходной процесс, используя программу MAТLAB средствами Simulink для линеаризованного (4) и нелинейного (1) дифференциальных уравнений. Оценить погрешность линеаризации.

Литература

8. Задание. Построить эпюры требуемой и располагаемой мощности для управления поворотным соплом с эластичным шарниром (ПУС) двумя рулевыми машинами (РМ), установленными в каналах управления «рыскание – х», «тангаж – y» при постоянном давлении нагнетания на входе в РМ.

Исходные данные:

1. Давление нагнетания рабочей жидкости – P_min=Const.

2. Закон управления:

где: - сигнал по каналу рыскания, - сигнал по каналу тангажа.

3. Эскиз конструктивно компоновочной схемы ПУС и РМ в составе изделия

Методические указания

Упругий элемент ПУС (эскиз) характеризуется значительным шарнирным моментом и для управления требует применение мощных рулевых приводов. При этом, алгоритм управления положением проекции вектора тяги в каналах тангажа «y» и рыскания «x» относительно продольной оси изделия при использовании по одной рулевой машине, установленной в канале управления, строится системой управления таким образом, что координаты проекции вектора тяги не выходят за пределы окружности в соответствии с соотношением (суперпозицией) командных сигналов [1]:

где: - сигнал по каналу рыскания, - сигнал по каналу тангажа.

Ограничение командного сигнала окружностью обусловливает, независимо от направления движения проекции вектора тяги, наличие суммарной максимальной нагрузки, действующей со стороны поворотного управляющего сопла на рулевые машины величиной, не превышающей нагрузки действующей на одну рулевую машину в случае отклонении ПУС на максимальный угол непосредственно по каналу «x» или «y». В координатной плоскости управления эпюра усилий представляет собой окружность a,d,g,l радиусом F (рис.). Подобные же рассуждения относятся и к эпюре скорости V.

Рис. Круговая диаграмма шарнирного момента ПУС:

F_р,V_р - располагаемая сила и скорость рулевых машин соответственно, δ - угол поворота оси управляющего сопла относительно продольной оси изделия Х, α - угол между векторами и базовой координатой «x», F_тр,V_тр – требуемая сила и скорость рулевых машин соответственно, ЦВШ – центр вращения шарнира

Как следует из рис., в точках касания (a, d, g, l) при максимальном угле отклонения ПУС (δ_m) располагаемая и действующая силы максимальны и равны друг другу. В остальных направлениях, когда перемещаются две рулевые машины одновременно, результирующая располагаемая сила двух РМ, при сохранении в гидросистеме средствами автоматики постоянного давления питания рабочей жидкости, соответствующего минимальному уровню на входе в рулевые машины, превышает нагрузку, действующую со стороны ПУС.

Процедура расчёта требуемых и располагаемых характеристик привода:

1)Требуемые характеристики:

Требуемая характеристика скоростей для двух рулевых машин (окружность на рис.).

Проекция требуемой скорости на ось “х” и “y” соответственно имеет вид:

С учётом проекций суммарная скорость рулевых машин составляет:

Требуемая характеристика сил для двух рулевых машин (окружность на рис.):

С учётом проекций суммарное усилие от двух рулевых машин составляет:

Требуемая мощность для двух рулевых машин (окружность на рис.) имеет вид:

2)Располагаемые характеристики:

Располагаемая характеристика скоростей для двух рулевых машин (квадрат на рис.) описывается соотношениями:

- в диапазоне a=0…45º

- в диапазоне a=45…90º

Располагаемая характеристика сил для двух рулевых машин (квадрат на рис.) описывается соотношениями:

- в диапазоне a=0…45º

- в диапазоне a=45…90º

Располагаемая мощность для двух рулевых машин описывается соотношением:

- в диапазоне a=0…45º

- в диапазоне a=45…90º

Для а=45º располагаемая суммарная сила, скорость и мощность для двух рулевых машин составляют соответственно:

Из анализа диаграммы нагрузки максимальное превышение располагаемых силы и скорости над требуемыми параметрами при движении проекции вектора тяги ПУС в плоскости управления под углом α=45º достигает 40%, а мощности - в два раза.

Таким образом, при наличии в гидросистеме постоянного давления питания режим экономного использования энергии в приводе реализуется только при движении одной рулевой машины, то есть когда требуемая и раcполагаемая мощности совпадают (cм. рис. точки a, d, g, l).

Задача

Построить эпюру мощности для квадратной диаграммы мощности N_□(α) с использованием средств компьютерной программы Matlab в среде Simulink. Для упрощения построения математической модели можно использовать преобразованное относительное выражение мощности:

- в диапазоне α=0…45º

- в диапазоне α=45…90º

Расчёты провести с использованием математической модели, применяя средства Simulink.

В отчёте, кроме расчётов, представить схему вытеснительного привода с описанием работы привода и его элементов, привести основные преимущества и недостатки в сравнении с другими типами приводов.

Литература

Лалабеков В.И., Прилипов В.И. Газо-гидравлические приводы органов управления летательных аппаратов. Основы разработки. М.: ФГУП “НТЦ”Информтехника”, 2012г., - 279с. (92…98)

9.Задание.

Для вытеснительного газогидравлического привода рассчитать параметры ТГ с учётом действия круговой диаграммы нагрузки на штоки рулевых машин по каналам тангажа и рыскания “Т-Р”.

Схема привода.

Рулевые машины

ТГ

Вытеснитель

Тангаж

Рыскание

Перемещение оси”О” сопла в пределах круговой диаграммы обусловливает действие нагрузки и скоростей в соответствии с векторной суммой двух составляющих, как это показано на рис.

В соответствии с диаграммой сил одновременная работа двух рулевых машин не требует наличия максимального давления, необходимого для работы одной рулевой машины. Поэтому расчёт параметров вытеснительного источника питания целесообразно проводить, исходя из расхода соответствующего 1,4 максимальной скорости перемещения одной из РМ в сумме с непроизводительным расходом двух РМ при действии максимального давления.

Исходные данные.

Вар. 1 Вар. 2

1.Максимальное усилие со стороны сопла на шток РМ F=1000 кГ, 2000кГ.

2. Максимальная скорость штока при действии F =10 см/с.

3.Давление нагнетания рабочей жидкости Р=200 кГ/см².

4.Время работы привода t=50 с.

5. Интегральный ход 2-х РМ Н=100 см.

6.Давление нагнетания рабочей жидкости равно давлению газа в вытеснителе.

7. Закон горения топлива

где:

u₁=0,01 - коэффициент чувствительности скорости горения к температуре,

ν=0,62 - показатель степени в законе горения.

8. Непроизводительный расход в одной РМ К_ут=0,16 см⁵/(с кГ).

9. c=0,8 – коэффициент тепловых потерь.

10. Плотность топлива ρ=1,55∙10^-3 кг/см³.

11. Удельная газовая постоянная R=4000(кГ∙см)/(кг∙˚К)

12. Температура газа Т=1400˚К

Методические указания.

1.Площадь поршня рулевой машины дроссельного управления

2.Расход рабочей жидкости в рулевой машине

3. Максимальный суммарный расход, исходя из векторной диаграммы

4.Уравнение газового баланса в вытеснительном источнике питания

5. Для стационарного режима работы

6. Поверхность горения заряда ТГ

7.Длина заряда

8. Объём рабочей жидкости в баке вытеснителя

Масса заряда

10. В отчёте дать описание поступательной рулевой машины с дискретным управлением, привести кинематическую схему с указанием основных элементов и произвести расчётные работы с использованием методического указания.

Литература

1. В.И. Лалабеков, А.В. Прилипов Газогидравлические приводы органов управления летательных аппаратов. Основы разработки, ФГУП НТЦ «Информтехника», М., 2012г., стр. 86…126.

10. Задание.

Произвести расчёт параметров РМ (площади поршня силового цилиндра f, расхода рабочей жидкости Q_РМ) при заданном давлении в вытеснительном источнике питания, поверхность горения заряда ТГ которого выбрана, исходя из реализации максимальной скорости движения одной рулевой машины. При этом определить допустимое время действия максимального возмущения, в пределах действия которого давление не опускается ниже границы 0,7 Р_max.

КЛ

Вытеснитель

РМ

Тангаж

Рыскание

Перемещение оси ”О” сопла в пределах круговой диаграммы обусловливает действие нагрузки и скоростей в соответствии с векторной суммой двух составляющих, как это показано на рис.

Исходные данные.

Вар. 1 Вар. 2

1.Максимальное усилие со стороны сопла на шток РМ F=1000 кГ, 2000 кГ.

2. Максимальная скорость штока при действии F=1000 кГ =10 см/с.

3. Давление нагнетания в приводе Р=200кГ/см².

4.Время работы привода t=50 с.

5. Интегральный ход 2 РМ Н=100 см.

6.Давление нагнетания рабочей жидкости равно давлению газа в вытеснителе.

7. Закон горения топлива

где:

u₁=0,01 - коэффициент чувствительности скорости горения к температуре,

ν=0,62 - показатель степени в законе горения.

8. К_ут=0,16 см⁵/(с кГ).

9. c=0,8 – коэффициент тепловых потерь.

10. Плотность топлива ρ=1,55∙10^-3 кг/см³.

11. Свободный объём V₁=500 cм³ ,V₂=1000cм³

12. Удельная газовая постоянная R=4000(кГ∙см)/(кг∙˚К)

13. Температура газа Т=1400˚К

Методические указания.

1.Площадь поршня рулевой машины дроссельного управления

2.Расход рабочей жидкости в одной рулевой машине с учётом

3. Максимальный суммарный расход, исходя из векторной диаграммы

4. Поверхность горения заряда ТГ для

5.Уравнение баланса расхода газа в вытеснительном источнике питания

6.Решение дифференциального уравнения Бернулли имеет вид

где:

7. Подстановка допустимого давления Р=0,7·P_max даёт время действия возмущения, в течение которого обеспечивается управление нагрузкой при движении двух РМ без потери скорости

где:

4. Построить график зависимости допустимого времени действия возмущения t от показателя степени в законе горения n, приняв n=0…0.73.

5. В курсовой работе привести описание работы вытеснительного привода, описать взаимосвязанность параметров и дать основное назначение конструкции элементов, входящих в состав привода.

Литература по газовым клапанам:

1. Пневматические приводы ЛА. Под редакцией В.В. Саяпина, Машиностроение, 1992 г., стр. 17…27.

2. Регуляторы давления пневмосистем. В.А. Чащин, Москва 1988.

3. В.И. Лалабеков, А.В. Прилипов Газогидравлические приводы органов управления летательных аппаратов. Основы разработки, ФГУП НТЦ «Информтехника», М., 2012г., стр. 86…126.

11.Задание.

Рассчитать величину допустимого времени работы вытеснительного привода в режиме вибрационной линеаризации в командном сигнале системы управления. Режим вибрационной линеаризации (ВЛ) обеспечивает снятие сухого трения в органах управления заслоночного типа, работающих в условиях течения продуктов сгорания твёрдого топлива.

Исходные данные: Вар.1

1. Интегральный угол поворота 8 рулевых машин F=21500°.

2. Количество РМ n=8.

3. Время работы привода t_РП=70 с.

4. Эффективная площадь поршня поворотной РМ f=4см².

5. Угол поворота вала РМ j=±33°.

6. Плечо действия момента на выходном валу в РМ L=1,1 см.

7. Ход поршня, соответствующий максимальному углу поворот h=L∙tg(j_max) h=0,715 cм.

8. Допустимый суммарный объём бака V_S=3500 cм³.

9. Время действия режима вибрационной линеаризации t_АК=0…70 с.

10. Амплитуда колебаний вала в режиме ВЛ А=3°.

11. Частота автоколебаний w=5Гц.

12. Давление рабочей жидкости:

- при движении РМ Р_min=125 кГ/см².

- при неподвижных РМ Р_max=130 Г/см².

13. Пиковое значение давления при запуске Р_пик=150 кГ/см².

14. Полезный (программный) угол поворота 8 РМ j_пр=10000°.

15. Непроизводительный расход 8 РМ Q_УТ^РМ=26,6 см³/с.

16. Максимальная скорость движения вала РМ =132 °/с

17. Максимальный угол поворота РМ φ_max= ±33°.

Методические указания.

1.Объём рабочей жидкости, потребляемой РМ на 1° выходного вала

2.Объём рабочей жидкости, потребляемый всеми РМ, составляет

3.Величина объёма, необходимого для компенсации непроизводительного расхода утечек через золотник для типовой диаграммы давления в ТГ (вытеснителе) с учётом действующей диаграммы давления Р=f(t):

Р_пик Р_max

Участок движения РМ при Р_min

⇐ Предыдущая 1 234 Следующая ⇒