Sisteme de control pentru parametrii finali ai traiectoriei aeronavei (împingerea și raportul componentelor)

Sarcinile principale ale automatizării LRE și alcătuirea acesteia

Reglarea proceselor și a modurilor de funcționare a LRE

Într-un LRE, indiferent de sistemul de alimentare cu combustibil, toate operațiunile de întreținere și pregătire pentru lansare, lansarea în sine, ieșirea și funcționarea în regim, oprirea și alte operațiuni sunt efectuate automat, adică. fără intervenție umană (furnizat de un sistem de automatizare).

Există trei funcții principale în automatizarea LRE: controlul, reglarea și întreținerea motorului. În primul caz, sistemul de control automat (ACS) asigură executarea oricărei operațiuni, de exemplu, pornirea motorului. Aici, prin includerea strict secvențială a diferitelor unități și sisteme, motorul este „adus” la modul de funcționare specificat. În al doilea caz, sistemul de control automat (ACS) menține și modifică orice parametru conform unui program dat, de exemplu, valorile de tracțiune. În cele din urmă, în al treilea caz, sistemul de automatizare ar trebui să asigure întreținerea motorului, de exemplu, înainte de pornire, să controleze umplerea componentelor lichide și gazoase, presiunea din acestea. , poziția și starea diferitelor unități, elemente și sisteme ale motorului și pregătirea lor pentru lansare etc.

Dintre toate aceste funcții de automatizare, sarcinile sale imediate sunt:

1) reglarea și modificarea valorilor de tracțiune și raportul componentelor;

2) controlul operațiunilor de pornire și oprire;

3) controlul și reglarea funcționării sistemelor de presurizare a rezervoarelor;

4) controlul funcționării sistemului de control al vectorului de tracțiune;

5) asigurarea controlului și gestionării funcționării întregului motor în ansamblu.

Ieșirea aeronavei până la punctul final al secțiunii active a traiectoriei de zbor balistic cu precizia necesară nu este asigurată de metodele convenționale de control al mișcării centrului de masă al aeronavei. Prin metoda obișnuită, ne referim la formarea impulsului de tracțiune necesar al motorului rachetă cu combustibil lichid datorită dozării precise a timpului de funcționare a motorului. Se presupune că impulsul în timp rămâne constant. Ultima ipoteză nu este îndeplinită pentru LRE, deoarece atunci când aeronava se deplasează de la nivelul suprafeței pământului la altitudinea de zbor necesară, presiunea și temperatura mediului se modifică semnificativ. Buclele de control al motorului nu sunt capabile să compenseze aceste modificări, deoarece nu iau în considerare modificările condițiilor de mediu. Pentru a asigura acuratețea necesară a parametrilor de mișcare a aeronavei la sfârșitul părții active a traiectoriei, se folosesc sisteme speciale de control pentru parametrii finali ai traiectoriei de mișcare a aeronavei. Parametrii finali ai traiectoriei fazei active a zborului aeronavelor balistice și portavionelor spațiale sunt: viteza aeronavei la sfârşitul etapei active a zborului V la ;masa finală a aeronaveit la Și unghiul de înclinare a axei longitudinale a aeronaveiîn raport cu linia orizontului într-un punct dat de pe suprafaţa Pământului θ la , vezi fig. 6.1.

Unghiul necesar de înclinare a axei longitudinale a aeronavei este asigurat de un sistem autonom de control al mișcării în raport cu centrul de masă al aeronavei, folosind sistemul de control al vectorului de tracțiune.

Sistem RKS (control aparent al vitezei). Viteza aparentă a aeronavei și sistemele de control al masei finale controlează parametrii motorului pe baza parametrilor de mișcare a aeronavei.

Nu este posibil să se măsoare direct viteza de zbor a unei aeronave în condiții de densitate variabilă a mediului. Cu toate acestea, măsurarea accelerației longitudinale aparente generată de împingerea LRE este posibilă, de exemplu, folosind un accelerometru. Viteza aeronavei, sigur ca o integrală a acceleraţiei longitudinale în timp, se numește viteza aparentă. Viteza aparentă este utilizată pentru a furniza viteza finală necesară la sfârșitul fazei active a zborului aeronavei în sistemul RCS. Schema schematică a acestui sistem este prezentată în fig. 6.2.

După integrarea semnalului contorului de accelerație aparentă, viteza reală a mișcării longitudinale a aeronavei devine cunoscută în fiecare moment V fapt. Informațiile despre viteza reală a aeronavei sunt transmise elementului de comparație, care conține programul de calcul pentru modificarea vitezei Programul Vîn zona de zbor activ al aeronavei. Compararea vitezelor calculate și reale aplicate la intrarea elementului de comparație generează un semnal de eroare la ieșirea acestuia

Orez. 7.2. Schema funcțională a sistemului de control al vitezei (RCS)

După amplificare, semnalul de eroare este convertit de un motor electric reversibil într-o rotație unghiulară a rotorului său. Rotorul motorului electric este conectat la o clapetă de accelerație, care dozează consumul de fluid de lucru la turbina HP din telecomandă. În funcție de semnul nepotrivirii vitezei, clapeta de accelerație fie se deschide, fie se închide cu o sumă corespunzătoare modulului semnalului de eroare. În acest caz, consumul de combustibil în cameră se modifică și, prin urmare, împingerea motorului din cauza unei modificări a vitezei rotorului HP. O modificare a forței motorului duce la o modificare a accelerației aeronavei și, prin urmare, a vitezei aparente. Comparația sa ulterioară cu valoarea vitezei programului vă permite să evaluați acțiunile sistemului și să dezvoltați un nou semnal de corecție. În plus, întregul ciclu de schimb de informații între elementele sistemului se repetă. Logica funcționării DCS, ca orice sistem de control cu ​​feedback, se reduce la îndeplinirea condiției ∆V→0. Cu toate acestea, trecerea ciclurilor de semnale ale sistemului prin elementele sale reale este întotdeauna însoțită de erori atât dinamice, cât și statistice. Ca urmare, copierea exactă a programului său de calcul de către un sistem real este imposibilă. Dacă eroarea totală de urmărire a vitezei efective a programului său de calcul este în limitele admise (3÷5%), atunci sistemul este considerat adecvat pentru îndeplinirea funcțiilor care îi sunt atribuite. Sistemul RCS își încheie activitatea de îndată ce viteza reală, în limitele de toleranță, este egală cu viteza finală a programului. V la. În acest moment, sistemul RKS generează o comandă de oprire a motoarelor, care, ocolind bucla de control, este trimisă direct către supapele principale de combustibil, care opresc alimentarea cu combustibil în camera motorului. Ținând cont de impulsul ulterioară și de natura în două etape a opririi, comanda de oprire a motorului poate fi generată puțin mai devreme decât viteza reală este egală cu viteza finală de proiectare.

In timpul functionarii sistemului RCS, datorita adaugarii unor perturbatii exterioare cu erori interne cu aceleasi semne, poate aparea o situatie in care RCS fie tinde sa reduca semnificativ impingerea, fie sa o forteze excesiv. Pentru a evita astfel de situații, sistemul RCS oferă feedback intern cu camera prin senzorul de presiune (DP) din camera motorului, cu ajutorul căruia funcționarea sistemului este limitată doar de zona de abateri permise a motorului. împingere.

Sistem SOB (sistem de golire a rezervorului) Sistemul de control pentru parametrii finali ai traiectoriei aeronavei trebuie să ofere și masa finală a aeronavei apropiată de cea calculată. Erorile sunt întotdeauna inevitabile la umplerea rezervoarelor cu combustibil: 1) Umplerea insuficientă a combustibilului este în mod fundamental inacceptabilă, deoarece aceasta duce la eșecul finalizării programului de zbor și 2) atunci când combustibilul este supraumplut, se garantează reziduuri de combustibil în rezervoare, cauzate de efecte mecanice și termice. alimentarea insuficientă cu combustibil, trebuie asigurată până la sfârșitul funcționării sistemului de propulsie. Cu toate acestea, influența modificărilor temperaturii combustibilului în zbor (de exemplu, de la încălzirea aerodinamică), accelerația aeronavei, care provoacă o modificare a raportului componentelor combustibilului, modificări ale caracteristicilor hidraulice ale căilor combustibilului în timpul zborului (de exemplu, modificări ale rezistența căilor de răcire), erorile în unitățile automate de dozare a combustibilului și alți factori necesită combustibil suplimentar. Soluția simplă aparent evidentă - să turnați combustibil cu o rezervă la pornire și, în momentul opririi motorului, să-l scurgeți peste bordul aeronavei, este în prezent inacceptabilă, deoarece combustibilul de la bordul aeronavei în momentul în care PS este oprit dobândește prețul încărcăturii utile a aeronavei. O altă soluție evidentă este evaluarea excesului de combustibil la pornire și golirea acestuia în momentul în care aeronava decolează de pe rampa de lansare, ceea ce este de asemenea inacceptabil, deoarece acest lucru nu garantează situații neprevăzute de posibil consum excesiv de combustibil de către motor în timpul zborului de aeronava și, prin urmare, pune în pericol îndeplinirea sarcinii de zbor a aeronavei. O soluție de lucru a problemei se află între cele două soluții extreme evidente (la prima vedere) de mai sus pentru a asigura masa finală a aeronavei, apropiată de cea calculată pentru fiecare PS din întreaga serie.

Fig.6.3. Schema funcțională a sistemului de golire a rezervorului

Ca sursă de informații despre depășirea rezervoarelor de combustibil și evaluarea efectivă a consumului acestuia de către motor, în FSS sunt utilizate manometre discrete ale nivelului de combustibil instalate în rezervoarele de control. Semnale de poziție a nivelurilor de combustibil în rezervoare h oȘi HR sunt alimentate la senzorul de nepotrivire de nivel (DRU), cu ajutorul căruia se estimează diferența lor Δh=h o -h r. Diferența de nivel detectată, după amplificarea și conversia semnalelor în codul mașinii, intră în computerul de bord (OCCM), care rezolvă problema a cărui program de golire a rezervorului trebuie implementat în acest moment, pe baza nepotrivirii actuale a nivelului din rezervoare de combustibil, cu condiția ca această nepotrivire să fie eliminată până la sfârșitul fazei active a zborului aeronavei. În această condiție, combustibilul rămas calculat garantat rămâne în rezervoare până la sfârșitul funcționării PS. Ca rezultat al analizei nepotrivirii nivelului real, computerul de bord generează un semnal de comandă.

După amplificare, acest semnal este convertit de un motor electric reversibil într-o rotație unghiulară a clapetei de accelerație instalată pe una dintre conductele de alimentare cu combustibil către cameră (pe linia de alimentare cu oxidant). Să presupunem că la momentul inițial τ despre la start, senzorii de nivel au inregistrat un exces de oxidant Δh o.începe(Fig. 6.4). Computerul de bord, ca răspuns la aceste informații, programează un program de golire a rezervorului de oxidant de-a lungul liniei 1. Dacă în următorul interval de timp pentru primirea informațiilor τ 1 Dacă programul planificat este respectat, acesta din urmă este salvat.

Fig.7.4. Principiul de funcționare al sistemului de golire a rezervorului

Dacă în intervalul de timp următor pentru primirea informaţiei τ2 este detectată o abatere de la programul specificat, apoi în funcție de starea reală a nepotrivirii nivelului pentru o perioadă τ2 este dezvoltat un nou program 2, în conformitate cu care clapeta de accelerație de pe linia de oxidare este deplasată într-o nouă poziție. Dacă procesul de golire a rezervoarelor din moment τ2 lăsat negestionat, apoi până la sfârșitul funcționării telecomenzii se poate termina cu un exces semnificativ de reziduuri în rezervorul de combustibil (linia întreruptă 2 ").

Dacă în intervalul de timp τ 3 primind informații de la computerul de bord, noul program de golire a rezervoarelor 2 este salvat, apoi nu se fac modificări în funcționarea telecomenzii.

Dacă starea efectivă de golire a rezervoarelor nu urmează programul intenționat, atunci programul de golire a rezervoarelor de combustibil este mobil și reprezintă o sumă finită de programe (vezi traiectoria întreruptă în Fig. 6.4).

Ca urmare a muncii SSS, sunt implementate principiile de rezolvare a problemei asigurării masei finale a aeronavei, formulate mai sus.

Principala caracteristică a sistemului luat în considerare pentru controlul masei finale a aeronavei este că „scurgerea” excesului de combustibil din rezervoare se realizează prin camera motorului, în urma căreia raportul componentelor combustibilului se modifică în acesta. Desigur, această împrejurare nu contribuie la menținerea strictă a valorii optime a raportului componentelor combustibilului corespunzător impulsului de tracțiune specific maxim al motorului. Din teoria generală a motoarelor, se știe, de asemenea, că în regiunea extremului impulsului specific de tracțiune al LRE, relația sa cu raportul componentelor combustibilului are un caracter blând. Prin urmare, fără prea multă deteriorare a impulsului specific de împingere, este posibil să se permită modificarea raportului componentelor combustibilului cu 3 ÷ 5% din valoarea sa optimă.

Stabilizarea poziției axelor aeronavei în spațiu și a unghiului θ la secțiunea finală a zborului activ al aeronavei sunt asigurate de sistemul de control al vectorului de tracțiune.

cârme de gaz(Fig. 6.5, A), din grafit termorezistent, schimbă direcția jetului de gaz la ieșirea din duza motorului cu ajutorul unui dispozitiv rotativ. Dezavantajul acestei metode este că cârmele instalate în fluxul de gaz la ieșirea duzei creează, în primul rând, o rezistență constantă la fluxul de gaz. . În plus, în timpul funcționării motorului, în al doilea rând, suprafața cârmelor de gaz se arde cu aproximativ jumătate din cea originală.

Acest dezavantaj poate fi evitat prin instalarea cârmelor periferice la ieșirea duzei (Fig. 6.5, b), care controlează vectorul de tracțiune prin scufundarea suprafeței de scut a cârmei în fluxul de gaz la ieșirea din duza motorului. În poziție neutră, cârmele periferice nu creează rezistență la fluxul de gaz.

Rotiți camera sau duza.În loc să rotiți camera, numai duza motorului poate fi rotită (Fig. 6.5, V) sau un deflector toroidal montat pe ieșirea duzei (Fig. 6.5, G), sau rotirea duzei cu o tăietură oblică (Fig. 6.5, d).

Orez. 6.5. Modalități posibile de a controla vectorul de tracțiune al LRE

Injecție de gaz în partea supercritică a duzei. Deosebit de remarcată este metoda de schimbare a vectorului de împingere prin suflarea de lichid sau gaz în partea supercritică a duzei (Fig. 6.5, e). Lichidul (sau gazul) este plasat în cilindrul 1 și, la comanda sistemului de control, prin supapele 2 intră cu o ușoară suprapresiune în porțiunea de expansiune a duzei 3 în unghi. α. În apropierea peretelui duzei, la limita fluxului supersonic și a fazei de vapori a lichidului 4 (sau gazului), se realizează o undă de șoc 5. În spatele undei de șoc se formează o zonă de presiune crescută (în Fig. 6.5, e programa P c \u003d f (l c)), unde jetul de gaz deviază spre axa duzei, ceea ce determină deviația întregului flux de gaz și creează astfel o excentricitate a împingerii duzei cu o direcție opusă deviației fluxului de gaz. La suflarea a 1% din debitul de lichid în raport cu întregul debit de gaz prin duză, apare o componentă de tracțiune transversală egală cu 0,5% din forța longitudinală totală a motorului. Astfel, injecția de gaz sau lichid în partea supercritică a duzei este utilizată pentru controlul precis (de precizie) al vectorului de împingere.

O altă metodă promițătoare este controlul vectorului de tracțiune prin redistribuirea consumului de combustibil între camerele fixate rigid pe aeronavă într-un sistem de propulsie cu mai multe camere. Cu toate acestea, aplicarea pe scară largă a acestei metode este împiedicată de dificultățile tehnice în implementarea regulatorilor de redistribuire a consumului de combustibil, menținând în același timp raportul componentelor combustibilului, organizând interacțiunea acestora cu sistemele RCS și FSS și limitând simultan adâncimea schimbării în modurile de funcționare a camerei motorului.

Pentru a controla vectorul de tracțiune într-un motor de rachetă cu combustibil solid, nu este recomandabil să montați întregul motor în suspensie (cu posibila excepție a motoarelor vernier), prin urmare, la dispoziția designerilor.

Orez. 117. Trimmere pentru duze

rămân următoarele soluții: instalarea în duză a unor suprafețe mecanice de control care deviază jetul de gaz, rotirea duzei sau a unei părți a acestuia, injecție secundară și utilizarea unor duze de control suplimentare (asemănător cu modul în care se face într-un motor rachetă cu propulsie lichidă).

Suprafețele de comandă mecanică includ, în plus față de cârmele și deflectoarele cu gaz discutate mai sus, lamelele de așezare culisante și rotative prezentate în fig. 117. Efectul suprafețelor de deviere asupra jetului de gaz poate fi calculat aproximativ conform teoriei curgerii supersonice în jurul profilului, dar pentru a obține valori precise ale forței de control (componenta forței de împingere perpendiculară pe axa motor), în funcție de mărimea deformației, sunt necesare măsurători. Se raportează în lucrare că duzele cu un astfel de control al jetului de gaz fac posibilă obținerea, cu o bună reproductibilitate, a forțelor laterale maxime care ajung la componenta de împingere axială. În ciuda faptului că controlul vectorului de tracțiune cu ajutorul suprafețelor mecanice mobile duce la pierderea forței datorită rezistenței suplimentare și necesită o cercetare și dezvoltare minuțioasă și o muncă tehnologică menită să asigure rezistența și integritatea acestora în condiții de presiuni dinamice, temperaturi ridicate. și fluxurile de căldură, au fost utilizate cu succes în rachete precum Polaris și Bomark.

Duzele rotative asigură cel mai eficient control mecanic al jetului de gaz, deoarece nu provoacă o reducere semnificativă a forței și sunt competitive în ceea ce privește caracteristicile masei. Un exemplu de utilizare a unei astfel de soluții tehnice este asamblarea a patru duze rotative cu o suspensie gimbal și o articulație sferică utilizată pe prima treaptă a rachetei Minuteman.

Sistemul a făcut posibilă controlul vectorului de tracțiune în planurile de rotire, înclinare și rostogolire fără pierderi vizibile de tracțiune, iar unghiul de deviere al jetului de gaz depindea liniar de rotația blocului duzei.

Îmbunătățirea ulterioară a metodelor de control al vectorului de tracțiune este asociată cu scheme mai moderne care fac posibilă excluderea utilizării suspensiei cardanului și a pieselor metalice fierbinți în mișcare plasate în duza rachetei cu propulsor solid. Aceste scheme includ: a) sistemul de suspensie a duzei de tip Tehrol dezvoltat pentru motoarele de rachete cu propulsie solidă ale remorcherelor interorbitale (vezi Fig. 148 din capitolul 11); b) sistemul de control al vectorului de tracțiune utilizat în motorul modulului de amplificare cu duză pe suspensie articulată (vezi Fig. 150 din capitolul 11); c) utilizat în schema de montare a duzei pe suport flexibil VKS „Navetă spațială” a propulsorului solid. Să luăm în considerare ultima schemă mai detaliat.

Pe fig. 118 prezintă ansamblul pupa al TTU și arată amplasarea unităților sistemului de control al vectorului de tracțiune, iar în fig. 119 prezintă dispozitivul conectorului duzei flexibile. Nodul de legătură este o carcasă dintr-un material elastic flexibil cu 10 garnituri inelare de oțel cu o secțiune arcuită. Primul și ultimul inel de armare sunt atașați la partea fixă ​​a duzei, care este conectată la carcasa motorului. Actuatoarele duzei rotative sunt alimentate de o unitate de putere auxiliară. Este alcătuită din două pompe hidraulice separate care transferă energie hidraulică către servocilindrii de lucru, dintre care unul asigură rotirea duzei în planul de alunecare, iar celălalt în planul virajului lateral (Fig. 120). Dacă una dintre unități se defectează, puterea hidraulică a celeilalte este crescută și reglează deformarea duzei în ambele direcții. Începând cu operația de separare a acceleratorului până la intrarea în apă, antrenările mențin duza în poziție neutră. Servocilindrii sunt orientați spre exterior la un unghi de 45° față de axele de înclinare și orientare ale aeronavei. Trebuie remarcat faptul că unitatea de putere auxiliară care alimentează acționările sistemului de control al vectorului de tracțiune din motorul rachetă cu propulsor solid în cauză funcționează cu combustibil lichid monocomponent - hidrazină, care este supus descompunerii catalitice în generatorul de gaz pe catalizator. sub formă de pelete de aluminiu acoperite cu iridiu.

10.3.1. INJECȚIE SECUNDARĂ

O metodă de injectare a unei substanțe auxiliare de lucru în duza motorului rachetei cu combustibil solid pentru a controla vectorul de tracțiune a fost propusă la sfârșitul anilor 1940. și a început să fie folosit în avioanele în serie

mașini la începutul anilor 1960. Substanțele utilizate în aceste scopuri includ lichide inerte, cum ar fi apa și freon-113, precum și lichide care interacționează cu hidrogenul din produsele de ardere și combustibilii cu două componente (de exemplu, hidrazina).

Orez. 121 ilustrează mecanismul de influență a injecției asupra câmpului de curgere din duză. Pe lângă faptul că lichidul injectat înlocuiește o parte din gazele de eșapament, injecția duce la formarea unui sistem de unde de șoc (șoc de separare și șoc de arc indus). Componenta laterală a forței reactive apare ca o consecință a două efecte: în primul rând, fluxul de impuls al substanței injectate prin

Orez. 118. (vezi scanare) Ansamblul inferior al propulsorului de combustibil solid VKS „Space Shuttle” - cablu de alimentare (12 buc.); 2 - cadru suport; 3 - sistem de control al vectorului de tracțiune (2 buc.); 4 - carenare; 5 - bloc duze frontale; 6 - sarcina de propulsor solid; 7 - cadru de andocare; 8 - bloc echipament de telemetrie; 9 - inele de bandaj; 10 - motoare ale sistemului de separare TTU (4 blocuri); scut termic.

(click pentru a vizualiza scanarea)

Orez. 121. Mecanismul injectării secundare. 1 - strat limită; 2 - salt de separare; 3 - limita fluxului de separare; 4 - orificiu de injectie; 5 - șoc la cap; 6 - limita zonei de injectare.

gaura, duce la apariția unei forțe reactive laterale; în al doilea rând, se creează o forță laterală suplimentară din cauza unei modificări a distribuției presiunii pe peretele duzei. Al doilea efect mărește componenta secundară în comparație cu cazul în care lichidul este injectat nu în atmosfera înconjurătoare, ci direct în atmosfera. De exemplu, la suflarea în duză, s-a observat o creștere a forței laterale de 2-3 ori. Eficacitatea unui astfel de sistem de control al vectorului de tracțiune în planurile de orientare și pas pentru motoarele de rachete cu combustibil solid cu o singură duză centrală depinde de locația admisiei și de debitul substanței injectate. Mărimea componentei laterale la suflarea gazului în duză sau la injectarea unui lichid neevaporabil poate fi calculată într-un mod diferit (diferit de cel descris în secțiunea 10.2), aproximând forma suprafeței de limită dintre substanța injectată și fluxul principal prin o jumătate de cilindru cu bază semisferică.

Din partea fluxului principal, pe această suprafață acționează o forță de presiune, paralelă cu peretele și proporțională cu unde se află raza cilindrului, presiunea statică medie în miezul de curgere. Neglijând forțele de evaporare, amestecare și vâscoase de pe suprafața limită, scriem starea de echilibru între fluxul de impuls al fluidului injectat paralel cu perete și forța de presiune:

unde debitul (presupus a fi egal cu debitul de fluid asimptotic paralel cu peretele), debitul asimptotic

rata substanței injectate. Dacă presupunem că se realizează ca urmare a expansiunii izoentropice a lichidului de la presiunea de stagnare la presiune, atunci acesta este un parametru cunoscut care depinde numai de proprietățile termodinamice ale substanței injectate. Prin urmare,

Forța normală la perete are trei componente: 1) viteza normală la ieșirea de intrare, 2) diferența dintre forțele de presiune la ieșirea din orificiu cu și fără injecție și 3) diferența dintre integrala peste interiorul suprafața duzei de la presiunea pe perete cu și fără injecție. La unghiuri de deschidere a duzei suficient de mici, expresia forței laterale are forma

unde awx este jumătatea unghiului deschiderii prizei de evacuare a duzei, un coeficient adimensional în funcție de caracteristicile geometrice ale duzei, de locația admisiei și de raportul capacităților termice specifice ale substanței din evacuare. avion. Calculul conform acestei formule este în acord cu datele experimentale.

Dacă este necesar controlul vectorului de împingere în planul de rulare, atunci pot fi utilizate două duze sau o pereche de nervuri de separare longitudinale subțiri pot fi instalate în clopotul de ieșire și lichidul este injectat prin orificiile corespunzătoare. Din fig. 122 se poate observa că găurile asigură controlul pasului, găuri pentru rotire și injecție sau ruliu. Într-un tunel de vânt cu apă ca lichid injectat, s-a efectuat un studiu parametric al distribuției presiunii într-o astfel de duză și al modificării acesteia în funcție de raportul dintre debitele secundare și principale și poziția optimă a orificiilor de admisie pentru injecția secundară. a fost determinat. Aceste rezultate au fost apoi utilizate în dezvoltarea unui dispozitiv special în care a fost arsă o mică încărcătură de monopropulsant pe bază de PCA și a fost injectat freon-113 în duză (Fig. 123). Motorul a fost instalat în doi rulmenți de precizie, permițându-i să facă mișcare liberă (fără frecare) în planul de rulare. Momentul de rotație a fost măsurat folosind două grinzi sudate perpendicular pe manșonul de tranziție fixat pe partea inferioară frontală a motorului rachetei cu combustibil solid. Grinzile au fost încorporate rigid în suport și supuse la îndoire atunci când a fost aplicat un cuplu. Punte de măsurare cu extensometre,

Orez. 122. Schema schematică a duzei centrale a motorului rachetă cu combustibil solid, care asigură controlul pe trei axe.

aşezat pe grinzi, dădea un semnal care variază proporţional cu momentul.

Rezultatele prezentate în fig. 124 arată că locația orificiilor de admisie a substanței injectate are un efect redus asupra cuplului, dând abateri de doar 10-15% (acest lucru nu este surprinzător, deoarece poziția orificiilor a fost aleasă pe baza testelor cu un fluid de lucru rece). ), iar scăderea impulsului specific datorată

Orez. 123. Schema de instalare a bancului.

Orez. 124. (vezi scanare) Date experimentale privind dependența debitului injectat de raportul dintre cuplu și forță (a) și impulsul specific și componenta axială suplimentară a forței (b).

prin instalarea nervurilor longitudinale în duză se compensează prin injectarea lichidului, iar odată cu creșterea debitului de lichid crește impulsul specific.

Un diferențial activ sună atrăgător, de înaltă tehnologie, iar dacă cumpărați un crossover sau un SUV, veți dori să obțineți unul, dar ce este, ce face și este cu adevărat necesar? Acestea sunt cele mai importante întrebări care vor fi explorate în procesul de comparare a SUV-urilor Mitsubishi Outlander cu două transmisii diferite: cu un diferențial convențional și cu noul diferențial activ S-AWC.

Pentru o analiză comparativă a lucrului în diverse condiții au fost luate două Mitsubishi Outlander complet identice, singura diferență fiind că unul Outlander are un diferențial deschis tradițional în față, iar celălalt are un sistem diferențial activ S-AWC, care a fost instalat. pe acestea din toamna anului 2014. crossover echipate cu motor pe benzină de 3 litri cu șase cilindri.

S-AWC este un sistem inteligent de tracțiune integrală dezvoltat de Mitsubishi. Este o abreviere pentru expresia „ Super All Wheel Control”, care poate fi tradus ca „Super Level All Wheel Control”.

Sistemul S-AWC este instalat pe mașini în configurația „Sport”, care este cu 20.000 de ruble mai scumpă decât configurația „Altimeta”. Aproape toată această sumă este costul diferenţialului activ.

În condiții normale, este foarte dificil să se identifice diferența de comportament a acestor mașini cu diferențiale diferite, deoarece se manifestă doar în momentele în care crossover-ul își pierde traiectoria și stabilitatea direcțională, când părăsește arcul la virare sau manevre de-a lungul un drum cu un coeficient de aderență foarte neuniform (de exemplu, gheață - asfalt).

Outlander cucerește colțurile

Primul în linie a fost un test de viraje pe o suprafață normală de asfalt. La începutul acestei teste, se pare că caracteristicile de conducere ale mașinilor sunt aceleași, dar deocamdată - au fost testate la viteze diferite! Așadar, Mitsubishi Outlander cu diferențial convențional, pornind de la o anumită viteză, și cu cât era mai mare, cu atât mai pronunțat este modul lui de a îndrepta traiectoria virajului. Adică, cu cât viteza de intrare în viraj este mai mare, cu atât se abate mai mult spre exterior sub acțiunea forței centrifuge.

Forța centrifugă este o forță fictivă care apare din cauza inerției unui corp într-un cadru de referință rotativ. Corpul tinde să se miște drept, prin urmare, atunci când este „înfășurat” spre centru, tinde să „îndepărteze” de acest centru.

Mai mult, acest simptom nu depinde dacă crossover-ul se mișcă fără tracțiune sau cu pedala de accelerație apăsată. Un Outlander cu un diferenţial S-AWC activ este mult mai dispus să urmeze o anumită traiectorie. Subvirarea, exprimată clar în Outlander-ul obișnuit, s-a schimbat în neutru: acum crossover-ul începe să alunece ușor în lateral, dar cu toate cele patru roți. În același timp, menține atât traiectoria, cât și stabilitatea cursului. În practică, acest lucru se va manifesta printr-o mai bună păstrare a traiectoriei de mișcare cu o creștere a vitezei de viraj, ceea ce înseamnă că șoferul va avea mai multe șanse să rămână pe banda sa și să nu zboare pe banda din sens opus sau într-un șanț.

Trebuie remarcat faptul că ambele crossover-uri diferă între ele și în setările electronicii de stabilizare. Modelul non-S-AWC întrerupe pur și simplu alimentarea cu combustibil dacă există o pierdere bruscă a tracțiunii, împiedicând astfel tracțiunea să corecteze traiectoria vehiculului. În același timp, Outlander, echipat cu sistemul diferențial activ S-AWC, nu înlătură complet cuplul motorului, ci doar îl limitează. Și totuși, s-a observat că comportamentul mașinilor este diferit atunci când se deplasează pe coasta. În acest caz, diferenţialul activ nu este inclus în lucru (adică tracţiunea nu este transmisă roţilor din faţă). Astfel, este evident că noua versiune a primit îmbunătățiri complexe, și nu doar o piesă nouă.

Mișcare circulară

Una dintre etapele identificării diferențelor dintre „Outlanders” a fost deplasarea într-un cerc cu diametrul de 30 de metri, marcat cu repere. Într-un Mitsubishi Outlander convențional echipat cu tracțiune integrală controlată electronic, există un comutator pentru trei moduri de funcționare: tracțiune integrală cu distribuție inteligentă a tracțiunii între axe (4WD Auto), tracțiune integrală cu ambreiaj blocat (4WD Lock). ) și tracțiune față cu conexiune la puntea spate (4WD eco). Comutatorul poartă denumirea standard 4WD. Vehiculele S-AWC au adăugat un al patrulea mod numit Snow, care oferă electronic tracțiune optimă pe toate roțile pe suprafețe alunecoase.

La conducerea în cerc, viteza medie în ambele cazuri a fost menținută la un nivel de aproximativ 50 km/h. Am verificat mișcarea în direcții diferite, cu presiune diferită pe pedala de accelerație, cu o stare diferită a sistemului de stabilizare. Drept urmare, Outlanderul „activ” a fost în mod constant puțin mai rapid - cu o fracțiune de secundă, dar dacă opriți sistemul de stabilizare, atunci intervalul de timp crește. Da, decalajul este mic, dar șoferul aflat la volanul modelelor de testare experimentează un sentiment complet diferit. În timp ce conduceți un Outlander convențional, trebuie să setați volanul la unghiul de rotație dorit, să apăsați accelerația și să nu acționați volanul. Ei vor reveni la traiectoria anterioară de mișcare, când a avut loc o derapare la o viraj, doar încetinirea a ajutat, iar acțiunile volanului nu au dus la nimic. Iar sistemul de stabilizare nu a permis creșterea vitezei. Un sentiment complet diferit a apărut atunci când conduceți un crossover cu un diferențial activ, care a returnat sentimentul de a conduce o mașină reală, și nu un robot de joc - un simulator. Aici, când apare o derapare sau o premoniție a apariției sale, trebuie doar să rotiți volanul la gradul necesar, să apăsați ușor pedala de accelerație și asta este - mașina este deja pe traiectoria sa! Astfel, Outlander cu transmisia activă S-AWC devine mai sigur și mai previzibil la condus.

Alunecare pe bazalt

Coeficientul de frecare al roților cu bazalt umed este aproximativ același ca cu gheața, iar în astfel de condiții modelele Mitsubishi Outlander testate au prezentat diferențe semnificative în comportamentul lor. Mitsubishi „activ”, atunci când conduce un șarpe, permite o ușoară acumulare și este mai predispus la derapaj.

Derapaj - încălcarea direcției de mișcare a vehiculului de-a lungul planului longitudinal.

Dar acest lucru nu este înfricoșător, pentru că în acest caz electronica va interveni: la apropierea de viraje aproape de critice, oprește tracțiunea și preia parțial controlul, ceea ce face ca conducerea unui astfel de crossover să fie mai interesantă și în același timp sigură.

La accelerarea de la oprire pe aceeași suprafață, Outlander cu un diferențial activ a fost din nou în față - a pornit mai încrezător cu mai puțin alunecarea roților, în timp ce crossover-ul cu un diferențial convențional intenționa să meargă în lateral, dar sistemul de stabilizare a corectat imediat acest lucru. . Nu a fost observată diferența de mișcare atunci când întreaga mașină sau orice parte a acesteia se afla pe o suprafață alunecoasă.

Pentru ce este S-AWC?

Testele Mitsubishi Outlanders sunt echipate cu un motor destul de puternic, dezvoltând 230 CP, dar nu poate fi considerat un crossover sport, iar nici măcar diferența de viteză activă instalată într-una dintre ele nu adaugă de fapt. Transmisia S-AWC îți oferă o fracțiune de secundă pe pistă, așa că scopul ei principal este creșterea siguranței active, care se manifestă nu numai atunci când conduci sub tracțiune, ci și atunci când eliberezi brusc gazul. De asemenea, un diferențial activ poate ajuta atunci când conduceți off-road - în acest caz, șoferul are o blocare frontală controlată electronic. Dar acesta încă nu este un SUV, iar un diferențial activ nu va ajuta în condiții grave de off-road - cel mai probabil, ambreiajul inter-ax se va supraîncălzi și este posibil să nu vină în ajutorul unui design inteligent.

În sport și în timpul condusului de zi cu zi, un diferențial activ îndeplinește diferite sarcini: un pilot cu el dezvoltă mai multă viteză, iar un șofer simplu obține mai multă siguranță a mașinii, deoarece tendința de derapare a mașinii este redusă. Și, în același timp, într-o situație dificilă, un diferențial activ permite unei persoane care nu are abilități profunde de conducere să evite multe greșeli. Pentru profesioniști, poate că o mașină cu diferențial convențional va fi și mai interesantă dintr-un loc de conducere, deoarece face posibil să rămâneți unul la unul cu mașina fără intervenția electronicii.

Deci, să plătiți peste 20.000 de ruble pentru un astfel de diferențial activ inteligent la un preț de un milion și jumătate de mașină merită cu siguranță!

Schema diferenţialului activ pe "Outlander"

Principiul de funcționare al diferențialului activ S-AWC se bazează pe implementarea controlului vectorial de tracțiune, dar schema de funcționare a acestuia pe Lancer Evolution și Mitsubishi Outlander este semnificativ diferită. Deci, pe Evolution, diferenţialul activ se află pe puntea spate şi adaugă tracţiune la exterior, în raport cu virajul, roata, eliminând subvirarea. Acest lucru se realizează prin două ambreiaje, fiecare direcționând cuplul către propria sa roată.

Dar schema de funcționare a S-AWC pe Outlander este complet diferită, fie și doar pentru că este instalată pe puntea față. Rolul principal aici este jucat de un ambreiaj cu mai multe plăci, care acționează ca o blocare moale. Pentru a comprima ambreiajele, electronica trimite un semnal de conducere la momentul potrivit, iar autoblocarea mecanică ar acționa cu o ușoară întârziere. Servodirecția electrică activă la Mitsubishi testat are ca rezultat compensarea diferențialului, eliminând direcția ascuțită din cauza diferenței de cuplu pe roțile din față dreapta și stânga, ceea ce nu permite volanului să scape din mâini. Desigur, orice situație de urgență nu apare fără intervenția unui sistem electronic de stabilizare crossover, care limitează puterea motorului și mecanismele de frânare care apucă roțile.

S-AWC: istoria creației

Japonezii au fost primii care l-au creat și au introdus acest concept în viața de zi cu zi. Așadar, în 1996, Mitsubishi a instalat primul diferențial activ pe puntea spate a lui Lancer Evo IV cu tracțiune integrală, iar în 1997, Honda a instalat un sistem de distribuție a cuplului pe coupe-ul Prelude cu tracțiune față. Destul de ciudat, dar nemții, care sunt mereu printre primii, dacă nu creează, atunci instalează lucruri high-tech, de data aceasta au început să introducă o noutate abia prin 2007 (deși ce noutate este deja!). Astfel de noduri ca opțiune au devenit disponibile pe BMW-X6 și Audi S4, dar diferențialul activ a devenit deja cu adevărat masiv doar pentru Lancer Evolution. Astăzi, putem spune cu încredere că aproximativ jumătate dintre producătorii auto oferă funcția de distribuire a cuplului între roți. Cu toate acestea, nu uitați că aceasta nu este o mecanică specială, ci doar o imitație electronică.

Video Mitsubishi Outlander învinge off-road și zăpadă

Vector de tracțiune controlată

Controlul vectorului de tracțiune (PVC) motor cu reacție - abaterea curentului cu jet al motorului de la direcția corespunzătoare modului de croazieră.

În prezent, controlul vectorului de tracțiune este asigurat în principal prin rotirea întregii duze sau a unei părți a acesteia.

Fig. 1: Scheme duzelor cu UVT mecanic: a) - cu deformare a fluxului în partea subsonică; b) - cu devierea fluxului în partea supersonică; c) - combinate.

Schema cu deviația curgerii în partea subsonică se caracterizează prin coincidența unghiului de deformare mecanică cu unghiul dinamic al gazului. Pentru o schemă cu abatere numai în partea supersonică, unghiul gaz-dinamic diferă de cel mecanic.

Fig. 2: Schema unei duze cu un CGWT utilizând aer atmosferic în modul de curgere axială: 1-flux de putere; 2-flux de control ejectat al atmosferei; Carcasa cu 3 inele fixata pe nervuri despartitoare; 4-coste separatoare.

Fig. 3: Schema unei duze cu un GUVT în modul de deviere a vectorului de tracțiune maximă: 1-sector închis; 2-sector deschis; 3-regiune de joasă presiune.

Duza dinamică a gazului folosește o tehnică „jet” pentru a schimba zona efectivă a duzei și pentru a devia vectorul de tracțiune, în timp ce duza nu este reglabilă mecanic. Această duză nu are părți în mișcare fierbinți, foarte încărcate, se potrivește bine cu designul aeronavei, ceea ce reduce masa acestuia din urmă.

Contururile exterioare ale duzei fixe se pot potrivi fără probleme în contururile aeronavei, îmbunătățind performanța vizibilității scăzute. În această duză, aerul din compresor poate fi direcționat către injectoarele din secțiunea critică și în partea de expansiune pentru a schimba secțiunea critică și, respectiv, a controla vectorul de tracțiune.

Legături

• RD-133 - pe airwar.ru

Literatură

1. Bezverby V.K., Zernov V.N., Perelygin B.P. Alegerea parametrilor de proiectare ai aeronavei .. - M .: MAI., 1984.
2. Nr. 36 // Informații exprese. Seria: clădire de motoare de aviație .. - M .: CIAM., 2000
3. Krasnov N.F. Aerodinamica. 2 // Aerodinamică. Metode de calcul aerodinamic - M.: VSh, 1980.
4. Shvets A.I. Aerodinamica formelor portante - Kiev: VSH, 1985.
5. Zalmanzon L.A. Teoria elementelor pneumoniei. - M.: Nauka, 1969. - S. 508.
6. 2 // Experiență în crearea unui dispozitiv de control al vectorului de tracțiune dinamică a gazului. Kuznetsova”, 2001. - S. 205-206.

Ecuație diferențială

Cum funcționează sistemul de control al vectorului de tracțiune

Ecuație diferențială

Cum funcționează sistemul de control al vectorului de tracțiune

Foto: Producători

Există un diferențial în orice mașină, dar de ce este necesar? Și ce este un „diferențial activ” cu vectorizarea cuplului - și de ce ajută la viraj? Să aflăm!

În mișcare, toate roțile mașinii se rotesc cu viteze diferite. Fie doar pentru că drumul este accidentat și dacă una dintre roți se lovește de o denivelare, atunci parcurge o distanță mai mare decât toate celelalte care circulă pe un drum plat. Și într-o viraj, totul este cu adevărat rău: fiecare dintre cele patru roți se deplasează pe propria rază (atenție la urmele lăsate de mașini în zăpadă).

Și dacă aceasta nu este o problemă pentru roțile nemotrice, atunci totul nu este atât de simplu cu roțile motoare. Când două roți motrice sunt conectate printr-un arbore rigid, anvelopele vor aluneca sau aluneca în mod constant, ceea ce înseamnă că se vor uza rapid. Acest lucru va crește consumul de combustibil, iar mașina va fi condusă mai rău. Pentru a evita aceste probleme, mașinile sunt echipate cu diferențiale.

Matematicianul francez Onesifor Pekker este considerat inventatorul diferenţialului, iar evenimentul în sine datează din 1825. Deși, potrivit unor rapoarte, un astfel de dispozitiv a existat în Roma antică, dar să lăsăm problema istoriei în seama specialiștilor. În acest articol, vom acorda mai multă atenție unui sistem relativ tânăr cunoscut sub numele de torque vectoring, care înseamnă „controlul vectorului de tracțiune” în engleză.

Primul lucru de făcut este să vă dați seama cum funcționează un diferențial. Este alcătuit din patru elemente principale: carcasă, sateliți, osii pinion și angrenaje. Principiul funcționării sale este simplu: carcasa diferențialului este conectată rigid la angrenajul antrenat al transmisiei finale, axa sateliților este conectată rigid la carcasă. Cuplul este transmis corpului, de la acesta către axa sateliților și, în consecință, către sateliții înșiși - și ei, la rândul lor, transmit forță către angrenajele arborilor de osie.

Amintește-ți cum, în copilărie, un prieten de aceeași construcție era echilibrat pe un leagăn - puteai să stai în aer fără să atingi pământul. În diferențial, angrenajele arborilor de osie sunt aceleași, deci brațul de forță pentru arborii de punte stânga și dreapta este și el același, ceea ce înseamnă că cuplul pe roțile din stânga și din dreapta este același.

Diferenţialul permite roţilor să se învârtească în direcţii diferite una faţă de alta. Încercați să rotiți o roată motrice a ascensorului - a doua se va roti în direcția opusă. Cu toate acestea, în raport cu mașina, aceste roți se învârt în aceeași direcție - la urma urmei, carcasa diferențialului se rotește și el! Parcă mergeai în autobuz împotriva cursului și în același timp te îndepărtezi de persoana care a rămas la stația de autobuz. Deci, se dovedește că două roți se rotesc cu același efort și au posibilitatea de a face acest lucru la viteze diferite. Acest lucru se arată cel mai clar în videoclip:

Acest design are dezavantajul că ambele roți au aceeași cantitate de cuplu și, pentru ca mașina să se rotească mai bine, ar fi bine să aplicați mai mult cuplu roții exterioare. Apoi, atunci când apăsați pe gaz, mașina se va înșuruba literalmente în viraj - iar efectul va fi mult mai pronunțat decât pe o mașină cu tracțiune cu o singură axă și diferențial liber. Dar cum să implementezi un astfel de sistem într-un design real?

Astăzi, astfel de sisteme devin din ce în ce mai populare. Sintagma „torque vectoring” în sine a fost auzită pentru prima dată în 2006, dar un sistem similar, numit Active yaw control, a apărut pe pistele de raliu din anii 90: a fost echipat cu Mitsubishi Lancer Evolution IV, care a debutat în 1996. Dar înainte de a intra în detaliile unui diferenţial de vectoring complet al cuplului, să aruncăm o privire mai întâi la omologul său simplificat utilizat în Ford Focus RS. Un sistem similar este utilizat în transmisiile Land Rover Discovery Sport și Cadillac XT5.

Sistemul este destul de simplu - este chiar ceva mai simplu decât o tracțiune integrală tradițională plug-in, deoarece nu are diferențial spate. Există doar două cuplaje, fiecare dintre ele conectând axul său. Când conduceți în linie dreaptă fără alunecare, mașina rămâne cu tracțiune față, roțile din spate sunt conectate numai la alunecare și în viraj (în viraj la stânga - roata spate dreapta și invers). Roata poate reprezenta până la 100% din cuplul care ajunge la puntea spate, astfel sistemul compensează subvirarea rezultată, ca și cum ar fi întors mașina.

Dar dacă există o singură punte motoare și, în modurile silențioase, este necesar un diferențial, în plus, unul deschis și, într-o viraj, doriți să aplicați mai mult cuplu roții exterioare pentru a controla mai eficient mașina cu gaz, precum și reducerea subvirării?

Astfel de soluții există și în industria auto modernă. De exemplu, mașinile Lexus RC F și GS F de ultimă generație sunt echipate cu un diferențial spate care poate distribui cuplul între roțile din stânga și din dreapta. La un astfel de nod din cutia de viteze spate, angrenajul principal rotește carcasa celui mai obișnuit diferenţial, există și două angrenaje planetare care, cu ajutorul unui pachet de ambreiaj, pot conecta carcasa diferenţialului la arborele punţii. Astfel, un cuplu suplimentar este furnizat roții exterioare prin angrenajul planetar, datorită căruia are loc efectul de înșurubare în viraj.

O soluție similară a fost aplicată la puntea din spate a BMW X6 M și X5 M cu tracțiune integrală - atât pentru BMW și Lexus, cât și pentru Cadillac cu Land Rover, sistemul a fost dezvoltat și fabricat de GKN. Diferența, în mare, este doar în carcasa finală: de exemplu, BMW o are din aluminiu, în timp ce Lexus o are din fontă. Acționarea ambreiajelor de frecare ale ambilor producători este mecanică, este efectuată de aceleași ambreiaje GKN.

Mașinile Audi cu diferențial sport opțional au și ele un sistem similar, dar nu sunt planetare, ci trepte simple cu angrenaj intern. Dar principiul de funcționare este exact același: două trepte de viteză sunt conectate folosind un pachet de ambreiaj, iar arborele axei este conectat la carcasa diferenţialului printr-un overdrive. Pentru o mai bună înțelegere, puteți urmări acest videoclip:

Cât de mare este efectul utilizării diferenţialelor avansate? Revista americană Car and Driver a efectuat un test comparativ a două Lexus RC F, dintre care unul era echipat cu un sistem diferențial de vectorizare a cuplului, iar al doilea cu un „samoblok” convențional. Ca urmare a accelerațiilor maxime mai mari, a unghiurilor de virare mai strânse și a timpilor pe tur mai buni pentru o mașină cu diferențial activ, caracterul mașinii s-a schimbat spre supravirare. Și mă bucur că este disponibil nu numai pentru mașinile sport, ci și pentru crossover-ul compact Nissan Juke - deși într-o versiune oarecum simplificată.

Nu vă așteptați ca aceste sisteme să înlocuiască încă diferențele tradiționale - sunt mai complexe, mai scumpe și mai necesare șoferilor activi. Cu toate acestea, odată cu apariția erei vehiculelor electrice, vor exista cele mai largi posibilități de control al vectorului de tracțiune: la urma urmei, dacă fiecare roată motrice are propriul motor electric, atunci implementarea efectului de vectorizare a cuplului va deveni doar o chestiune. de software.