Следящий электрогидравлический привод
Предлагаемая полезная модель относится к конструкции летательных аппаратов, к системам управления и передачи для приведения в действие поверхностей управления, а конкретно к электрогидравлическим приводам, предназначенным для использования, преимущественно в автономных системах управления с ограниченной энергией источников питания, например, в беспилотных летательных аппаратах. Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является уменьшение веса и габаритов источника питания системы управления и повышение линейности ее характеристик. Для решения указанной технической задачи в следящем электрогидравлическом приводе, содержащем гидравлический цилиндр с силовым штоком, выполненным с возможностью управления тягой, золотник и линейный электропривод со штоком для перемещения золотника, при этом силовой шток гидравлического цилиндра и шток линейного электропривода оснащены датчиками положения, выходные сигналы которых подключены к входам контроллера управления линейным электроприводом, линейный электропривод имеет второй выход штока, со стороны которого с возможностью пораздельного контакта с ним и с силовым штоком гидравлического цилиндра расположены снабженные упорами подпружиненные приводящие штоки, соединенные свободными концами с краями кулисы, центральная часть которой соединена через шарнир с тягой, золотник выполнен подпружиненным и снабжен упором, а шток линейного электропривода выполнен с возможностью пораздельного взаимодействия с подпружиненным золотником или приводным штоком.
Предлагаемая полезная модель относится к конструкции летательных аппаратов, к системам управления и передачи для приведения в действие поверхностей управления, а конкретно к электрогидравлическим приводам, предназначенным для использования, преимущественно в автономных системах управления с ограниченной энергией источников питания, например, в беспилотных летательных аппаратах.
Известен, принятый за прототип, следящий электрогидравлический привод, приведенный в материалах 6-го Международного симпозиума «Авиационные технологии XXI века. 14-20 августа 2001 г. г.Жуковский. ЦАГИ. Тезисы докладов, стр.52-54, рис.1. Данный следящий электрогидравлический привод содержит следующие существенные признаки - гидравлический цилиндр с силовым штоком, кинематически связанным с тягой, золотник, жестко соединенный с ним шток линейного электропривода, контроллер управления линейным электроприводом, входы которого подключены к датчикам положения штока линейного электропривода и силового штока гидроцилиндра. Силовой шток гидроцилиндра соединен непосредственно с тягой управления аэродинамической поверхности. В целях уменьшения трения в золотнике, последний выполнен с узлом разгрузки штока линейного привода.
Существенными признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками предлагаемого технического решения являются следующие - следящий электрогидравлический привод содержит гидравлический цилиндр с силовым штоком, выполненным с возможностью управления тягой, золотник и линейный электропривод со штоком для перемещения золотника, при этом силовой шток гидравлического цилиндра и шток линейного электропривода оснащены датчиками положения, выходные сигналы которых подключены к входам контроллера управления линейным
электроприводом.
В данном следящем электрогидравлическом приводе для уменьшения трения в золотнике расходуется дополнительная энергия источника питания гидроцилиндра. К тому же, как на режимах перегрузки, так и на крейсерских режимах идет расход энергии гидроисточника, что является причиной значительного веса и габаритов системы питания такого электрогидравлического привода. В данной системе электропривод используется только для управления гидроцилиндром.
Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является уменьшение веса и габаритов источника питания системы управления и повышение линейности ее характеристик.
Для решения указанной технической задачи в следящем электрогидравлическом приводе, содержащем гидравлический цилиндр с силовым штоком, выполненным с возможностью управления тягой, золотник и линейный электропривод со штоком для перемещения золотника, при этом силовой шток гидравлического цилиндра и шток линейного электропривода оснащены датчиками положения, выходные сигналы которых подключены к входам контроллера управления линейным электроприводом, линейный электропривод имеет второй выход штока, со стороны которого с возможностью пораздельного контакта с ним и с силовым штоком гидравлического цилиндра расположены снабженные упорами подпружиненные приводящие штоки, соединенные свободными концами с краями кулисы,, центральная часть которой соединена через шарнир с тягой, золотник выполнен подпружиненным и снабжен упором, а шток линейного электропривода выполнен с возможностью пораздельного взаимодействия с подпружиненным золотником или приводным штоком.
При этом мощность электродвигателя несколько увеличится (до 2-х раз), однако это мало повлияет на его габаритно-массовые характеристики. Мощность электродвигателя выбирается большей, чем для управления только золотником 3, исходя из условия
Рп.п.>Рэл.дв.>Pсp.>Рзол., где
Рп.п. - мощность, необходимая для поворота рулей в переходных режимах (режимах маневра);
Рэл.дв. - мощность электродвигателя;
Pсp.- мощность, необходимая для поворота рулей в крейсерских режимах полета;
Рзол. - мощность, необходимая для движения тела золотника.
Отличительными признаками предлагаемого следящего электрогидравлического привода от известного, являются следующие -линейный электропривод имеет второй выход штока, со стороны которого с возможностью пораздельного контакта с ним и с силовым штоком гидравлического цилиндра расположены снабженные упорами подпружиненные приводящие штоки, соединенные свободными концами с краями кулисы, центральная часть которой соединена через шарнир с тягой, золотник выполнен подпружиненным и снабжен упором, а шток линейного электропривода выполнен с возможностью пораздельного взаимодействия с подпружиненным золотником или приводным штоком.
Благодаря отличительным признакам достигается следующий технический эффект - поскольку управление тягой аэродинамической поверхности осуществляется электрическим приводом и гидравлическим приводом (управляемым тем же электрическим двигателем) пораздельно - на крейсерских режимах только электроприводом, а на режимах высоких перегрузок гидравлическим приводом, то существенно снижаются вес и габариты источника питания гидропривода (достаточно малогабаритного гидроаккумулятора), а кроме того в связи с управлением на режимах высоких перегрузок электродвигателем повышенной мощности существенно повышаются линейные характеристики системы, а именно эти режимы определяют точность конечного результата.
В результате поиска по источникам научно-технической и патентной литературы следящих электрогидравлических приводов с возможностью
пораздельней работы гидро и электродвигателей не найдено, поэтому решение соответствует критерию «новое».
Основной областью применения данного следящего электрогидравлического привода является авиация, преимущественно беспилотные летательные аппараты, где очень существенными являются габаритно-массовые и энергосберегающие требования. Поэтому предложенное решение отвечает требованию «промышленно применимо».
Предлагаемое изобретение поясняется фигурами 1 и 2.
На фиг.1 изображен следящий электрогидравлический привод при работе в крейсерском режиме полета летательного аппарата.
На фиг.2 изображен следящий электрогидравлический привод при работе в режиме высоких перегрузок.
Изображенный на фиг.1, 2 следящий электрогидравлический привод содержит гидравлический цилиндр 1 с силовым штоком 2, золотник 3 и линейный электропривод (электродвигатель на чертеже не приведен) со штоком 4 для перемещения золотника 3. Передача от линейного привода к штоку 4 осуществляется ролико-винтовой передачей 5. Силовой шток 2 гидравлического цилиндра 1 и шток 4 линейного электропривода оснащены датчиками положения (на чертеже не приведены), выходные сигналы которых подключены к входам контроллера управления (на чертеже не приведен) линейным электроприводом. Линейный электропривод имеет первый выход 6 штока 4 для управления золотником 3 и второй выход 7 штока 4, со стороны которого расположен снабженный упорами 8 подпружиненный приводящий шток 9. Такой же снабженный упорами 8 подпружиненный приводящий шток 9 расположен и со стороны силового штока 2 гидравлического цилиндра 1. Оба приводящих штока 9 свободными концами 10 посредством кулисы (коромысла) 11, соединены с тензометрированной тягой 12, управляющей аэродинамической поверхностью (рулем) 13. Золотник 3, взаимодействующий с первым
выходом 6 штока 4, выполнен подпружиненным. Шток гидроцилиндра 1 имеет упор 14. Ход золотника 3 ограничен упором 15.
Изображенный на фиг.1, 2 следящий электрогидравлический привод в зависимости от режима полета работает следующим образом.
В режиме крейсерского управления. В этом режиме привод находится все то время, когда рассогласование между задающим воздействием и сигналом с датчика угла поворота не превышает заданное значение. При этом тягой 12 и соответственно аэродинамической поверхностью (рулем) 13 через кулису 11 посредством своего приводящего штока 9 и второго выхода 7 штока 4 управляет только электропривод, в котором электродвигатель от сигнала контроллера управления через ролико-винтовую передачу 5, управляет штоком 4. При этом пружина золотника 3 отжата, шток 2 гидроцилиндра 1 стоит на упоре 14. Мощность источника гидрожидкости не расходуется (достаточно даже небольшого гидроаккумулятора). Применение для управления тягой 12 электродвигателя (особенно более мощного) с ролико-винтовой передачей 5 исключает статические ошибки и повышает динамику привода в целом. При этом при малых моментах нагрузки на вал электродвигателя, последний может обеспечить большую динамику (большие обороты электродвигателя) при гораздо меньших затратах, чем гидропривод, у которого расход энергии практически не зависит от силы на штоке, а следовательно с уменьшением силы на штоке падает к.п.д. гидропривода. Для электродвигателя, наоборот уменьшенные нагрузки со стороны руля становятся номинальными, при которых его к.п.д. наибольший.
Пока сигнал рассогласования между задающим воздействием и сигналом с датчика угла поворота не превышает заданное значение, что свидетельствует о том, что мощности электродвигателя при установленной токовой отсечке в электронном блоке достаточно для привода руля, привод работает как обычный электрический, замкнутый по положению руля.
Как только сигнал рассогласования превысит установленный допуск, шток 4 ролико-винтовой передачи 5 электропривода получает движение в
сторону золотника 3 и первый выход 5 штока 4 начинает взаимодействовать с золотником (в том числе с помощью пружины приводящего штока 9 переход происходит в милисекунды, т.е. практически неразрывно во времени). В результате чего привод начинает работать в переходном режиме (режиме маневра).
В режиме маневра. В режиме маневра, как правило, от привода требуется мощность, в десятки раз превышающая мощность номинального привода. Особенно это касается высокоманевренных летательных аппаратов. При работе в режиме маневра приводящий шток 9 со стороны второго выхода 7 штока 4 становится на упор 8, а первый выход 6 входит в зацепление с подпружиненным золотником 3. Движение золотника 3 при этом такое, что открывается канал управления штоком 2 и под воздействием давления гидрожидкости шток 2 начинает взаимодействовать со своим приводящим штоком 9, который теперь своим свободным концом 10 через кулису 11 управляет тягой 12. При этом в режиме маневра управление как и во всех известных до этого электрогидравлических приводах осуществляется электроприводом.
Обратное переключение режимов происходит аналогично, когда тензометрированная тяга 12 отметив снижение нагрузки на руле 13, посылает сигнал в контроллер управления, управляющий электроприводом.
Если тяга 12, соединенная с кулисой 11 тензометрирована, то возможно путем введения сигнала о силе на штоке 9 в контроллер управления улучшить динамические характеристики привода. При этом закон управления для линейного электропривода золотника будет формироваться как аналого-ключевой, т.е. в крейсерском режиме аналоговый по положениям двух штоков 2 и 4, а в переходном режиме ключевой по сигналу с компаратора тензодатчика. При повышении силы на штоке 4 линейного привода, последний делает быстрое движение к золотнику.
Следящий электрогидравлический привод, содержащий гидравлический цилиндр с силовым штоком, выполненным с возможностью управления тягой, золотник и линейный электропривод со штоком для перемещения золотника, при этом силовой шток гидравлического цилиндра и шток линейного электропривода оснащены датчиками положения, выходные сигналы которых подключены к входам контроллера управления линейным электроприводом, отличающийся тем, что линейный электропривод имеет второй выход штока, со стороны которого с возможностью пораздельного контакта с ним и с силовым штоком гидравлического цилиндра расположены снабженные упорами подпружиненные приводящие штоки, соединенные свободными концами с краями кулисы, центральная часть которой соединена через шарнир с тягой, золотник выполнен подпружиненным и снабжен упором, а шток линейного электропривода выполнен с возможностью пораздельного взаимодействия с подпружиненным золотником или приводным штоком.
