Устройство угловой стабилизации вращающегося реактивного снаряда



Устройство угловой стабилизации вращающегося реактивного снаряда
Устройство угловой стабилизации вращающегося реактивного снаряда
Устройство угловой стабилизации вращающегося реактивного снаряда
Устройство угловой стабилизации вращающегося реактивного снаряда

 


Владельцы патента RU 2435129:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственное научно-производственное предприятие "Сплав" (RU)

Изобретение относится к области военной техники, а именно к устройствам угловой стабилизации вращающихся реактивных снарядов. Устройство содержит датчик угловых отклонений с чувствительным элементом, блок преобразования сигналов и исполнительный орган. Чувствительный элемент выполнен в виде сферического поплавка, оснащенного постоянным магнитом и размещенного в сферической камере, заполненной жидкостью. Чувствительный элемент механически связан с приводом сигнальной и опорными обмотками. Сферическая камера выполнена внутри ротора, имеющего форму цилиндра с торцевыми поверхностями в виде усеченного конуса. Диаметр основания усеченного конуса равен диаметру цилиндра, диаметр усеченного конуса и его высота определяются из соотношений d/D=0,4-0,6 и h/D=0,3-0,5, где d - диаметр усеченного конуса, h - высота усеченного конуса, D - диаметр ротора. Привод выполнен в виде электродвигателя постоянного тока с возбуждением от постоянного магнита, размещенного внутри полого немагнитного якоря. Привод электрически связан с блоком преобразования сигналов. Достигаются упрощение конструкции и повышение эксплуатационной надежности устройства. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к военной технике, а именно к системам управления вращающимися ракетами, и может быть использовано, например, для угловой стабилизации реактивных снарядов систем залпового огня, которая, как правило, осуществляется на активном участке траектории полета в течение нескольких секунд после схода снаряда с направляющей.

Известно устройство угловой стабилизации вращающейся ракеты по патенту РФ №2126129, F42B 10/00, 15/01, опубл. 10.02.1999 г, бюл. №4, которое содержит датчик угловых отклонений с чувствительным элементом, оснащенным постоянным магнитом и связанным с электроприводом, сигнальную и опорную обмотки, блок преобразования сигналов, исполнительный орган.

Такое устройство позволяет осуществить стабилизацию углового положения продольной оси реактивного снаряда.

Однако из-за существующих в датчике перекрестных связей и конечного быстродействия исполнительного органа в системе появляются динамические ошибки, приводящие к возникновению спиральных движений в переходных процессах, что ограничивает повышение точности стабилизации снаряда.

Задачей данного технического решения являлось повышение точности стабилизации ракеты за счет снижения инструментальных ошибок преобразования сигнала датчика угловых отклонений.

Общими признаками с предлагаемым авторами устройством угловой стабилизации является наличие в устройстве-аналоге датчика угловых отклонений с чувствительным элементом, оснащенным постоянным магнитом и связанным с электроприводом, сигнальной и опорной обмотками, блока преобразования сигналов и исполнительного органа.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату является устройство угловой стабилизации реактивного снаряда по патенту РФ №2181875, F42B 10/00, 15/01, опубл. 27.04.2002 г, бюл. №12, принятое авторами за прототип, содержащее датчик угловых отклонений с чувствительным элементом, выполненным в виде сферического поплавка с постоянным магнитом, размещенным в сферической камере, заполненной жидкостью и механически связанной с приводом, с сигнальной и двумя опорными обмотками, смещенными на 90° по отношению друг к другу, блок преобразования сигналов, входы которого соединены с сигнальной и опорными обмотками, а выход - с газодинамическим исполнительным органом, угол установки осей сопел которого относительно опорных обмоток определяется по формуле φ=ωτ+arc·tg·Кпс, где φ - угол установки осей сопел относительно опорных обмоток, ω - частота вращения снаряда, τ - время запаздывания газодинамического исполнительного органа, Кпс - коэффициент перекрестной связи датчика угловых отклонений.

К недостаткам прототипа необходимо отнести следующее.

Для питания электропривода вращения сферической камеры и блока преобразования сигналов при полете снаряда система угловой стабилизации снабжается бортовой батареей постоянного тока, например термохимической, требующей дополнительной электрической связи ее пирозапала с наземной аппаратурой для задействования батареи, а также бортового устройства защиты цепи пирозапала от токов наводки и статического электричества, что усложняет конструкцию устройства.

Кроме того, после задействования бортовой батареи перед пуском не представляется возможности провести задержку пуска, а также дальнейшего использования реактивного снаряда с системой угловой стабилизации при отмене пуска.

Другой недостаток заключается в том, что момент инерции, а следовательно, и кинетический момент ротора со сферической камерой внутри, имеющего наружную сферическую поверхность (см., например, Андрейченко К.П. Динамика поплавковых гироскопов и акселерометров. - М.: Машиностроение, 1987, стр.7, рис.1.3), меньше, чем у ротора в форме цилиндра со сферической камерой того же диаметра внутри. Однако ротор в форме цилиндра имеет большой момент аэродинамического сопротивления, на что расходуется до 60% мощности привода вращения (см., например, Гироскопические системы: Элементы гироскопических приборов: Учебник для вузов по спец. «Гироскопические приборы и устройства» / Е.А.Никитин, С.А.Шестов, В.А.Матвеев: под ред. Д.С.Пельпора. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1988, стр.62-65), что требует повышенной мощности для разгона двигателя до рабочей угловой скорости и уменьшает время выбега.

Задачей прототипа являлось повышение точности стабилизации снаряда за счет снижения динамических ошибок системы и повышения эффективности управления.

Общими признаками с предлагаемым устройством угловой стабилизации снаряда является наличие в прототипе датчика угловых отклонений с чувствительным элементом в виде оснащенного постоянным магнитом сферического поплавка, размещенного в сферической камере, заполненной жидкостью и механически связанной с приводом, сигнальной и опорных обмоток, блока преобразования сигналов и исполнительного органа.

В отличие от прототипа в предлагаемом авторами устройстве угловой стабилизации вращающегося реактивного снаряда в датчике угловых отклонений сферическая камера выполнена внутри ротора, имеющего форму цилиндра с торцевыми поверхностями в виде усеченного конуса, диаметр основания которого равен диаметру цилиндра, диаметр усеченного конуса и его высота определяются из соотношений d/D=0,4-0,6 и h/D=0,3-0,5, где d - диаметр усеченного конуса, h - высота усеченного конуса, D - диаметр ротора, при этом привод выполнен в виде электродвигателя постоянного тока с возбуждением от постоянного магнита, размещенного внутри полого немагнитного якоря, и электрически связан с блоком преобразования сигналов.

В частном случае, т.е. в конкретных формах выполнения, изобретение характеризуется тем, что вращение полого немагнитного якоря противоположно направлению вращения датчика угловых отклонений вокруг его продольной оси.

Именно это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом.

Указанные признаки, отличительные от прототипа, и, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой защиты, во всех случаях достаточны.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции устройства, повышение эксплуатационной надежности и расширение функциональных возможностей.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в устройстве угловой стабилизации вращающегося реактивного снаряда сферическая камера датчика угловых отклонений выполнена внутри ротора, имеющего форму цилиндра с торцевыми поверхностями в виде усеченного конуса, диаметр основания которого равен диаметру цилиндра, диаметр усеченного конуса и его высота определяются из соотношений d/D=0,4-0,6 и h/D=0,3-0,5, где d - диаметр усеченного конуса, h - высота усеченного конуса, D - диаметр ротора, при этом привод выполнен в виде электродвигателя постоянного тока с возбуждением от постоянного магнита, размещенного внутри полого немагнитного якоря, и электрически связан с блоком преобразования сигналов, а вращение полого немагнитного якоря противоположно направлению вращения датчика угловых отклонений вокруг его продольной оси.

Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между ними позволяют, в частности, за счет выполнения:

- сферической камеры внутри ротора, имеющего форму цилиндра с торцевыми поверхностями в виде усеченного конуса, диаметр основания которого равен диаметру цилиндра, диаметр усеченного конуса и его высота определяются из соотношений d/D=0,4-0,6 и h/D=0,3-0,5, где d - диаметр усеченной поверхности конуса, h - высота усеченного конуса, D - диаметр ротора, снизить аэродинамический момент сопротивления вращению ротора, что повышает время выбега ротора и выдачи напряжения необходимой величины для питания блока преобразования сигналов при работе электродвигателя постоянного тока в режиме генератора при полете снаряда, выполнение усеченного конуса при соотношении d/D<0,4 конструктивно не позволяет разместить в роторе цилиндрические камеры термокомпенсации плавучести поплавка, сообщающиеся со сферической камерой, а при соотношении d/D>0,6 увеличивает момент аэродинамического сопротивления, выполнение усеченного конуса при соотношении h/D<0,3 не позволяет изготовлять камеры термокомпенсации плавучести поплавка необходимого диаметра, а при соотношении h/D>0,5 увеличиваются габариты ротора вдоль оси его вращения;

- привода в виде электродвигателя постоянного тока, с возбуждением от постоянного магнита, размещенного внутри полого немагнитного якоря и электрически связанного с блоком преобразования сигналов, обеспечить электропитанием бортовую аппаратуру, исключив необходимость в бортовой батарее, повысить точность устройства угловой стабилизации, так как ввиду малой индуктивности обмотки якоря, в котором отсутствует железо, исключается искрение в коллекторе и, следовательно, не возникают наводки в сигнальной обмотке.

Признаки, характеризующие изобретение в конкретных формах исполнения, позволяют, в частности, за счет вращения полого немагнитного якоря противоположно направлению вращения датчика угловых отклонений вокруг его продольной оси обеспечить повышение эксплуатационной надежности и расширение функциональных возможностей.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном устройстве угловой стабилизации вращающегося ракетного снаряда, содержащем датчик угловых отклонений с чувствительным элементом в виде оснащенного постоянным магнитом сферического поплавка, размещенного в сферической камере, заполненной жидкостью и механически связанной с приводом, сигнальной и опорными обмотками, блок преобразования сигналов и исполнительный орган, в отличие от прототипа, согласно изобретению сферическая камера выполнена внутри ротора, имеющего форму цилиндра с торцевыми поверхностями в виде усеченного конуса, диаметр основания которого равен диаметру цилиндра, диаметр усеченного конуса и его высота определяются из соотношений d/D=0,4-0,6 и h/D=0,3-0,5, где d - диаметр усеченного конуса, h - высота усеченного конуса, D - диаметр ротора, при этом привод выполнен в виде электродвигателя постоянного тока с возбуждением от постоянного магнита, размещенного внутри полого немагнитного якоря и электрически связан с блоком преобразования сигналов.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен общий вид устройства угловой стабилизации вращающегося реактивного снаряда, на фиг.2 приведена зависимость момента аэродинамического сопротивления вращению ротора Мас в относительных единицах от соотношения размеров ротора, имеющего форму цилиндра с торцевыми поверхностями в виде усеченного конуса: 1 - h/D=0,3; 2 - h/D=0,4; 3 - h/D=0,5, на фиг.3 приведена зависимость угловой скорости вращения ротора ωд вращения ротора, работающего на выбеге, от времени t: 1 - ротор выполнен в форме цилиндра; 2 - ротор выполнен в форме цилиндра с торцевыми поверхностями в виде усеченного конуса, на фиг.4 показана зависимость напряжения Uб, вырабатываемого электродвигателем постоянного тока, работающего на выбеге в режиме генератора, от времени t полета снаряда; ty - требуемое время работы устройства угловой стабилизации.

Предлагаемое изобретение расположено во вращающемся реактивном снаряде 1 и содержит датчик угловых отклонений 2, блок преобразования сигналов 3, исполнительный орган 4. Датчик угловых отклонений 2 включает в себя ротор 5 со сферической камерой 6, заполненной жидкостью 7. Ротор 5 выполнен в форме цилиндра 8 с торцевыми поверхностями в виде усеченных конусов 9 и 10, и механически связан с электродвигателем постоянного тока 11. В сферической камере 6 размещен сферический поплавок 12, оснащенный постоянным магнитом 13. Датчик угловых отклонений 2 содержит сигнальную обмотку 14 и опорные обмотки 15 и 16. Электродвигатель постоянного тока 11 содержит постоянный магнит 17, у которого N - северный полюс, S - южный полюс, полый немагнитный якорь 18 с уложенными на нем секциями якорной обмотки 19, подсоединенными к пластинам коллектора 20, контактирующим с электрощетками 21, электрически связанными с блоком преобразования сигналов 3, немагнитный якорь 18 механически связан с ротором 5. Сигнальная обмотка 14 и опорные обмотки 15 и 16 электрически связаны со входом блока преобразования сигналов 3, выход которого электрически связан со входом исполнительного органа 4.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Перед пуском вращающегося реактивного снаряда 1 на электрощетки 21 электродвигателя постоянного тока 11 от наземного источника питания подается постоянное напряжение Uн, в якорной обмотке 19 немагнитного якоря 18 возникает электрический ток, взаимодействие постоянного магнита 17 с якорной обмоткой 19 приводит к раскрутке ротора 5, при этом ось вращения поплавка 12, находящегося в жидкости 7, устанавливается вдоль оси вращения сферической камеры 6, затем производится пуск вращающегося реактивного снаряда 1, ротор 5 вращается одновременно со связанным с ним немагнитным якорем 18 и в якорной обмотке 19 при пересечении ими магнитного потока Ф постоянного магнита 17 возникает ЭДС индукции и на концах якорной обмотки 19 создается напряжение Uб, которое через коллектор 20 и электрощетки 21 подается на блок преобразования сигналов 3. При угловом отклонении продольной оси вращающегося реактивного снаряда 1 поплавок 12 стремится сохранить свое положение в пространстве за счет гироскопических свойств. Однако под действием моментов сил вязкого трения между жидкостью 7 и сферическим поплавком 12 возникает прецессия, которая при отклонении продольной оси снаряда определяет угол рассогласования между осью вращения сферического поплавка 12 и сферической камеры 6. Появление угла рассогласования приводит к тому, что в сигнальной обмотке 14 постоянный магнит 13 наводит переменное напряжение Uc, амплитуда которого пропорциональна вектору углового отклонения снаряда, а фаза - его направлению. Одновременно в опорных обмотках 15 и 16 постоянный магнит 13 наводит переменное напряжение Uоп1 и Uоп2 постоянной амплитуды, сдвинутые по фазе на 90°. Инерционность сферического поплавка 12 приводит к тому, что при угловом движении снаряда угол рассогласования определяется двумя составляющими, одна из которых пропорциональна угловому отклонению в плоскости тангажа, а вторая - в плоскости рыскания. Напряжение сигнальной обмотки 14 (Uc) и опорных обмоток 15 и 16 (Uоп1 и Uоп2) подается на вход блока преобразования сигналов 3, с выхода которого снимаются два управляющих сигнала Uу1 и Uу2, сдвинутые по фазе на 90° и соответствующие отклонению вращающего реактивного снаряда в плоскостях тангажа и рыскания.

Управляющие сигналы Uу1 и Uу2 поступают на исполнительный орган 4, например, газодинамического типа, который создает управляющие силы в связанной со снарядом системе координат на частоте его вращения, разложенные по плоскостям тангажа и рыскания, что обеспечивает парирование угловых отклонений продольной оси вращающегося реактивного снаряда, то есть стабилизацию его углового положения.

Выполнение устройства угловой стабилизации вращающегося реактивного снаряда в соответствии с изобретением позволило упростить устройство угловой стабилизации вращающегося реактивного снаряда и повысить его эксплуатационную надежность за счет исключения бортового источника питания, а также расширить функциональные возможности в случае отмены пусков.

Указанный положительный эффект подтвержден стендовыми и летными испытаниями опытных образцов, выполненных в соответствии с изобретением.

1. Устройство угловой стабилизации вращающегося реактивного снаряда, содержащее датчик угловых отклонений с чувствительным элементом в виде оснащенного постоянным магнитом сферического поплавка, размещенного в сферической камере, заполненной жидкостью и механически связанной с приводом, сигнальной и опорными обмотками, блок преобразования сигналов и исполнительный орган, отличающееся тем, что сферическая камера выполнена внутри ротора, имеющего форму цилиндра с торцевыми поверхностями в виде усеченного конуса, диаметр основания которого равен диаметру цилиндра, диаметр усеченного конуса и его высота определяются из соотношений d/D=0,4-0,6 и h/D=0,3-0,5, где d - диаметр усеченного конуса, h - высота усеченного конуса, D - диаметр ротора, при этом привод выполнен в виде электродвигателя постоянного тока с возбуждением от постоянного магнита, размещенного внутри полого немагнитного якоря, и электрически связан с блоком преобразования сигналов.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вращение полого немагнитного якоря противоположно направлению вращения датчика угловых отклонений вокруг его продольной оси.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам стабилизации тел, обтекаемых газом или жидкостью, в частности для стабилизации тел, движущихся в атмосфере и в водной среде. .

Изобретение относится к способам сборки устройств управления. .

Изобретение относится к технике вооружений и может быть использовано для метания пуль из стрелкового оружия как в подводной, так и в воздушной среде. .

Изобретение относится к области летательных аппаратов, в частности касается аэродинамической компоновки беспилотных летательных аппаратов. .

Ракета // 2412087
Изобретение относится к космонавтике и предназначено для полета в космосе. .

Изобретение относится к области артиллерийских управляемых снарядов. .

Изобретение относится к устройствам для гашения колебаний и может быть использовано для технического оснащения военной техники в качестве виброударозащитного устройства при эксплуатации снарядов РСЗО в экстремальных условиях полета.

Изобретение относится к управляемым вращающимся снарядам

Изобретение относится к реактивным снарядам систем залпового огня

Изобретение относится к боеприпасам, в частности к артиллерийским снарядам

Изобретение относится к средствам управления летательными аппаратами, в частности к рулевым поверхностям

Изобретение относится к реактивным снарядам

Изобретение относится к самоприцеливающимся боевым элементам реактивных снарядов

Изобретение относится к вращающимся реактивным снарядам систем залпового огня

Изобретение относится к складным аэродинамическим поверхностям летательных аппаратов, в частности ракет

Изобретение относится к области оборонной техники, а именно к складывающимся рулям управляемых ракет

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при разработке реактивных снарядов с отделяющимися головными частями, снабженными отсеками разделения многофункционального назначения
Наверх