Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Гидравлические машины и гидропневмоагрегаты

Диссертационная работа:

Месропян, Арсен Владимирович. Методологические основы совершенствования проектирования струйных гидравлических рулевых машин : диссертация ... доктора технических наук : 05.04.13 / Месропян Арсен Владимирович; [Место защиты: Уфим. гос. авиац.-техн. ун-т].- Уфа, 2010.- 384 с.: ил. РГБ ОД, 71 11-5/72

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность темы. Современный этап совершенствования авиационной и ракетно-космической техники различного назначения, в том числе создание высокоточных систем управления летательными аппаратами (ЛА) или космических промышленных технологий, будет сопровождаться ростом энерговооруженности и усложнением функций управления движением ЛА на траектории полета.

Рулевые приводы (РП) со струйными гидравлическими рулевыми машинами (СГРМ) находят широкое применение в системах управления (СУ) ЛА и энергетических установок (ЭУ), количество и расположение которых на летательном аппарате определяется назначением и конструкцией ЛА, а также типом используемой системы управления.

Отличительными чертами перспективных быстродействующих приводов как объектов управления являются: большое разнообразие установившихся и неустановившихся режимов работы, близость рабочих режимов работы к прочностным, функциональным и температурным ограничениям, значительный разброс параметров, обусловленный одновременным протеканием сложных гидродинамических явлений в проточной части гидроусилителя, широкий диапазон нагрузочных и скоростных условий эксплуатации.

Уровень развития техники и технологий в настоящее время обуславливает разработку совершенно новых типов ЛА и систем управления практически без аналогов и прототипов, что резко усложняет этот процесс. Точность прогнозирования параметров рабочих процессов исполнительных приводов определяется, главным образом, обоснованностью используемых методов расчета параметров и характеристик СГРМ и идентификации моделей, а также конструкторских решений. Все это предопределяет длительные сроки и трудоемкость доводочных работ.

Недостаточный уровень теоретической проработки различных аспектов этих проблем связан, в первую очередь, со сложным характером физических и гидродинамических процессов, протекающих в высоконапорных струйных гидроусилителях (СГУ), с миниатюрностью элементов проточной части СГРМ, влиянием масштабного фактора при проведении численного и физического моделирования, а также с тем обстоятельством, что СГРМ обладают случайным разбросом параметров и характеристик, вызванным технологическими допусками при изготовлении и сборке и влиянием внешних и внутренних факторов.

Возрастающие требования к уровню и качеству параметров и характеристик исполнительных гидроприводов приводят к необходимости совершенствования методов проектирования СГРМ, что позволит решить проблемы получения требуемых статических и динамических характеристик СГРМ на стадиях проектирования и доводки с высокой степенью адекватности моделей реальным объектам и обеспечить сокращение времени их создания, а также обеспечить рациональный выбор, оптимальность и стабильность рассчитываемых параметров и характеристик СГРМ во всем диапазоне сигналов управления и развиваемых усилий и скоростей, требуемое качество переходных процессов.

Цель работы. Целью работы является разработка методологических основ совершенствования и развития методов расчета и проектирования струйных гидравлических рулевых машин и их экспериментальная апробация для улучшения качества и повышения эффективности этапов проектирования и доводки.

Исходя из цели работы, для ее реализации были решены следующие задачи:

  1. Разработка методологических основ проектирования рулевого привода с СГРМ с учетом влияния стохастического характера изменения параметров.

  2. Создание новых нелинейных математических моделей, учитывающих технологический разброс параметров и нелинейных характеристик элементов.

  3. Разработка метода расчета статических и динамических характеристик одно- и двухкаскадных схем СГРМ на основе разработанных моделей.

  4. Разработка метода идентификации характеристик рулевого привода со струйным гидроусилителем.

  5. Разработка способов коррекции СГРМ.

  6. Проведение комплексных экспериментальных исследований СГРМ, входящих в состав РП ЛА, и верификация результатов численного моделирования.

Методы исследования. Работа основывается на использовании классических теоретических и экспериментальных методов исследования струйных течений, проведения стендовых испытаний, определения внутренних и внешних параметров гидроприводов. Теоретические исследования базируются на научных основах теории машино- и авиаракетостроения, теории проектирования гидроприводов, положений классической и экспериментальной гидромеханики. Использованы численные методы, методы дифференциального и интегрального исчислений, методы теории вероятностей и математической статистики, робастные методы, специальные функции.

Научная новизна. Новыми научными результатами, полученными в работе, являются разработанные методы и средства математического моделирования СГРМ с учетом влияния стохастического характера изменения параметров, направленные на повышение качества проектирования и доводки РП с СГУ:

впервые разработаны методологические основы проектирования РП с СГРМ, содержащие методы, методики и соответствующее программное обеспечение, позволяющие повысить эффективность этапов проектирования изделий и сократить время разработки до 30-40%;

разработаны новые нелинейные математические модели СГРМ различных схем, в отличие от существующих позволяющие моделировать, исследовать и прогнозировать различные режимы работы СГРМ с возможностью учета технологического разброса параметров гистерезисных явлений, люфтов, трения, гидродинамического воздействия и других нелинейностей, доступных экспериментальному определению;

разработан метод расчета статических и динамических характеристик одно- и двухкаскадных схем СГРМ;

разработан и реализован метод идентификации характеристик СГРМ, позволяющий прогнозировать характеристики СГРМ с учетом влияния стохастического характера изменения параметров;

разработаны новые способы коррекции СГРМ на гидромеханической и электронной элементной базе, выработаны рекомендации по целесообразности применения различных способов коррекции;

проведена идентификация результатов экспериментальных исследований, проведена верификация результатов численного моделирования и идентификации статических и динамических характеристик.

Достоверность научных положений, результатов и выводов, содержащихся в диссертационной работе, основывается на:

корректном использовании положений классической и экспериментальной гидромеханики;

использовании признанных научных положений, апробированных методов исследования, применением математического аппарата, отвечающего современному уровню;

обработке, обобщении и сравнении результатов многолетних экспериментальных исследований с результатами теоретических исследований.

В работе использованы экспериментальные материалы Государственного ракетного центра, накопленные более чем за 50 лет разработки и эксплуатации СГРМ, и результаты экспериментальных исследований СГРМ в УГАТУ.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Результаты исследований, разработанные методики проектирования характеристик СГРМ внедрены в промышленности - ОАО УМПО (Уфа), ФГУП НПО "Гидравлика" (Уфа), ОАО ГРЦ имени академика В. П. Макеева (Миасс), ОАО НИИТ (Уфа) и в учебный процесс УГАТУ (Уфа). Разработанные методологические основы проектирования РП с СГРМ и программные продукты для их реализации позволяют повысить эффективность этапов проектирования изделий и снизить временные и финансовые затраты на их доводку и имеют практическую ценность, а именно позволяют:

определять конструктивные параметры, статические и динамические характеристики СГРМ при моделировании, проектировании и доводке с целью удовлетворения требованиям к энергетическим характеристикам, к показателям качества переходных процессов;

рассчитывать статические и динамические характеристики СГРМ с учетом влияния стохастического характера изменения параметров по разным информационным массивам;

осуществлять комплексные экспериментальные исследования характеристик СГРМ на основе разработанных методик идентификации и верификации;

совершенствовать процесс доводки параметров и характеристик СГРМ применением устройств коррекции на гидромеханической и электронной элементной базе с использованием современных компьютерных технологий при проектировании серийных изделий.

На защиту выносятся:

  1. Методологические основы проектирования рулевых приводов со СГРМ.

  2. Математические модели и методики расчетов параметров и характеристик СГРМ, позволяющие моделировать, исследовать и прогнозировать различные режимы работы СГРМ с возможностью учета гистерезисных явле-

ний, люфтов, трения, гидродинамического воздействия и других нелинейно-стей, доступных экспериментальному определению.

  1. Метод расчета статических и динамических характеристик одно- и двух-каскадных схем СГРМ.

  2. Метод идентификации характеристик СГРМ.

  3. Способы коррекции СГРМ, математические модели корректирующих устройств на гидромеханической и электронной элементной базе.

  4. Методика верификации результатов численного моделирования и идентификации статических и динамических характеристик СГРМ.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на Межотраслевом семинаре «Ракетно-космическая техника» (г. Миасс, 1996); Международной НТК «Гидромашины, гидропривод и гидропневмоавтоматика» (г. Москва, 1996); Всероссийской молодежной НТК «Проблемы энергомашиностроения» (г. Уфа, 1996); Международной НТК «Проблемы и перспективы развития двигателе-строения в Поволжском регионе» (г. Самара, 1997); Всероссийской молодежной НТК «Информационные и кибернетические системы управления и их элементы» (г. Уфа, 1997); 50-й НТК профессорско-преподавательского состава и аспирантов ЮУрГУ (г. Челябинск, 1998); Международной НТК «Современные аспекты гидроаэродинамики» (г. Санкт-Петербург, 1998); Всероссийской молодежной НТК «Регулируемые твердотопливные установки» (г. Пермь, 1998); Международной НТК «Современные научно-технические проблемы гражданской авиации» (г. Москва, 1999); НТК «Аэрокосмическая техника и высокие технологии - 99» (г. Пермь, 1999); Научно-техническом семинаре «Газоструйные импульсные системы» (г. Ижевск, 1999); Международной НТК «Интеллектуальные системы управления и обработки информации» (г. Уфа, 1999); Всероссийской НТК «Аэрокосмическая техника и высокие технологии» (г. Пермь, 2000-2003 гг.); Всероссийской НТК «Газоструйные импульсные системы» (г. Ижевск, 2000-2003 гг.); Всероссийской НТК «Гидравлика и гидропневмоси-стемы» (г. Челябинск, 2005); Международной НТК «Гидропневмоавтоматика и гидропривод- 2005» (г. Ковров, 2005); Российской НТК «Мавлютовские чтения» (г. Уфа, 2006), УЛИЦ «Гидропневмоавтоматика» (г. Уфа, 2007-2009 гг.).

Личный вклад соискателя в разработку проблемы: все основные идеи в работе сформулированы лично автором. Материалы диссертации основаны на исследованиях автора в период с 1996 по 2009 годы.

Основные положения, методики и результаты работы получены и апробированы в ходе реализации гранта Министерства образования РФ (1994-2006 гг.) Проект: «Разработка и исследование струйных гидравлических рулевых машин систем автоматического управления летательных аппаратов», гранта 2002-2005 гг. «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники». Подпрограмма: транспорт. Раздел: транспортные ракетно-космические системы», НИР УГАТУ совместно с Государственным ракетным центром «КБ им. акад. В. П. Макеева» (г. Миасс) по исследованию гидродинамических явлений в системах управления энергетических установок и НПО «Машиностроитель» (г. Москва), госбюджетной НИР «Разработка тео-

ретических основ рабочих процессов перспективных энергонапряженных машин и установок» (2002-2004 гг.), № 01200209368, госбюджетной НИР «Разработка и исследование ракетных двигателей твердого топлива с глубоким регулированием модуля тяги и многократным включением» (2005-2007 гг.), № 02200502887, госбюджетной НИР «Исследование теплофизических и гидродинамических процессов и разработка теории перспективных энергонапряженных двигателей и энергетических установок» (2008-2009 гг.), № 01200802934, грант Федерального агентства по образованию «Электрогидравлические системы управления регулируемой двигательной установкой твердого топлива многократного включения» (2009-2011 гг.).

Публикации. По результатам выполненных исследований и разработок опубликовано 54 печатных работы, в том числе в 15 публикациях в центральных рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК, в 1 монографии, в 2 учебных пособиях с грифом УМО высших учебных заведений РФ по образованию в области гидравлической, вакуумной и компрессорной техники. Получены 5 патентов РФ по совершенствованию конструкций СГРМ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложения. Содержит 365 страниц машинописного текста, библиографический список из 172 наименований, приложений.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net