CS199355B1 - Elektromechanibké a elektrohydraulické servopohony a pohony k řízení letadel - Google Patents

Description

Vynález se týká zařízeni pro přestaveni regulačního členu hydraulického servomotoru autopilota letadel, elektrické řízení letadel, přímé řízení raket, ovládání přívodu tlakového média do hydraulických a pneumatických mechanismů a pro dávkováni tekutin.

Dosud známá zařízení k zajištění letu letadel a raket používají autopilotů - zařízeni, jehož výkonný prvek bývá spučástí mechanismu pro ruční nebo elektrické ovládání letadla člověkem prostřednictvím hydraulických nebo elektrických.servomotorů* Klíčovým členem celé soustavy je bustr a jeho regulační člen - šoupátko, který ovládá pohyb a určuje polohu celého mechanismu řízení. Od změny polohy šoupátka-bustru-je závislý pohyb ovládací soustavy a proto na její rychlosti je závislá citlivost a přesnost řízení letadla nebo rakety. Je známá řada konstrukci servomotorů autopilotů, z nich nejrozšířsnějši jsou následující»

Stále běžioi elektromotor s elektromagnetem spínanou spojkou. Je to zastaralé koncepce pro přímý pohon kormidla silou aso do 60 N. Její nevýhodou je velká spotřeba leketrické energie, opotřebení spojek a pomalý ohod spínacích elektromagnetů, které mjí zpožděni 50 až 60 ms.

Reverzní elektromotor s převody, který je uváděn do činnosti v případě potřeby přestavení řídícího mechanismu. Nevýhodou tohoto systému je velká časová konstanta (0,2 až 0,5 sekun199 355

198 3SS dy) vyplývajíc! te setrvačních hmot a značná hmotnost mechanismu· Jednorázové elektromagnety, které jsou používány pro ovládáni kormidel rakety nebe antivibračních křidélek letadel, jsou použitelné jen pro malé zdvihy a sily· Jejich časová konstanta je 3θ až I50 ms· Jejich výhodou jsou malé rozměry, nízká hmotnost a velká spolehlivost·

Speciální polarizované relé, pohybuje přímo regulačním členem hydraulického servomotoru, z

jeho časová konstanta je 3 až 30 ms, není možné ho vestavět do syst-ému táhla ručního řízeni letadla, vyvině jen malou silu a potřebuje analogový signál· Podobné mechanismy jako jsou autopiloty, se používají k ovládáni různých strojů· Výkonným prvkem meohanlsmu je pneumatický nebo'hydraulický váleo, do kterého je přiváděno tlakové médium přes rozváděč ovládaný jedním nebo několika elektromagnety· Společnou nevýhodou těohto mechanismů je velká časová konstanta řádově desítky milisekund, kterou způsobuji pomalu praoujioi elektromagnety a několikastupňový systém šoupátek· Z dynamických vlastnosti plyne nepřesnost polohováni, přesnost se dosahuje zpravidla narážkovým systémem·

Uvedené nedostatky odstraňuji elektromechanické a elektrohydraulické servopohony k řízeni letadel, raket a jiných strojů podle vynálezu· Podstata vynálezu je v tom, že jako výkonnýoh nebo řídicích prvků je u těchto servopohonů použito impulsně řízených elektromagnetů, to je elektromagnetů, jejichž vinuti je ve stanovených okamžioioh napájeno z nabitého kondenzátoru, nebo přes jejichž vinuti se kondenzátor nabiji· Kapaelta kondenzátoru a indukčnosť vinuti impulsně řízeného elektromagnetů určuje časovou konstantu obvodu· Ovládáni elektromechanických a elektrohydraulických servopohonů je elektrioké a v podstatě se neliší od běžně používaných systémů· Změna je v partii, která bezprostředně souvisí s impulsně řízenými elektromagnety· Řídioí elektronický systém vysílá impulsy do elektrického obvodu impulsně řízeného elektromagnetů a tim ho uvádí do činnosti·

Každý impuls způsobí jedno přitaženi kotvy·

Impulsně řízený elektromagnet je schopný zkrátit dobu jednoho kroku přestaveni regulačního členu hydraulického servomotoru nebo přímo kormidla na méně než 0,5 milisekundy s možnou frekvenci až 200 Ηζ· V případě, že impulsně řízený elektromagnet je použitý k pohonu hydraulického motoru, je schopen reagovat za 0,3 ms při frekvenci 100 Ha i více.

Při ovládáni ventilu tlakového média reaguje impulsně řízený elektromagnet se zpožděním 0,2 ms za řídicím signálem a vlastní otevřeni nebo zavřeni ventilu.trvá 0,2 aŽ 0,3 msr Možná frekvence řízeni ventilu přesahuje 150 Hz i v dlouhodobém režimu práce· Použiti impuls ně řízených elektromagnetů v rozváděčích podstatně zkracuje časové konstanty a není nutný několikastupňový systém šoupátek· Uvedené parametry umožňuji podstatné zvýšeni kritiokéhs zesíleni a frekvenoe řezu autopilota· Rychlou reakcí na poruchový signál se snižují i elastické kmity letounu vyvolané náporovým tlakem na kormidla· Elektrohydraulické a elektrcmeoha nické servopohony a pohony s impulsními elektromagnety umožňuji přechod všeoh strojů, ve kterých jsou použity, na číslicové řízeni, synchronní a dálkové ovládáni a zlepšuje jejioh dynamické charakteristiky· Polohováni i aretace polohy jsou možné bez obvykle používaného narážkového systému, což vede ke sníženi hmotnoeti systému a zjednodušeni řízeni·

199 35S

Na obr. 1 je schéma elektrického zapojení dvojice impulsně řízených elektromagnetů v servopohonu a jejich začlenění do stávajícího systému analogového automatického řízení letadel nebo strojů. Levé část sohéma slouží pro záporný, pravá pro kladný smysl pohybu servopohonu. Na obr. 2 je funkční schéma elektromechanického pohonu do výkonu řádově stovek wattů s dvojicí impulsně řízených elektromagnetů, převodovým mechanismem a aretací. Obr. 3 schematicky znázorňuje lineární elektrohydraulický pohon, kterému dodávají tlakové medium čerpadla poháněná dvojici impulsně řízených elektromagnetů. Na obr. 4 je schéma elektrického zapojení elektromechanického pohonu určeného především pro rotační pohyb. Obr. 5 znázorňuje uspořádání dvojice impulsně řízených elektromagnetů v elektromechanickém rotačním pohonu. Obr. 6 představuje elektrické schéma s impulsně řízenými elektromagnety využitými pro řízení ventilů a šoupátek rozváděčů tlakového média. Obr. 7 je funkční schéma mechanismu pro ovládání ventilů a rozváděčů.

Na obr. 1 polarizované relé H je poslední člen stávajícího systému. Má klidovou (neutrální) polohu a v případě řídicího signálu od autopilota nebo jihého řízení propojuje signály klopného obvodu 3,2 na řyristor záporného okruhu 13 nebo tyristor kladného okruhu 20. Klopný obvod 12 pracuje bučí na zvolené frekvenci nebo proměnné frekvenci podle úrovně signálu. V čase, kdy je na tyristor záporného okruhu 13 nebo tyristor kladného okruhu 20 přiváděn řídicí signál, musí být tyristoru napájení záporného okruhu 3,4; nebo tyristoru napájení kladného okruhu 21 řídicí signál přerušen. Otevřením tyristoru záporného okruhu 12 se vybíjí kondenzátor záporného okruhu 15 přes vinutí elektromagentu pro záporný smysl pohybu 16 a vinutí pomocného elektromagnetu pro záporný smysl pohybu 19. Přepěťová ochrana 24 slouží současně k regulaci doby odpadu kotvy. Otevřením tyristoru kladného okruhu 22 vybíjí se kondenzátor kladného okruhu 22 Přea vinutí pomocného elektromagnetu pro kladný smysl pohybu 12· Napájecí napětí je přiváděno na napájecí svorky 22» Na ^obr· 2 je varianta elektromechanického servopohonu, který se skládá z kotvy elektromagnetu pro záporný smysl pohybu 31. která je jedním koncem otočně uložena na opěrném čepu 37 a na druhém konci je prostřednictvím čepu 36 otočně uložena západka 33. která je pružinou 25 tlačena do záběru s rohatkou 34· Na jádře elektromagnetu pro záporný smysl pohybu 30 je vinutí elektromagnetu pro záporný smysl ýohybu 16 a vinuti pomocného elektromagnetu pro kladný smysl pohybu 12· Pro kladný smysl pohybu rohatky 24 slouží symetrická skupina členů. Poloha rohatky 24 je zajištěna anetační západkou 22 tlačenou do uložení v tělese mechanismu a do záběru s rohatkou 24 pružinou 23« Pohyb kotvy elektromagnetu pro záporný smysl pohybu 21 je omezovén stavitelným dorazem 22· Vinutí elektromagnetu pro záporný smysl pohybu 12, vinuti pomocného elektromagnetu pro kladný smysl pohybu 12, vinuti elektromagentu pro kladný smysl pohybu 18 a vinutí pomocného elektromagnetu pro záporný smysl pohybu 12 jsou spolu propojeny podle elektrického schéma na obr. 1. V případě řídicího signálu pro záporný smysl pohybu od autopilota nebo jiného řízení jsou v určených časových okamžicích napájeny společným proudem vinutí elektromagnetu pro záporný smysl pohybu 12 a vinutí pomocného elektromagentu pro záporný smysl pohybu 3,g. Poněvadž kotva elektromagnetu pro záporný smysl pohybu 31 má podstatně větší hmotnost než západka 33. bude její pohyb opožděn. Západka 22 bude ze záběru s rohatkou 34 vytažena dřív než kotva iektromagnetu pro záporný smysl po199 395 hybu posune celý meohanismus o jeden krok· Počet kroků, jejioh frekvence a směr jsou dány dobou trváni, velikostí a charakterem signálu přiváděného na polarizované relé H a klopný obvod 12 od řídicího systému viz, obr· 1· Příklad elektrohydraiilického servopohonu je na obr· 3· Miste rohatky 34 a západky 35 elektromechanického pohonu ovládá kotva elektromagnetu pro záporný smysl pohybu 21 čerpadlo záporného smyslu pohybu ££, které tlačí médium na jednu stranu pístu lineárního hydromotoru 41 a kotva pomocného elektromagnetu záporného smyslu pohybu 4¾ ovládá ventil odtoku tlakového média 42 ^z druhé strany pistu lineárního hydromotoru 41« Pohyb pístu lineárního hydromotoru 41 v opačném kladném smyslu pohybu zabezpečuje souměrně uspořádána skupina elektromagnetu s čerpadlem a pomocného elektromagnetu s s ventilem· Po přivedeni řídicího signálu na tyristor záporného okruhu 12 a jeho otevření nastává současný přítah kotvy elektromagnetu pro záporný smysl pohybu 51 a kotvy pomocného elektromagnetu záporného smyslu pohybu 42« Tím čerpadlo záporného smyslu pohybu dodá tlakové médium na jednu stranu pistu lineárního hydromotoru 4l· & tlakové médium z druhé strany pístu lineárního hydromotoru 41 odtéká přes ventil odtoku tlakového média 45 do vyrovnávací nádržky 44, ze které ho nasává čerpadlo záporného smyslu pohybu {&,· Na každý impuls řídicího signálu přivedeného na tyristor záporného okruhu 12 nebo tyristor kladného okruhu 20 se lineární hydromotor 41 přestaví o jeden krok v požadovaném smyslu pohybu· Ovládaný člen je na pístnicí £2 napojen přes přípojku {&· V případě, že je tohoto mechanismu použito pro výkony, které by elektromagnety obtížně zabezpečovaly, ovládá pístnice 42 regulační člen hydraulického nebo pneumatického servomotoru· Na ob«r 4 je elektrické sohéma s principem činnosti v podstatě stejným jako podle obr. 1. Naprosto stejnou funkci mají tyristor záporného okruhu 15. kondenzátor záporného okruhu 12, vinutí elektromagnetu pro záporný smysl pohybu lg, vinutí elektromagnetu pro kladný smysl pohybu 18. tyristor kladného okruhu gQ, kondenzátor kladního okruhu 2g a přepěťové ochrana 24.

Do proudových orkuhů vinuti elektromagnetu pro záporný smysl pohybu 16 a vinutí elektromag netu pro kladný smysl pohybu lg je do série přes oddělovací diody 5¾ zapojeno vinuti elektromagnetu aretace 22.* Aretace tak pracuje s jedním elektromagnetem pro kladný i záporný smysl pohybu. Elektromagnet záporného msyslu pohybu 58 (obr. 3) nebo elektromagnet kladného smyslu pohybu 59 určuji krokový pohyb obloukové- rohatky 57. Aretace meohanismu je provedena aretační západkou 22 pevně spojenou s kotvou elektromagentu aretace 22·

Vinutí elektromagnetu aretace 30 je napájeno při každém kroku podle elektrického schéma na obr. 4. Řidiči elektronický člen 76 na obr. 6 dává signál pro tyristor otvíracího obvodu 21 v případě pořadavku na otevřeni ventilu nebo pro tyristor závěrného okruhu 24 v čase, kdy je nutné ventil uzavřít. Při otevřeni tyristoru otvíracího obvodu 71 je ze zdroje a filtračního kondenzátoru 22 napájena soustava vinuti elektromagnetu otvíracího obvodu 22 a řídicího kondenzátoru 73. Tímto obvodem prochází proudový impuls na základě rezonančního děje, který je ukončen nabitím řídicího kondenzátoru 73. V tomto okamžiku také vypíná tyristor otvíracího obvodu 71 a ventil je otevřen. Po řízeném otevření tyristoru závěrného okruhu 74 se řídicí kondenzátor 75 vybijí do vinutí elektromagnetu závěrného obvodu 22 a ventil se uzavírá. Šoupátko ventilu 82 (obr. 7), které se pohybuje v tělese ventilu 22» d^e Pevně spojeno se společnou kotvou QO dvojice elektromagnetů přes táhlo 81.

199 35S

Po průchodu proudového impulsu vinutím elektromagnetu otvíracího obvodu 22 ^nebo vinutím elektromagnetu závěrného obvodu 25 3® šoupátko ventilu g£ přestavováno do polohy otevřeno nebo zavřeno. V žádané poloze je drženo aretací polohy mechanismu gg. Tlakové médium je do ventilu přiváděno přes vstup 84; k výstupu 85. Ventil může být opatřen i vstupem odtoku gg a výstupem odtoku g2·

Zařízení podle vynálezu je určeno především k ovládání kormidel letadel a raket, ale je možné použit ho všude tam, kde se používají hydraulické, pneumatické nebo elektrické pohony a servopohony. Zařízení je možné využít i pro dávkovači a vstřikovací zařízení tekutin, k ovládání odpojovačů v rozvodnách elektrické energie a jistících zařízeních s velmi rychlou činností (řádově desetiny milisekund). Mezi další výhody patří vysoká účinnost daná impulsně řízenými elektřomagnety, kterými protéká proud prakticky jen v době přestavování kotvy. Účinnost ještě zvyšuje možnost využívání akumulované energie elektromagnetu po přitahu kotvy.

Claims (3)

1. předmEt vynálezu

   1. Elektromechanické a elektrohydraulické servopohony a pohony k řízení letadel s elektřomagnety jako výkonnými nebo řídicími prvky, pro krokový pohyb pohonu v záporném i kladném smyslu, vyznačující se tím, že vinuté elektromagnetu pro záporný smysl pohybu (16) je k napájecím svorkám (23) připojeno paralelně současně s kondenzátorěm záporného okruhu (15), přičemž mezi jeden konec kondenzátoru záporného okruhu (15) a jeden konec vinutí elektromagnetu pro záporný smysl pohybu (16) je zapojen spínací Člen například tyristor záporného okruhu (13), podobně vinutí elektromagnetu pro kladný smysl pohybu (18) je k napájecím svorkám (23) připojeno paralelně současně s kondensátorem kladného okruhu (22), přičemž mezí jeden konec vinutí elektromagnetu pro kladný smysl pohybu (18) je zapojen spínací člen například tyristor kladného okruhu (20), řídicí elektroda tyristoru kladného okruhu (20) a tyristoru záporného okruhu (13) je připojena přes polarizované relé (11) na výstup řídicího systému, např. na klopný obvod (12)
2. 2. Elektromechanické a elektrohydraulické servopohony a pohony podle bodu 1, vyznačené tím, že mezi jeden konec vinutí elektromagnetu pro kladný smysl pohybu (18) a jeden konec kondenzátoru kladného okruhu (22) je zapojeno vinutí pomocného elektromagnetu pro kladný smysl pohybu (17) a mezi jeden konec vinutí elektromagnetu pro záporný smysl pohybu (16) a jeden konec kondenzátoru záporného okruhu (15) je zapojeno vinutí pomocného elektromagnetu pro záporný smysl pohybu (19).
3. 3. Elektromechanické a elektrohydraulické servopohony a pohony podle bodu 1, vyznačené tím, že mezi jeden konec vinuti elektromagnetu pro záporný smysl pohybu (16) a jeden konec kondenzátoru záporného okruhu (15) je zapojeno vinutí elektromagnetu aretace (50), které je současně zapojeno také mezi jeden konec vinutí elektromagnetu pro kladný smysl pohybu (18) a jeden konec kondenzátoru kladného okruhu (22)·