RU2793861C1 - Thrust control device for the propulsion systems of the soyuz-2 and angara space rockets, based on the assessment of the current values of thrust during flight according to telemetric information for falling separable parts into a given area - Google Patents
Thrust control device for the propulsion systems of the soyuz-2 and angara space rockets, based on the assessment of the current values of thrust during flight according to telemetric information for falling separable parts into a given area Download PDFInfo
- Publication number
- RU2793861C1 RU2793861C1 RU2022106487A RU2022106487A RU2793861C1 RU 2793861 C1 RU2793861 C1 RU 2793861C1 RU 2022106487 A RU2022106487 A RU 2022106487A RU 2022106487 A RU2022106487 A RU 2022106487A RU 2793861 C1 RU2793861 C1 RU 2793861C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thrust
- tmi
- propulsion
- control
- flight
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Предполагаемое изобретение относится к области ракетной техники, в частности к устройствам управления тягой двигательных установок (ДУ) в полете и анализа летно-технических характеристик ракет космического назначения (РКН).The alleged invention relates to the field of rocket technology, in particular to devices for controlling the thrust of propulsion systems (PS) in flight and analyzing the performance characteristics of space rockets (RKN).
В настоящее время значение тяги ДУ РН в масштабе реального времени на борту на всем участке полета ступени не определяется, что не дает возможности объективно оценивать динамику изменения значения тяги по времени полета и соответственно обеспечивать точное управление с малыми реализациями значений тяги ДУ (сверхмалое форсирование или дросселирование ДУ). Что позволит обеспечить их попадание в заданную область эллипса рассеивания на последних секундах полета (5-7 секунд до отделения ОЧ). Это стало предпосылкой для разработки инновационного подхода к расчету тяги двигательных установок РКН.At present, the thrust value of the rocket launcher on a real-time scale is not determined on board throughout the entire flight segment of the stage, which makes it impossible to objectively evaluate the dynamics of changes in the thrust value over the flight time and, accordingly, provide accurate control with small realizations of the thrust values of the rocket launcher (ultra-small forcing or throttling DU). This will ensure that they fall into the specified area of the dispersion ellipse in the last seconds of the flight (5-7 seconds before the separation of the SP). This became a prerequisite for the development of an innovative approach to calculating the thrust of ILV propulsion systems.
Актуальность настоящей работы подтверждена необходимостью контроля значения тяги, как основного показателя, характеризующего конструктивные особенности двигателя и пневмо-гидравлической системы ДУ, а также управления дроссельными устройствами подачи компонентов ракетного топлива в ДУ для точного управления тягой ДУ, обеспечивающего попадание ОЧ РН в заданную область.The relevance of this work is confirmed by the need to control the value of thrust, as the main indicator characterizing the design features of the engine and the pneumo-hydraulic system of the PS, as well as to control the throttle devices for supplying propellant components to the PS for precise control of the thrust of the PS, ensuring that the OS LV hits the specified area.
Предложенные алгоритмы оценки значений тяги позволяют с высокой достоверностью определять и контролировать их значения в каждый момент времени в процессе полета и повысить качество оценки фактических энергетических характеристик РКН.The proposed algorithms for estimating the thrust values make it possible to determine and control their values with high reliability at each moment of time during the flight and improve the quality of the assessment of the actual power characteristics of the ILV.
В случае возникновения нештатной (аварийной) ситуации использование предложенных алгоритмов позволяет определять вероятные причины аварии, в том случае если они являются следствием некорректной работы ДУ и пневмо-гидравлической системы, и выдавать рекомендации по их парированию. Оценка граничных значений тяги в процессе регулирования параметров жидкостных ракетных двигателей позволяет значительно сократить размеры фактических эллипсов рассеивания.In the event of an emergency (emergency) situation, the use of the proposed algorithms makes it possible to determine the probable causes of the accident, if they are the result of incorrect operation of the remote control and the pneumatic-hydraulic system, and issue recommendations for their parry. Evaluation of the thrust limit values in the process of regulating the parameters of liquid-propellant rocket engines makes it possible to significantly reduce the size of the actual dispersion ellipses.
Устройство управления тягой двигательных установок РКН на основе оценки текущих значений тяги в полете по данным телеметрической информации разрабатывалось для осуществления управления тягой ДУ на основе расчета параметров тяги ДУ по данным ТМИ, а также для оценки летно-технических характеристик РКН по результатам пуска, а именно определения тяги ДУ в пустоте по данным материалов обработки телеметрической информации (ТМИ).The thrust control device for ILV propulsion systems based on the assessment of the current values of thrust in flight according to telemetric information was developed to control the thrust of the propulsion system based on the calculation of the propulsion parameters of the propulsion system according to the TMI data, as well as to assess the flight performance of the ILV based on the launch results, namely, determining remote control thrust in the void according to the data of materials for processing telemetric information (TMI).
Данное устройство предназначено для определения значений тяги ДУ на требуемых интервалах полетного времени и может быть использовано для определения оптимального интервала времени отделения ОЧ, обеспечивающего наиболее точное попадание ОЧ в заданный эллипс рассеивания, где началом интервала служит значение времени которое является определяющим для начала решения задачи формирования команды на выключение ДУ, а его окончание - момент выключения двигателя This device is designed to determine the values of PS thrust at the required flight time intervals and can be used to determine the optimal time interval separation of the SP, providing the most accurate hit of the SP in a given dispersion ellipse, where the beginning of the interval is the time value which is decisive for starting the solution of the problem of generating a command to turn off the remote control, and its end is the moment of turning off the engine
Качественным и количественным показателями конструктивного совершенства и оптимальности протекания рабочих процессов ракетных двигателей являются удельные показатели. Одним из наиболее важных удельных показателей двигательных установок является удельный импульс тяги.Qualitative and quantitative indicators of constructive perfection and optimality of the flow of working processes of rocket engines are specific indicators. One of the most important specific indicators of propulsion systems is the specific thrust impulse.
Удельным импульсом тяги принято называть импульс силы, приходящийся на единицу массы рабочего тела (топлива) [6]. Значительным влиянием удельного импульса на характеристики летательных аппаратов объясняется одна из основных тенденций современного ракетодвигателестроения - повышение удельного импульса [2].The specific thrust impulse is usually called the force impulse per unit mass of the working fluid (fuel) [6]. A significant influence of the specific impulse on the characteristics of aircraft explains one of the main trends in modern rocket engine building - an increase in the specific impulse [2].
В расчетах рассматривается только значение тяги в пустоте. Удельный импульс выражается из формулы Циолковского [1], [6].In the calculations, only the value of thrust in the void is considered. The specific impulse is expressed from the Tsiolkovsky formula [1], [6].
гдеWhere
V - характеристическая скорость летательного аппарата, м/с;V is the characteristic speed of the aircraft, m/s;
I - удельный импульс ракетного двигателя, кгс⋅с/кг;I - specific impulse of the rocket engine, kgf⋅s/kg;
m1 - начальная масса РКН (полезная нагрузка + «сухая» масса РН + топливо), кг;m 1 - initial mass of the ILV (payload + "dry" mass of the launch vehicle + fuel), kg;
m2 - конечная масса РКН (полезная нагрузка + «сухая» масса РН), кг.m 2 - final mass of the launch vehicle (payload + “dry” mass of the launch vehicle), kg.
Под «сухой» массой следует понимать массу конструкции РН (без заправленного топлива).The "dry" mass should be understood as the mass of the launch vehicle structure (without fuel).
Из формулы (1) тяга ДУ определяется по формуле:From formula (1), the thrust of the remote control is determined by the formula:
гдеWhere
Δt - время полета РН;Δt - launch vehicle flight time;
- массовый расход компонентов топлива через ДУ РН - mass flow rate of fuel components through the remote control launcher
Расчет тяги двигателей ступеней РКН в пустоте производится по формуле 3The calculation of the thrust of the engines of the ILV stages in the void is carried out according to the formula 3
гдеWhere
- для ступеней РН, оснащенных ДСИ (расходомерами) массовый расход компонентов топлива через ДУ РН определяется по формуле 4- for launch vehicle stages equipped with DSI (flow meters), the mass flow rate of fuel components through the launch vehicle control system is determined by formula 4
- для ступеней РН, конструкция которых не предусматривает установку ДСИ массовый расход компонентов топлива через ДУ РН определяется с использованием значений объемов по уровню прохождения точек СУРТ по формуле 5- for launch vehicle stages, the design of which does not provide for the installation of DSI, the mass flow rate of fuel components through the launch vehicle control system is determined using the values of volumes according to the level of passage of the SURT points according to formula 5
ΔWx1 - разность проекций кажущейся скорости центра масс изделия на продольную ось в начале t0 и конце tk выбранного интервала времени (по данным ТМИ) WXI), м/с;ΔW x1 - the difference in the projections of the apparent velocity of the center of mass of the product on the longitudinal axis at the beginning t 0 and the end t k of the selected time interval (according to TMI) W XI ), m/s;
g0 - ускорение силы тяжести у поверхности земли, м/с2;g 0 - acceleration of gravity at the earth's surface, m/s 2 ;
- массовый расход компонентов топлива через ДУ РН; - mass flow rate of fuel components through the RS LV;
m(t0), m(tk) - масса РКН в начале t0 и конце tk выбранного интервала времени соответственно, кг;m(t 0 ), m(t k ) - ILV mass at the beginning t 0 and end t k of the selected time interval, respectively, kg;
m(ti), m(ti-1) - масса компонентов ракетного топлива в начале ti-1 и конце ti выбранного интервала времени соответственно, кг;m(t i ), m(t i-1 ) - mass of propellant components at the beginning t i-1 and end t i of the selected time interval, respectively, kg;
i - порядковый номер точки СУРТ, i=32÷1;i - serial number of the SURT point, i=32÷1;
ti-1, ti - начало и конец выбранного интервала времени по данным ТМИ, с. Для вычислений используется временной интервал, где начальный момент времени t0 соответствует времени срабатывания верхней точки СУРТ, а конечный tk времени срабатывания нижней точки СУРТ. Временной интервал для вычислений выбирается таком образом, что начальный момент времени t0 соответствует значению, максимально приближенному к времени срабатывания верхней точки СУРТ и является максимально близким к значению времени (определяющего начало формирования команды на выключение ДУ), а конечный момент времени tk максимально приближен к времени срабатывания нижней точки СУРТ и является максимально близким к значению времени на момент выключения двигателя t i-1 , t i - beginning and end of the selected time interval according to TMI, s. For calculations, a time interval is used, where the initial time t 0 corresponds to the response time of the upper point of the SURT, and the final t k of the response time of the lower point of the SURT. The time interval for calculations is chosen in such a way that the initial time t 0 corresponds to the value as close as possible to the time of operation of the upper point of the SURT and is as close as possible to the time value (determining the beginning of the formation of the command to turn off the remote control), and the final time t k is as close as possible to the time of operation of the lower point of the SURT and is as close as possible to the time value at the time of turning off the engine
Для расчета массы окислителя и горючего m(t0), m(tk) на границах выбранного временного интервала необходимо предварительно определить объемы и плотности соответствующих компонентов, зависящих от температуры компонентов ракетного топлива (КРТ).To calculate the mass of the oxidizer and fuel m(t 0 ), m(t k ) at the boundaries of the selected time interval, it is necessary to first determine the volumes and densities of the corresponding components, depending on the temperature of the propellant components (RFC).
Значения номинальных плотностей окислителя и горючего для расчета m(t0), m(tk) принимаются по результатам физико-химического анализа из паспортов на компоненты и вносятся в блок хранения информации. Значения фактических температур КРТ для расчета m(t0), m(tk) берутся согласно данным ТМИ на РКН.The values of the nominal densities of the oxidizer and fuel for calculating m(t 0 ), m(t k ) are taken based on the results of physical and chemical analysis from the passports for the components and are entered into the information storage unit. The values of the actual CRT temperatures for calculating m(t 0 ), m(t k ) are taken according to the TMI data on the ILV.
I. Значения объемов для расчета массы ступеней РН (оснащенных ДСИ (расходомерами)) на границах выбранного временного интервала m(t0), m(tk) определяются с использованием значений частот датчиков скорости истечения окислителя (горючего), полученных согласно данным ТМИ и значения тарировочного коэффициента датчика расхода. При этом для вычислений выбирается временной интервал, где начальный момент времени t0 соответствует значению, максимально приближенному к времени срабатывания верхней точки СУРТ и является максимально близким к значению времени (определяющего начало формирования команды на выключение ДУ), а конечный момент времени tk максимально приближен к времени срабатывания нижней точки СУРТ и является максимально близким к значению времени на момент выключения двигателя I. Volume values to calculate the mass of the launch vehicle stages (equipped with DSI (flow meters)) at the boundaries of the selected time interval m(t 0 ), m(t k ) are determined using the frequencies of the oxidizer (fuel) outflow rate sensors obtained according to TMI data and the value of the calibration coefficient of the sensor consumption. In this case, a time interval is selected for calculations, where the initial time t 0 corresponds to a value as close as possible to the time of operation of the upper point of the SURT and is as close as possible to the time value (determining the beginning of the formation of the command to turn off the remote control), and the final time t k is as close as possible to the time of operation of the lower point of the SURT and is as close as possible to the time value at the time of turning off the engine
Определяется секундный объем КРТ, т.е. объем компонента топлива, проходящий через расходомер за единицу времени, который потребуется для дальнейшего расчета массового расхода КРТ в границах выбранного временного интервала.The second volume of SRT is determined, i.e. the volume of the fuel component passing through the flow meter per unit of time, which will be required for further calculation of the SRT mass flow rate within the boundaries of the selected time interval.
гдеWhere
- объем горючего, поступающего в ТНА ДУ, м3; - the volume of fuel entering the TNA DU, m 3 ;
- частота датчика скорости истечения окислителя (горючего), Гц; - frequency of the oxidizer (fuel) outflow rate sensor, Hz;
ВСР - тарировочный коэффициент датчика расхода;In SR - calibration coefficient of the flow sensor;
fO(Г) - параметр датчика скорости истечения из ТМИ (параметр nA-Д);f O(G) - parameter of the sensor of the outflow rate from TMI (parameter n A-D );
tБЦВК=0,06c - продолжительность такта БЦВК.t BTsVK \u003d 0.06 s - the duration of the BTsVK cycle.
Производится расчет массового расхода КРТ, на единичном интервале времени в границах выбранного временного диапазонаThe mass flow rate of the SRT is calculated on a single time interval within the boundaries of the selected time range
гдеWhere
ti, ti-1 - значения единичного интервала времени, с;t i , t i-1 - values of a single time interval, s;
- плотность КРТ в зависимости от времени полета, кг/м3. - SRT density depending on the flight time, kg/m 3 .
Далее массовый расход на единичных интервалах времени интегрируется в выбранном временном диапазоне для определения массы КРТ, израсходованных на этом временном промежутке.Further, the mass flow rate at unit time intervals is integrated in the selected time range to determine the mass of SRT consumed in this time interval.
гдеWhere
- масса израсходованных КРТ, кг; - mass of spent SRT, kg;
- массовый расход КРТ на единичном интервале времени, кг; - mass consumption of SRT on a single time interval, kg;
Определяется суммарный массовый расход КРТ через ДУ.The total mass flow rate of the CRT through the PS is determined.
гдеWhere
- суммарный массовый расход КРТ, кг; - total mass flow rate of CRT, kg;
- масса израсходованного окислителя, кг; - mass of the spent oxidizer, kg;
- масса израсходованного горючего, кг. - mass of fuel consumed, kg.
Определяется полная масса ступени РКН на конец выбранного интервала времени.The total mass of the ILV stage at the end of the selected time interval is determined.
гдеWhere
mсух - масса сухого изделия, кг;m dry - weight of dry product, kg;
- массу топлива, израсходованного через ДУ, кг; - mass of fuel consumed through the remote control, kg;
ΔmΣ - масса газов наддува, и газов, испаряющихся в полете, кг.Δm Σ - mass of pressurization gases and gases evaporating in flight, kg.
II. Значения объемов компонентов топлива для ступеней РН (конструкция которых не предусматривает установку ДСИ на выбранные моменты времени полета определяется по уровню прохождения топливом точек СУРТ. При этом для вычислений выбирается временной интервал, где время срабатывания верхней точки СУРТ максимально близко к значению времени (определяющего начало формирования команды на выключение ДУ), а момент времени срабатывания нижней точки СУРТ и является максимально близок к значению времени на момент выключения двигателя II. The values of the volumes of fuel components for launch vehicle stages (the design of which does not provide for the installation of DSI for selected flight times is determined by the level of passage of fuel through the points of the SURT. In this case, a time interval is selected for calculations, where the response time of the upper point of the SURT is as close as possible to the time value (determining the beginning of the formation of the command to turn off the remote control), and the time of operation of the lower point of the SURT and is as close as possible to the value of the time at the time of turning off the engine
Масса компонентов ракетного топлива определяется в начале ti-1 и конце выбранного интервала времени:The mass of propellant components is determined at the beginning of t i-1 and the end of the selected time interval:
Значения выбираются по данным материалов обработки ТМИ, и соответствуют временам прохождения соответствующих точек СУРТ.Values are selected according to the data of TMI processing materials, and correspond to the times of passage of the corresponding points of the SURT.
гдеWhere
- плотность компонента топлива в зависимости от времени полета, кг/м3; - density of the fuel component depending on the flight time, kg/m 3 ;
- объем какого-либо компонента топлива на время прохождения точки СУРТ, м3. - the volume of any component of the fuel at the time of passing the SURT point, m 3 .
ПримечаниеNote
Так как для окислителя и горючего время прохождения i-ой точки СУРТ различно, то массу КРТ необходимо рассчитывать изохронно, т.е. на момент раннего прохождения i-ой точки СУРТ одним из компонентов. Тогда масса КРТ рассчитывается следующим образом:Since the time of passage of the i-th point of the SURT is different for the oxidizer and fuel, the mass of the SRT must be calculated isochronously, i.e. at the time of early passage of the i-th point of the SURT by one of the components. Then the SRT mass is calculated as follows:
гдеWhere
- масса компонента, срабатывание i-ой точки СУРТ которого произошло позже, кг; - mass of the component, the operation of the i-th point of the SURT of which occurred later, kg;
- плотность компонента топлива в зависимости от времени полета, кг/м3; - density of the fuel component depending on the flight time, kg/m 3 ;
- объем какого-либо компонента топлива на время прохождения точки СУРТ, м; - the volume of any fuel component for the time of passing the SURT point, m;
- масса компонента топлива, израсходованная за промежуток времени между более ранним и более поздним прохождением i-ой точки СУРТ одним из компонентов (выбирается по данным ТМИ). - the mass of the fuel component consumed during the time interval between the earlier and later passage of the i-th point of the SURT by one of the components (selected according to the TMI data).
Расчет массы компонента топлива, израсходованной за промежуток времени между более ранним и более поздним прохождением i-ой точки СУРТ производится следующим образом:The calculation of the mass of the fuel component consumed during the time interval between the earlier and later passage of the i-th point of the SURT is performed as follows:
гдеWhere
ti - время более позднего прохождения i-ой точки СУРТ одним из компонентов (выбирается по данным ТМИ).t i is the time of the later passage of the i-th point of the SURT by one of the components (selected according to the TMI data).
tj - время более позднего прохождения i-ой точки СУРТ одним из компонентов (выбирается по данным ТМИ).t j is the time of the later passage of the i-th point of the SURT by one of the components (selected according to the TMI data).
- массовый расход КРТ за промежуток времени между более ранним и более поздним прохождением i-ой точки СУРТ одним из компонентов, кг; - mass consumption of SRT for the time interval between the earlier and later passage of the i-th point of the SURT by one of the components, kg;
Массовый расход КРТ за промежуток времени между более ранним и более поздним прохождением i-ой точки СУРТ одним из компонентов в свою очередь определяется по формуле:The mass flow rate of SRT for the time interval between the earlier and later passage of the i-th point of the SURT by one of the components, in turn, is determined by the formula:
гдеWhere
- объем КРТ, расходуемый за интервал времени между более ранним и более поздним прохождением точки СУРТ; м3; - SRT volume consumed during the time interval between the earlier and later passage of the SURT point; m 3 ;
- объем какого-либо компонента топлива на более раннее время прохождения точки СУРТ, м3; - the volume of any component of the fuel at an earlier time of passing the SURT point, m 3 ;
- объем какого-либо компонента топлива на более позднее время прохождения точки СУРТ, м3. - the volume of any component of the fuel at a later time of passing the SURT point, m 3 .
Определяется масса КРТ в начале ti-1 и конце ti выбранного интервала времени с учетом временной рассинхронизации прохождения точек СУРТ соответствующими компонентами.The mass of the SRT is determined at the beginning t i-1 and the end t i of the selected time interval, taking into account the time desynchronization of the passage of the SURT points by the corresponding components.
Полученные значения и соответствуют значениям, используемым в формуле 5.Obtained values And correspond to the values used in formula 5.
Для РКН «Ангара» расчет массы окислителя и горючего на границах выбранного временного интервала необходимо производить с учетом особенностей работы пневмогидравлической системы подачи (ПГСП), поддерживающей постоянное давление газовой подушки с помощью непрерывного контроля функциональными датчиками давления (ФДД) (дискретность опроса датчиков такт БЦВК 0,032768 с.). При этом для определения фактической плотности окислителя и горючего необходимо использовать осредненное значение датчиков температуры, установленных в топливных баках.For the Angara ILV, the calculation of the mass of oxidizer and fuel at the boundaries of the selected time interval must be carried out taking into account the peculiarities of the operation of the pneumohydraulic supply system (PGSP), which maintains a constant pressure of the gas cushion using continuous monitoring by functional pressure sensors (FDD) (sensor interrogation discreteness BTsVK cycle 0 ,032768 p.). In this case, to determine the actual density of the oxidizer and fuel, it is necessary to use the average value of the temperature sensors installed in the fuel tanks.
Расчет тяги производится с использованием формулы ЦиолковскогоThrust is calculated using the Tsiolkovsky formula
Недостатки вышеописанного порядка определения тяги ДУ заключаются в том, что: The disadvantages of the above procedure for determining the thrust of the remote control are that:
1. Значение тяги можно определить только после получения телеметрической информации с борта РН при проведении послепускового анализа (т.е. не оперативно) и невозможно отслеживать в процессе полета РКН.1. The thrust value can be determined only after receiving telemetric information from the launch vehicle during post-launch analysis (i.e. not operationally) and cannot be tracked during the ILV flight.
2. Значение удельного импульса определяется как среднеинтервальное на всем участке полета ступени, что не дает возможности объективно оценить динамику изменения значения тяги по времени полета.2. The value of the specific impulse is determined as the average interval over the entire stage flight segment, which does not make it possible to objectively assess the dynamics of changes in the thrust value over the flight time.
Достоинством устройства является возможность определения значения тяги ДУ контролируя которое возможно в момент реального времени осуществлять управление тягой ДУ путем расчета такого значения изменения тяговых характеристик ДУ ΔР и соответствующего массового расхода компонентов на заданном временном интервале, которое позволит своевременно сформировать команду на выключение ДУ РН для обеспечения необходимых и достаточных условий отделения ОЧ и соответственно уменьшение рассеивания падения ОЧРН по дальности (большая ось эллипса рассеивания проходит в направлении изменения дальности). The advantage of the device is the ability to determine the value of the thrust of the remote control by controlling which it is possible to control the thrust of the remote control in real time by calculating such a value of the change in the thrust characteristics of the remote control ΔР and the corresponding mass flow rate of the components at a given time interval, which will allow timely generation of a command to turn off the remote control launcher to provide the necessary and sufficient conditions for separation of the SP and, accordingly, a decrease in the dispersion of the fall of the SPRN in range (the major axis of the scatter ellipse runs in the direction of range change).
Управление тягой ДУ (форсирование/дросселирование) осуществляется путем воздействия на привод импульсного регулятора скорости (ПИРС), который регулирует частоту вращения турбонасосного агрегата (ТНА), что позволяет изменять объемный расход компонентов топлив, поступающего в камеру сгорания ДУ или дросселя СУРТ (для ДУ 14Д23).DU thrust control (boosting / throttling) is carried out by acting on the drive of the impulse speed controller (PIRS), which regulates the rotational speed of the turbopump unit (TPU), which allows you to change the volumetric flow rate of the fuel components entering the combustion chamber of the DU or throttle SURT (for DU 14D23 ).
Необходимо определить поправку (так называемый относительный коэффициент тяги двигательной установки) η к последней уставке программной скорости РКС по наиболее актуальной информации от систем СУРТ, ККП (или встроенного измерителя кажущегося ускорения) и оперативно отработать воздействие на привод импульсного регулятора скорости с учетом этой поправки через штатные органы управления.It is necessary to determine the correction (the so-called relative thrust coefficient of the propulsion system) η to the last setpoint of the RCS program speed using the most relevant information from the SURT, CCP systems (or the built-in apparent acceleration meter) and promptly work out the impact on the impulse speed controller drive, taking into account this correction through standard governing bodies.
Коэффициент тяги двигательной установки - определяемому по формулам:The thrust coefficient of the propulsion system - determined by the formulas:
Штатная схема управления системы РКС (СУРТ) предусматривает в соответствии с заложенными в БАСУ алгоритмами в зависимости от знака рассчитанной поправки η сформировать команду на форсирование или дросселирование ДУ (или на приоткрытие, призакрытие проходного сечения дросселя СУРТ).The regular control circuit of the RCS system (SURT) provides, in accordance with the algorithms embedded in the BASU, depending on the sign of the calculated correction η, to generate a command for forcing or throttling the PS (or for opening or closing the flow section of the SURT throttle).
Далее, командный сигнал вводится в штатную схему управления приводами РКС (СУРТ), что приводит к повороту вала ПИРСа на эквивалентный угол. При этом изменяются обороты ТНА и соответственно изменяется расход КРТ. Тяга ДУ возрастает или снижается. В случае использования контура СУРТ (ДУ 14Д23) изменяется только расход по одному из компонентов, но результат эквивалентен.Further, the command signal is introduced into the standard drive control circuit of the RCS (SURT), which leads to the rotation of the PIRS shaft by an equivalent angle. At the same time, the speed of the THA changes and, accordingly, the consumption of the CRT changes. The thrust of the remote control increases or decreases. In the case of using the SURT circuit (DU 14D23), only the flow rate for one of the components changes, but the result is equivalent.
По определенным навигационным параметрам системы уравнений движения РКН на активном участке траектории получаем фактическое значения проекции кажущейся скорости которое далее сравнивается с прогнозируемым значением According to certain navigation parameters of the system of equations of motion of the ILV on the active part of the trajectory, we obtain the actual values of the projection of the apparent velocity which is then compared with the predicted value
Разница этих значений формирует сигнал рассогласования для системы РКС, который обрабатывается этой системой и сводится к нулю. Для системы РКС регулирующим органом является орган, способный изменять количество топлива, подаваемого в двигатель, т.е. изменять секундный расход и за счет этого изменять тягу двигателя. Цепочка управления получается довольно сложной и описавается достаточно сложными уравнениями управления. Однако в конечном итоге это уравнение в первом приближении можно представить в упрощенном видеThe difference between these values generates an error signal for the RCS system, which is processed by this system and reduced to zero. For the RCS system, the regulatory body is a body capable of changing the amount of fuel supplied to the engine, i.e. change the second flow rate and thereby change the engine thrust. The control chain turns out to be quite complex and is described by rather complex control equations. However, in the end, this equation in the first approximation can be represented in a simplified form
гдеWhere
- коэффициенты управления системы РКС по скорости и перемещению соответственно. - coefficients of control of the RCS system for speed and displacement, respectively.
Это изменение секундного расхода топлива приведет к соответствующему изменению массы ракетыThis change in per second fuel consumption will result in a corresponding change in rocket mass
и, соответственно, изменению тягиand, accordingly, the change in thrust
Данная схема управления тягой двигателя РН позволит путем расчета значения изменений тяговых характеристик ДУ и относительного коэффициента тяги двигательной установки при минимальной доработке штатных органов управления РН обеспечить такое управление тягой ДУ, при котором обеспечивается максимальная вероятность попадания ОЧ РН в рассчитанный фактический эллипс рассеивания в зависимости от месяца запуска.This thrust control scheme of the launch vehicle engine will allow, by calculating the value of changes in the propulsion characteristics of the propulsion system and the relative thrust coefficient of the propulsion system, with a minimum refinement of the regular launch vehicle controls, to provide such thrust control of the propulsion system, which ensures the maximum probability of hitting the OS PH in the calculated actual dispersion ellipse depending on the month launch.
Использование устройства управления тягой двигательных установок РКН позволяет оказывать управляющее воздействие на расход топлива в системе питания двигательной установки. В процессе полета РКН данные ТМИ поступают в блок фильтрации и обработки параметров ТМИ, где происходит выбор необходимых температурных параметров и отбраковка аномальных значений.The use of a thrust control device for RKN propulsion systems makes it possible to exert a control effect on fuel consumption in the power system of the propulsion system. During the flight of the ILV, TMI data enters the TMI parameters filtering and processing unit, where the required temperature parameters are selected and anomalous values are rejected.
Одновременно (в темпе лета) в бортовую цифровую вычислительную машину (БЦВМ) поступают навигационные параметры от трехосного гиростабилизатора, блока датчиков угловых скоростей, навигационной аппаратура потребителя и рассчитываются фактические значения проекции кажущейся скорости центра масс на продольную ось РН (W). Далее эти значения сравниваются с номинальными, хранящимися в блоке хранения информации, а полученные отклонения (ΔW) передаются в арифметико-логическое устройство (АЛУ).At the same time (at the pace of summer), navigation parameters from a three-axis gyrostabilizer, an angular velocity sensor unit, and consumer navigation equipment are fed into the on-board digital computer (OBCM) and the actual values of the projection of the apparent velocity of the center of mass on the longitudinal axis of the launch vehicle (W) are calculated. Further, these values are compared with the nominal values stored in the information storage unit, and the resulting deviations (ΔW) are transferred to the arithmetic logic unit (ALU).
На основе выбранных и обработанных данных ТМИ и полученных из БЦВМ отклонений (ΔW) в АЛУ в режиме реального времени происходит расчет значений изменений тяговых характеристик ДУ (ΔР) и коэффициента тяги двигательной установки (η). Эти параметры поступают в преобразователь, который формирует и передает командные сигналы на исполнительные органы системы регулирования кажущейся скорости. В качестве исполнительных органов выступает привод импульсный регулятора скоростей (ПИРС), непосредственно отвечающий за расход (увеличение/уменьшение) КРТ. Регулирование положения ПИРС приводит к изменению количества КРТ, поступающего в ДУ и соответственно изменению тяговых характеристик ДУ. Это изменение фиксируется определенными датчиками информации, с которых в общем потоке ТМИ поступает в блок фильтрации и отбраковки информации, тем самым осуществляя обратную связь от реализуемого воздействия на ДУ.Based on the selected and processed TMI data and the deviations (ΔW) obtained from the onboard computer, the ALU calculates in real time the values of changes in the propulsion characteristics of the propulsion system (ΔР) and the thrust coefficient of the propulsion system (η). These parameters are fed to the transducer, which generates and transmits command signals to the executive bodies of the apparent velocity control system. The drive of the pulse speed controller (PIRS) acts as an executive body, which is directly responsible for the flow (increase/decrease) of the CRT. Regulation of the position of the PIRS leads to a change in the amount of SRT entering the PS and, accordingly, a change in the thrust characteristics of the PS. This change is recorded by certain information sensors, from which, in the general flow of TMI, it enters the block for filtering and rejecting information, thereby providing feedback from the implemented impact on the remote control.
Задачей изобретения является разработка устройства оценивания фактических значений тяги ДУ, как основного параметра, характеризующего конструктивные особенности двигателя и системы питания и управления тягой ДУ, позволяющего рассчитать значения ΔP, η на основе определения тяговых характеристик ДУ и отклонений проекции кажущейся скорости для попадания ОЧ РН в заданный эллипс рассеивания.The objective of the invention is to develop a device for estimating the actual values of the thrust of the PS, as the main parameter characterizing the design features of the engine and the power supply system and control of the thrust of the PS, which makes it possible to calculate the values of ΔP, η based on the determination of the propulsion characteristics of the PS and the deviations of the projection of the apparent speed for getting the OS PH into the given scattering ellipse.
Заявлено устройство управления тягой двигательных установок ракет космического назначения «Союз-2», «Ангара» на основе оценки текущих значений тяги в полете по данным телеметрической информации (ТМИ) для попадания отделяющихся частей (ОЧ) в заданную область (блок 1), содержащее блок фильтрации и отбраковки информации ТМИ (блок 3) и блок хранения информации (блок 2), выходы которых соединены с входом арифметико-логического устройства (АЛУ) (блок 4), выход которого соединен с преобразователем в командные сигналы (блок 5), непосредственно передающим управляющие сигналы на исполнительные органы системы регулирования кажущейся скорости с целью регулирования тяги ДУ, отличающееся от известных тем, что АЛУ (блок 4) выполнен с возможностью обеспечивать расчет значений изменений тяговых характеристик ДУ и коэффициента тяги двигательной установки на основе параметров ТМИ в темпе лета и данных, поступающих из бортовой цифровой вычислительной машины (БЦВМ) и блока хранения информации (блок 2) с целью обеспечения попадания ОЧ в заданный эллипс рассеивания, представленное на Фиг. 1A thrust control device for propulsion systems of space rockets "Soyuz-2", "Angara" is claimed based on the assessment of the current values of thrust in flight according to telemetric information (TMI) for getting separable parts (SP) into a given area (block 1) containing a block filtering and rejection of TMI information (block 3) and an information storage unit (block 2), the outputs of which are connected to the input of an arithmetic logic unit (ALU) (block 4), the output of which is connected to a converter into command signals (block 5), directly transmitting control signals to the executive bodies of the apparent speed control system in order to control the propulsion thrust, which differs from the known ones in that the ALU (block 4) is configured to provide the calculation of the values of changes in the propulsion characteristics of the propulsion system and the thrust coefficient of the propulsion system based on the TMI parameters at the pace of summer and data , coming from the onboard digital computer (OCVM) and the information storage unit (block 2) in order to ensure that the SP falls into the given dispersion ellipse shown in Fig. 1
В качестве арифметико-логического устройства (АЛУ) может выступать цифровой сигнальный процессор. В качестве блока фильтрации и обработки параметров ТМИ может использоваться коммутационная аппаратура и телеметрическое согласующее устройство. В качестве блока хранения информации может выступать постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) с объемом хранения до 50 Гб.A digital signal processor can act as an arithmetic logic unit (ALU). Switching equipment and a telemetric matching device can be used as a block for filtering and processing TMI parameters. Read-only memory (ROM) with a storage capacity of up to 50 GB can act as an information storage unit.
В качестве преобразователя в командные сигналы используется стандартный преобразователь электрических сигналов.A standard electrical signal converter is used as a converter to command signals.
В качестве блока исполнительных органов системы регулирования кажущейся скорости выступает ПИРС, регулирующий изменение расхода КРТ, поступающего в ДУ.The PIRS acts as a block of the executive bodies of the apparent velocity control system, which regulates the change in the SRT flow rate entering the PS.
Техническим результатом изобретения является устройство, обеспечивающее автономное управление тягой ДУ на последних секундах полета РКН до отделения ОЧ для обеспечения их попадания в заданный эллипс рассеивания, реализуемое путем использования параметров ТМИ, навигационных параметров, рассчитанных БЦВМ, номинальных данных, хранящихся в ПЗУ, что позволяет осуществлять точное управление тягой ДУ с целью обеспечения попадания ОЧ в заданный эллипс рассеивания, не привлекая мощности БАСУ (не обеспечивающей достаточное быстродействие расчетов значений изменений тяговых характеристик ДУ (ΔР) и коэффициента тяги двигательной установки за 5-7 секунд до отделения ОЧ), что в целом значительно повышает эффективность и оперативность поисковых работ на местности в районе падения.The technical result of the invention is a device that provides autonomous control of the thrust of the remote control in the last seconds of the flight of the ILV before the separation of the SP to ensure that they fall into a given dispersion ellipse, implemented by using the TMI parameters, navigation parameters calculated by the onboard computer, nominal data stored in the ROM, which allows accurate thrust control of the propulsion system in order to ensure that the SP falls into a given dispersion ellipse without involving the power of the BACS (which does not provide sufficient speed for calculating the values of changes in the traction characteristics of the propulsion system (ΔР) and the thrust coefficient of the propulsion system 5-7 seconds before the separation of the SP), which in general significantly increases the efficiency and efficiency of search operations on the ground in the area of impact.
Полученный полезный эффект достигается тем, что:The resulting beneficial effect is achieved by:
- в АЛУ реализуются простые оперативные алгоритмы расчета тяговых характеристик ДУ;- in the ALU, simple operational algorithms for calculating the traction characteristics of the PS are implemented;
- в поток ТМИ, поступающей в блок фильтрации и отбраковки информации передаются значения фактического изменения тяговых характеристик ДУ, тем самым осуществляя обратную связь от реализуемого воздействия на ДУ.- the values of the actual change in the traction characteristics of the PS are transmitted to the TMI stream entering the information filtering and rejection unit, thereby providing feedback from the implemented impact on the PS.
Таким образом, положительный эффект внедрения данного устройства состоит:Thus, the positive effect of the introduction of this device is:
- в оперативном определении тяги ДУ в реальном масштабе времени;- in the operational determination of the propulsion thrust in real time;
- в обеспечении возможности управления тягой ДУ на малых промежутках времени с высоким быстродействием на различных участках полета РКН;- in providing the ability to control the propulsion thrust at short time intervals with high speed in various sections of the ILV flight;
- в обеспечении контроля поддержания заданных режимов работы ДУ;- in ensuring control of maintaining the specified operating modes of the remote control;
- в повышении эффективности и оперативности поисковых работ на местности в районе падения ОЧ;- in increasing the efficiency and efficiency of search operations on the ground in the area of the fall of the OCh;
- в невысокой стоимости предлагаемого изобретения.- in the low cost of the proposed invention.
Источники информацииInformation sources
1. Д. Саттон. Ракетные двигатели./ - Москва, 1952. - 314 с.1. D. Sutton. Rocket engines./ - Moscow, 1952. - 314 p.
2. В.И. Федосеев, Г.Б. Синярев. Введение в ракетную технику./ - Москва, 1960. - 501 с.2. V.I. Fedoseev, G.B. Sinyarev. Introduction to rocketry./ - Moscow, 1960. - 501 p.
3. Н.Ф. Аверкиев, С.А. Богачев, С.А. Васьков, С.А. Власов, А.В. Кульвиц, И.Ю. Кубасов, П.А. Мамон, Д.А. Мосин, В.В. Салов. Основы теории полета летательных аппаратов./ - Санкт-Петербург, 2013. - 242 с.3. N.F. Averkiev, S.A. Bogachev, S.A. Vaskov, S.A. Vlasov, A.V. Kulvits, I.Yu. Kubasov, P.A. Mamon, D.A. Mosin, V.V. Salov. Fundamentals of the theory of flight of aircraft. / - St. Petersburg, 2013. - 242 p.
4. Изделие 14А127. Инструкция по заправке (сливу) компонентов топлива. 14А127 ИЭ23 ч. 4 Определение объемных доз и полетных уровней заправки КТ./ 2014. - 29 с.4. Product 14A127. Instructions for filling (draining) fuel components. 14A127 IE23 h. 4 Determination of volumetric doses and flight levels of refueling KT./ 2014. - 29 p.
5. Изделие 14А15. Инструкция, по оценке работы бортовых систем. Часть третья. Оценка работы бортовых систем в полете. Книга четвертая. Оценка энергетических характеристик 14А15 ИЭ 20 ч. 3 кн. 4/ 2012. - 26 с.5. Product 14A15. Instructions for evaluating the operation of on-board systems. Part three. Evaluation of the on-board systems in flight. Book four. Assessment of energy characteristics 14A15 IE 20 hours 3 books. 4/ 2012. - 26 p.
6. Изделие 14А14. Инструкция по оценке работы бортовых систем. Часть третья. Оценка работы бортовых систем в полете. Книга четвертая. Оценка энергетических характеристик при летных испытаниях 14А14 ИЭ 20 ч. 3 кн. 4/ 2002. - 40 с.6. Product 14A14. Instructions for evaluating the operation of on-board systems. Part three. Evaluation of the on-board systems in flight. Book four. Evaluation of energy characteristics during flight tests 14A14 IE 20 hours 3 books. 4/ 2002. - 40 p.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2793861C1 true RU2793861C1 (en) | 2023-04-07 |
Family
ID=
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2581894C1 (en) * | 2015-02-10 | 2016-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | Method of descending separated space rocket stage and device therefor |
RU2585395C1 (en) * | 2014-12-18 | 2016-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | Method of minimising zones of exclusion of carrier rocket separated parts |
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2585395C1 (en) * | 2014-12-18 | 2016-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | Method of minimising zones of exclusion of carrier rocket separated parts |
RU2581894C1 (en) * | 2015-02-10 | 2016-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | Method of descending separated space rocket stage and device therefor |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Н.Ф. Аверкиев, С.А. Богачев, С.А. Васьков, С.А. Власов, А.В. Кульвиц, И.Ю. Кубасов, П.А. Мамон, Д.А. Мосин, В.В. Салов. Основы теории полета летательных аппаратов./ - Санкт-Петербург, 2013. - 242 с. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Bahm et al. | The X-43A Hyper-X Mach 7 flight 2 guidance, navigation, and control overview and flight test results | |
US8019494B1 (en) | Propellant management system and method for multiple booster rockets | |
US9677504B2 (en) | Rockets, methods of rocket control and methods of rocket evaluation utilizing pressure compensation | |
EP4053504B1 (en) | Systems and methods for model based inertial navigation for a spinning projectile | |
RU2793861C1 (en) | Thrust control device for the propulsion systems of the soyuz-2 and angara space rockets, based on the assessment of the current values of thrust during flight according to telemetric information for falling separable parts into a given area | |
RU2492122C2 (en) | Combined method of controlling rocket engine fuel consumption with multiple initiation and combined system of fuel consumption control | |
RU2362965C2 (en) | Device to form time of correcting missile head separation | |
US3114381A (en) | Liquid level control apparatus for controlling independently of gravity and density | |
Casalino et al. | Optimization of hybrid propellant mars ascent vehicle | |
Theodoulis et al. | Modelling and stability analysis of the 155 mm spin-stabilised projectile equipped with steering fins | |
de Celis et al. | Neural network-based controller for terminal guidance applied in short-range rockets | |
Bundy et al. | Unsteady effects on ram accelerator operation at elevated fill pressures | |
RU2319025C1 (en) | Gas-turbine engine control method | |
US7533612B1 (en) | Projectile height of burst determination method and system | |
RU2400699C2 (en) | Method of setting time of correcting rocket warhead opening or separation | |
EP1225327B1 (en) | Range control of a rocket-propelled projectile | |
US4215621A (en) | Target marker placement for dive-toss deliveries with wings nonlevel | |
US3497161A (en) | Method for compensating a ballistic missile for atmospheric perturbations | |
Rose et al. | A Statistical Approach to Design of a Liquid Engine Launch Vehicle | |
Jackson | Propulsion System Evaluation Through Flight Simulation | |
RU2800410C1 (en) | Method for determining the operability of a pressure generator and a device for its implementation | |
Igreja et al. | Oracle for guidance with deep neural networks in reusable launch vehicle landing | |
US3791141A (en) | Ramjet engine fuel controller | |
Riyadl et al. | Impact Point Dispersion Prediction for 300 mm R-Han 300 Artillery Rocket | |
Sahani et al. | Neural network based algorithms for comprehensive collective axis limit avoidance on rotorcraft |