Типовая схема УВК для одноканального релейного рулевого привода приведена на рис. 2.26.
С выхода электронного блока СКЦ на один вход фазового детектора поступает синусоидальный сигнал управления (2.17) на частоте вращения ротора гироскопа, содержащий информацию о величине (амплитуда сигнала) и направлении (фаза сигнала) угловой скорости линии визирования цели. На второй вход фазового детектора поступает сигнал с катушек генератора опорных напряжений (ГОН) на суммарной частоте вращения ротора гироскопа и ракеты (г +р), так как они вращаются в разные стороны.
Рис. 2.26. Типовая схема одноканального УВК
Сигнал на выходе фазового детектора содержит две составляющие: одна – на суммарной (2г +р), а другая – на разностной частоте (р) вращения ракеты и ротора гироскопа (р). Первая составляющая отфильтровывается с помощью фильтра фазового детектора, а вторая, содержащая информацию о величине и направлении вектора угловой скорости линии визирования цели на частоте вращения ракеты, поступает на вход сумматора, где складывается с синусоидальным сигналом генератора линеаризации. Сигнал линеаризации имеет постоянную амплитуду, примерно вдвое меньшую амплитуды максимального сигнала управления, и частоту, равную удвоенной средней частоте вращения ракеты.
На рис. 2.27 показаны примеры формирования средней за оборот ракеты при различных формах сигнала с выхода УВК.
Если с выхода УВК на автопилот (АП) подать постоянный сигнал, то рули отклонятся на максимальный угол и не будут менять знак при вращении ракеты (рис. 2.27, а). В этом случае годограф вектора управляющей силы опишет окружность, а средняя за оборот ракеты управляющая сила будет равна нулю (правый рисунок).
Если с выхода УВК на АП подать синусоидальный сигнал наведения на частоте вращения ракеты (без суммирования с сигналом линеаризации), то рули будут перебрасываться из одного крайнего положения в другое через каждую половину оборота ракеты (рис. 2.27, б). Как видно из годографа вектора управляющей силы для этого случая, средняя за оборот ракеты управляющая сила равна максимальной и не зависит от амплитуды сигнала наведения.
Если с выхода УВК на АП подать синусоидальный сигнал линеаризации, то рули будут перебрасываться из одного крайнего положения в другое через каждые четверть оборота ракеты (рис. 2.27 в).
Рис. 2.27. Принцип формирования управляющей силы одноканальным релейным рулевым приводом
Согласно годографа вектора управляющей силы для этого случая средняя за оборот ракеты управляющая сила равна нулю и не зависит от амплитуды сигнала линеаризации.
И если же на вход АП подать суммарный сигнал (наведения и линеаризации), то рули ракеты будут менять знак четыре раза за оборот ракеты (рис. 2.27, г). При этом моменты смены знака рулей зависят от соотношения амплитуд сигналов наведения и линеаризации. Чем больше амплитуда сигнала наведения, тем ближе момент смены знака рулей к полуобороту ракеты и, наоборот, чем меньше амплитуда сигнала наведения, тем ближе момент смены знака рулей к четверти оборота ракеты.
Отсюда нетрудно убедиться, что величина средней за оборот ракеты управляющей силы зависит от соотношения амплитуд сигналов Uл и Uгл, а ее направление определяется фазой сигнала наведения (Uл ). Так как сигнал линеаризации имеет постоянные амплитуду и частоту, то в конечном итоге величина и направление средней за оборот ракеты управляющей силы зависит от амплитуды и фазы сигнала наведения, несущего информацию о величине и направлении угловой скорости линии визирования ракета-цель.
Текущее значение управляющей силы определяется зависимостью
, (2.26)
где – модуль вектора управляющей силы;
р – угловая скорость вращения ракеты относительно продольной оси, изменяющаяся в процессе полета в пределах от 125,6 до 75,36 рад/с (20 Гц р/2 12 Гц).
Модуль вектора управляющей силы равен:
= k , (2.27)
где k – размерный коэффициент пропорциональности, характеризующий аэродинамические свойства ЗУР, Н/рад;
= max – угол отклонения рулей от среднего положения, рад.
Тогда значение управляющей силы за один оборот ракеты можно определить с помощью выражения
, (2.28)
или переходя от временных к угловым координатам получим
, (2.29)
где – полный период вращения ракеты относительно продольной оси;
= р t – текущее значение угла поворота ракеты относительно продольной оси.
Подставляя в выражение (2.29) пределы интегрирования (значения углов поворота ракеты) при изменении знака рулей в соответствии с рис. 2.27, г, получим следующее выражение для средней за оборот ракеты управляющей силы:
(2.30)
где Ymax = 4Y – максимальная величина управляющей силы;
еxp(i/2) – множитель, характеризующий направление средней управляющей силы на /2 по направлению вращения ракеты от начальной фазы сигнала наведения;
cos – множитель, характеризующий модуль средней управляющей силы, зависящий от соотношения амплитуд сигналов наведения и генератора линеаризации.
При регламентных проверках ЗУР контролируется коэффициент команды (Кк), под которым понимается степень использования максимальной управляющей силы (Кк = Yср/Ymax). Требуемая зависимость коэффициента команды от соотношения амплитудных значений сигналов наведения и линеаризации (Uл/Uгл) приведена на рис. 2.28.
Необходимо отметить, что непостоянство скорости вращения ракеты и отсутствие синхронизации генератора линеаризации сигналом наведения приводит к нарушению линейной зависимости между амплитудой сигнала наведения и средней за оборот ракеты управляющей силой, что вызывает дополнительные ошибки наведения. Кроме того, работа рулевого привода в релейном режиме (рули постоянно отклонены в одну или другую сторону) приводит к возрастанию лобового сопротивления ракеты и, как следствие, к уменьшению скорости и максимальной дальности полета ракеты.
2.5.2. Принципы построения АП
Автопилот (АП) является частью бортовой аппаратуры управления полетом ракеты и предназначен для отработки сигнала наведения с выхода УВК (с помощью одноканального релейного рулевого привода) и демпфирования колебаний ракеты относительно оси управления.
Принцип действия рулевого привода поясняется рис. 2.29.
В зависимости от полярности суммарного управляющего сигнала с усилителя мощности ток протекает то через одну, то через другую обмотку электромагнитов рулевой машинки, перемещающих золотниковое устройство то в одну, то в другую сторону. В зависимости от направления перемещения золотника рабочий газ под давлением подается в одну или другую полость рабочего цилиндра с поршнем. При этом золотник одновременно сообщает с атмосферой ту полость цилиндра, в которую рабочий газ не подается. Поршень, перемещаясь в цилиндре, увлекает за собой поводок руля и связанный с ним руль из одного крайнего положения в другое.
Рис. 2.29. Принцип действия релейного рулевого привода: