Файл: Гликман Б.Ф. Автоматическое регулирование жидкостных ракетных двигателей.pdf

стралях двигателя. Для всех случаев, кроме регулятора на ма­ гистрали окислителя камеры сгорания (см. АФХ на рис. 8.4), область устойчивости ограничена допустимым значением коэф­ фициента усиления, причем для некоторых случаев (регуляторы на магистралях горючего двигателя) ограничения по величине /грег достаточно существенные. Учет массы подвижных частей регулятора (Г2 = 0 , 0 1 с) приводит к сужению области устойчи­ вости в районе малых значений постоянной времени регулятора Т\. На кривых границ устойчивости (при Т%= 0) имеется мини-

стоянной времени Th при котором область устойчивости по ко­ эффициенту усиления &рег будет минимальной.

Если учесть, что всегда необходимо иметь достаточный запас по устойчивости (см. § 9.6), то допустимые значения коэффици­ ента усиления £рСГ для регуляторов рк, установленных на трак­ тах горючего двигателя, окажутся очень малыми, не позволяю­ щими обеспечить достаточно высокую точность поддержания ре­ гулируемого параметра (§8.4).

На рис. 8.11 приведены аналогичные кривые границ-устойчи­ вости для двигателя типа «жидкость — жидкость», но в пара­ метрах регулятора давления в камере сгорания — 02—Ѳ,. Сопо­ ставление кривых показывает, что неблагоприятное влияниемассы подвижных частей регулятора (с учетом присоединен­ ной массы жидкости) может быть компенсировано увеличением постоянной времени демпфирования регулятора Ѳь Существует

3 1 5

некоторое критическое значение 0ь ниже которого система не­ устойчива (при заданном А) для любых величин ѲгСтатизм регулятора А достаточно существенно сказывается на положе­ нии границы устойчивости: положительный статизм расширяет

ство с точки зрения устойчивости системы.

АФХ, для которого (при ю2Г22<1) R j ( a ) > 0 и /Дсй)>0. Кривые АФХ для колебаний расходов (см. рис. 8.1—8.4) заходят в этот квадрант плоскости, и соответственно система может потерять устойчивость при £ р е г < 0 .

316

Рис. 8.12. Граница устойчивости двигателя типа «жидкость — жидкость» в параметрах kpcr — Ti регулятора расхода горю­ чего в газогенератор в области отрицательных значений fepcr

в г,С

\

Рис. 8.13. Границы устойчивости двигателя, типа «жидкость — жидкость» в параметрах 0( — Ѳ2 регуляторов расхода компо­ нентов

317

На рис. 8.12 приведена в качестве примера кривая границы устойчивости в плоскости kper—Т\ для системы с регулятором расхода горючего в газогенератор в области отрицательных зна­ чений kper. В области йрог<0 системы «двигатель — регулятор» имеется зона, в которой возможно возникновение автоколебаний.. Отрицательный статизм является следствием воздействия гид­ родинамических сил со стороны потока жидкости в регуляторе на его подвижную часть. Для борьбы с автоколебаниями, воз­ никшими из-за отрицательного статизма регулятора, следует принять меры к уменьшению гидродинамической силы (§ 6.5).

жидкость» приведены на рис. 8.13. Из сопоставления с аналогич­ ными кривыми для регуляторов давления в камере сгорания (см. рис. 8.11) следует, что при схеме с регулятором расхода требо­ вания к регулятору существенно менее жесткие, чем к регулято­ ру давления в камере сгорания.

На рис. 8.14 приведены кривые границ устойчивости для дви­ гателя типа «газ — жидкость» в параметрах kper—Т\ регулятора давления в камере сгорания. В качестве исходных данных ис­ пользованы АФХ, приведенные на рис. 8.6—8.8. Сопоставление кривых на рис. 8.10 и 8.14 показывает, что для двигателя типа «газ — жидкость» ограничения допустимого значения коэффи­ циента усиления &рег регулятора давления в камере сгорания оказываются еще более существенными, чем для двигателей ти­ па «жидкость — жидкость».

318

На рис. 8.15 приведены границы устойчивости в параметрах

устойчива. В плоскости параметров Ѳ2—0і для каждого из типов регуляторов (в зависимости от характера АФХ для регулируе­ мого расхода) границы области устойчивости имеют свои осо­ бенности, однако во всех случаях при достаточно большой по­ стоянной времени демпфирования регулятора Ѳі система оказы­ вается устойчивой.

Для регуляторов соотношения компонентов в газогенераторе и камере сгорания вся часть плоскости параметров &рег>0, Ті> 0 является областью устойчивости, как это следует из характера кривых, приведенных на рис. 8.5. Кривые границ устойчивости в области параметров Ѳ2—Ѳі для регуляторов соотношений ком­

рис. 8.16. Области устойчивости достаточно широкие, т. е. обес­ печение устойчивости системы регулирования соотношения ком­ понентов в камере сгорания и газогенераторе особых трудностей не представляет.

8.3. ВЛИЯНИЕ РЕГУЛЯТОРОВ НА ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ

Введение в схему двигателя автоматического регулятора или нескольких регуляторов приводит к изменению структурной схе­ мы двигателя. При этом часть связей между элементами двига­ теля разрывается (по трактам, на которых установлены регуля­ торы), и одновременно из-за обратных связей регуляторов воз­ никают новые связи. Изменение структурной схемы приводит к изменению системы уравнений динамики двигателя, а это в свою очередь вызывает изменение его динамических характеристик.

Воспользовавшись приведенными выше для примера матри­ цами коэффициентов уравнений динамики двигателей (табл. 8.1 и 8.2), добавив к ним уравнения регуляторов, можно определить динамические характеристики двигателей с регуляторами. Пара­ метры регуляторов необходимо выбирать с учетом результатов расчетов границ устойчивости, чтобы система «двигатель — регу­ лятор» имела определенный запас устойчивости (§ 9.6). Выбе­ рем в качестве примера схемы регулирования двигатель с регу­ ляторами соотношения компонентов в газогенераторе или камере сгорания, давления в камере сгорания или расхода горючего в газогенератор.

Для всех регуляторов, кроме регулятора давления в камере сгорания, запишем уравнение с одними иугеми же коэффициен­ тами: Т2= 0; Тг = 0,01 с, /грег=20 (или &рег= —20 в случае регули­ руемых параметров, для которых двигатель имеет отрицатель-

319