Ракета-носитель «Союз-ФГ»

Что такое переходный режим в работе двигателя

Ракета-носитель «Союз-ФГ» — ракета среднего класса, разработана и производится в РКЦ «Прогресс» (г. Самара). Она предназначена для выведения на околоземную орбиту автоматических космических аппаратов социально-экономического, научно-исследовательского и специального назначения, а также пилотируемых кораблей серии «Союз» (сегодня — «Союз-МС») и грузовых космических кораблей серии «Прогресс» (сегодня — «Прогресс МС») по программе полета Международной космической станции.

• Экологически безопасные компоненты топлива — керосин и жидкий кислород
• Одна из самых надежных ракет-носителей в мире.

Ракета-носитель «Союз-ФГ» обладает повышенными энергетическими возможностями по отношению к серийной ракете «Союз» благодаря использованию двигателей с улучшенными энергетическими характеристиками на боковых и центральном блоках ракеты. Конструктивно «Союз-ФГ» выполнена по схеме продольно-поперечного деления ракетных блоков.

Трехступенчатая ракета-носитель «Союз-ФГ» разработана на базе ракеты-носителя «Союз-У». С целью повышения удельного импульса двигательных установок и увеличения грузоподъемности носителя на блоках 1 и 2 ступеней используются модернизированные двигатели с новыми форсуночными головками.

На первом этапе полёта работают двигатели четырех боковых и центрального блоков, на втором — после отделения боковых блоков — только двигатель центрального блока. В хвостовом отсеке каждого бокового блока размещается автономный четырехкамерный жидкостный ракетный двигатель однократного включения РД-107А, оснащенный двумя рулевыми соплами.

На центральном блоке второй ступени используется четырехкамерный двигатель РД-108А с четырьмя рулевыми соплами. Запуск ЖРД центрального и боковых блоков производится на Земле, что даёт возможность контролировать работу двигателей на переходном режиме и при возникновении неисправностей во время пуска отменять старт ракеты. Это существенно повышает безопасность запусков космических кораблей к Международной космической станции!

На третьей ступени применяется двигательная установка РД-0110, состоящая из четырехкамерного двигателя однократного включения и четырех поворотных рулевых сопел (используемых для управления полётом по трем осям). После выключения двигателя третьей ступени и отделения космической головной части третья ступень выполняет маневр увода.

В составе ракеты-носителя «Союз-ФГ» могут быть использованы головные обтекатели следующих диаметров: 2,7 м; 3,0 м; 3,3 м; 3,715 м.

Комплекс на Байконуре предназначен для предстартовой подготовки и проведения пусков ракеты-носителя среднего класса типа «Союз» с различными космическими аппаратами. Головным разработчиком стартового комплекса является филиал ФГУП «ЦЭНКИ» — НИИ СК.

Стартовый комплекс, созданный в 1957 году за необычайно короткое время для МБР Р-7 (прообраза ракеты-носителя «Союз»), в дальнейшем неоднократно дорабатывался в связи с модернизацией самой ракеты. Он успешно использовался при запуске первой межконтинентальной баллистической ракеты, первого искусственного спутника Земли, первого космонавта в истории человечества — Ю. А. Гагарина, космических кораблей «Восток», «Восход», «Союз», космических аппаратов, запущенных на Луну, Марс, Венеру.

Для различных отраслей экономики и обеспечения государственных нужд со стартовых комплексов ракет-носителей «Союз» проводились запуски спутников телевещания, связи, фотосъёмки поверхности Земли, прогнозирования погоды, биологических исследований, а также проводились работы с иностранными фирмами в области биотехнологии и исследования космоса.

Что такое переходный режим в работе двигателя

Установка на автомобиль газового оборудования позволит ему работать как на бензине, так и на газе (обычно метане или сжиженном нефтяном газе). Устанавливаемое оборудование стандарта ISO 9001, соответствует национальным и международным нормам, и с успехом прошло строгие типовые испытания.

Что же это такое?

Работа двигателя — это извечный компромисс между многими параметрами, нормами, потребностями и возможностями. Основными критериями для разработчиков ПО для контроллеров систем впрыска сегодня является экономичность, ресурс двигателя и токсичность выхлопа.

Ожесточающиеся с каждым годом нормы по уровню токсичности выхлопа двигателей заставляют разработчиков переводить ДВС на работу с более обедненными смесями и устанавливать каталитические нейтрализаторы вредных выбросов в выхлопных газах и жесткую систему контроля за уровнем вредных выбросов в атмосферу.

В отечественных системах уже применяется одно (EURO II) и двухуровневые (EURO III) системы контроля.

Со стороны потребителя требования к автомобилю тоже взаимоисключающие. Хочется высокой мощности, большого и равномерного крутящего момента, надежности и огромного ресурса — при всем этом желательно заправлять автомобиль самым дешевым топливом и иметь минимальный его расход.

Однако бесплатных чудес не бывает — улучшение одних параметров всегда ухудшает другие.

В электронный блок управления впрыском и зажиганием заложена программа (алгоритм) его работы. Программа работы микропроцессора хранится в ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) и представляет собой собственно программу обработки данных ( «софт» или ПО) и одно, двух и трехмерные таблицы с данными (калибровки).

Калибровки для различных режимов работы двигателя (пуск, экономичный, мощностной, ХХ, переходной) различны и применяются в зависимости от режима, в котором работает двигатель.

Блок управления, получая сигналы от различных датчиков, управляет работой исполнительных устройств для обеспечения оптимальной (по мнению разработчиков) работы силового агрегата.

Необходимые параметры для управления исполнительными устройствами вычисляются в соответствии с полученными данными и коэффициентами коррекции, заложенными в ПЗУ. Изменяя данные ПЗУ (калибровки) мы можем влиять на работу практически любого исполнительного устройства, работа которого управляется ЭБУ.

Для получения других мощностных характеристик можно изменить установку угла опережения зажигания, величину времени впрыска, отключить или изменить режим работы систем, контролирующих токсичность выхлопных газов.

Кроме того, можно изменить обороты холостого хода, максимально разрешенные обороты двигателя и массу других параметров. Велика ли роль данных изменений в получении от двигателя максимальной мощности?

Нет — ее прирост может составлять 5-8% (исключение составляют задушенные экологическими нормами «иномарочные» двигатели с турбонаддувом, где без особых затруднений можно получить прибавку в 20% и даже более).

Так есть ли во всем этом смысл? Каждый сам решает делать или нет, но тот кто хоть раз проехал на машине с грамотно перепрограмированной системой впрыска, решает этот вопрос для себя однозначно — да!

Дело в том, что мало кто ездит на режиме максимальной мощности — намного более важные параметры для повседневной езды это крутящий момент и эластичность двигателя. Все это без особых затрат даст вам простой чип-тюнинг.

Чип-тюнинг — самый бюджетный и доступный вариант «тюнинга», когда всего лишь изменением программы управления впрыском можно хоть немного изменить поведение вашего автомобиля, сделать его отличающимся от серийного, — более послушным,приемистым, экономичным и удобным в управлении.

Практически во всех тюнинговых версиях прошивок улучшены режимы холостого хода, холодного пуска, снижена температура работы вентилятора системы охлаждения, устранены выявленные ошибки — порой грубые, хронически присутствующие в серийных версиях ПО.

Для нестандартных двигателей с увеличенным объемом, с измененным впуском и выпуском чип-тюнинг просто необходим как воздух.

Индивидуальная для каждого двигателя программа управления позволяет максимально использовать потенциал форсированного мотора. Частным случаем чип-тюнинга является перезапись старого заводского ПО на более современное.

4. Переходные режимы электроприводов

4.1 Общая характеристика переходных режимов электроприводов, их классификация и понятие об оптимальных переходных процессах

Переходным процессом или переходным режимом электропривода называется режим его работы при переходе от одного установившегося состояния к другому, когда изменяется скорость, ток, момент, ускорение. Причинами возникновения переходных режимов является либо изменение нагрузки, либо воздействие на электропривод при управлении им, т.е. пуск, торможение, реверс и т.п. Они могут возникнуть в результате аварии или других случайных причин, например, при изменении величины напряжения или частоты сети, несимметрии напряжения по фазам, изменении порядка следования фаз, полном исчезновении напряжения, обрыве проводов и т.п. У некоторых механизмов, таких как кривошипно-шатунные прессы, ножницы, подъемно-качающиеся столы некоторых прокатных станов, установившихся режимов вообще нет, а их рабочие режимы представляют собой периодические переходные процессы.

Переходные режимы играют огромную роль в работе электропривода и механизма, и часто их характер предопределяет производительность механизма и качество выпускаемой продукции. Поэтому их изучение имеет большое практическое значение. Анализ этих режимов дает возможность правильно рассчитать мощность электродвигателя и выбрать его, уменьшить расход энергии при пуске и торможении, позволяет выявить предельно допустимое с точки зрения нагрева число включений в час двигателя электропривода, работающего большую часть времени в переходных режимах.

Лишь ограниченное число механизмов допускает возможность проектирования их электропривода без учета характера протекания переходных процессов. К ним относятся некоторые редко пускаемые и длительно работающие механизмы с простейшими пусковыми устройствами, например, вентиляторы, насосы, а также механизмы, в которых производственный процесс настолько груб, что к их электроприводу вообще не предъявляется каких-либо особых требований, кроме обеспечения заданной мощности (бетономешалки, камнедробилки и т.п.).

Характер переходного режима электропривода зависит от свойств рабочей машины, типа электродвигателя и его режима работы, передачи. Теоретическое рассмотрение переходных процессов с учетом всех влияющих факторов часто затруднителен, ибо не всегда можно аналитически выразить законы изменения отдельных параметров, или же поведение электропривода в переходных режимах описывается системой уравнений высоких порядков. К счастью, далеко не во всех случаях требуется детальный учет всех факторов. Второстепенные факторы могут не приниматься во внимание.

На протекание переходных процессов значительное влияние оказывает механическая, электромагнитная и тепловая инерция. Механическая инерция, характеризуемая электромеханической постоянной Т_м, зависит как от инерционных масс и характера нагрузки М_с, так и от электромеханических свойств двигателя. Электромагнитная инерция характеризуется электромагнитной постоянной Т_э, зависящей от L и R электрической цепи. Тепловая инерция характеризуется постоянной времени нагрева Т_н, зависит от теплоемкости машины и ее теплоотдачи. Поскольку тепловые процессы протекают значительно медленнее электромагнитных и механических, их при анализе переходных процессов электропривода не принимают во внимание.

Если механическая инерция практически всегда ощутима и сказывается на переходных процессах, то электромагнитная инерция может быть и несущественной и практически не влиять на характер протекания процесса. В связи с этим, когда не требуется очень большой точности, учитывается только механическая инерция. Переходные процессы в этом случае называются механическими.

Если учитывается только электромагнитная инерция (например, в цепях возбуждения), переходные процессы называются электромагнитными, а если учитывается механическая и электромагнитная инерция – электромеханическими.

Переход из одного установившегося состояния в другое может совершаться по различным траекториям. При управлении электроприводом стремятся выбирать такие, которые обеспечивают максимальное быстродействие, минимум потерь энергии и динамических нагрузок, максимум полезной работы и оптимальные значения других показателей.

Наиболее часто требуется обеспечить изменение скорости электропривода за минимальное время при ограничении момента двигателя. Такие переходные процессы называются оптимальными по быстродействию при ограничении момента. Этому условию при М_с=const соответствует равномерно ускоренный характер изменения скорости при М=М_доп=const (см. кривые 1 и 2 на рис. 4.1.1).

Если М_с=f(ω), то скорость при реверсе в процессе торможения и пуска должна изменяться с различными ускорениями в случае реактивного М_с, как показано на рисунке.

Для некоторых механизмов, например, пассажирских лифтов, переходные процессы должны протекать при строго ограниченном ускорении. Условием минимальной длительности переходного процесса является поддержание постоянства ускорения при различных нагрузках. Такие переходные процессы называются оптимальными по быстродействию при ограничении ускорения ε.

В этом случае зависимость ω=f(t) должна оставаться неизменной при разных М_с, а момент двигателя при этих разных М_с будет изменяться.

Однако, в ряде случаев момент двигателя не реагирует на изменение нагрузки. В этом случае для ограничения ε при любых М_с допустимый пусковой момент двигателя необходимо выбрать из условия:

Так вот, если М_пуск выбран в соответствии с данным выражением и при различных нагрузках остается неизменным, ускорение электропривода при возрастании нагрузки будет уменьшаться и при М_с=М_{с макс} примет значение

Переходные режимы электроприводов Общая характеристика переходных процессов электроприводов, их классификация и методы расчета

Переходным процессом или переходным режимом электропривода называется режим его работы при переходе от одного установившегося состояния к другому, когда изменяется скорость, ток, момент. Причинами возникновения переходных режимов в электроприводах является либо изменение нагрузки, связанное с производственным процессом, либо воздействие на электропривод при управлении им, т. е. пуск, изменение скорости, торможение, реверс и т. п. Переходные режимы могут возникнуть также в результате аварии или других случайных причин, например, при изменении величины напряжения или частоты сети, несимметрии напряжения по фазам, изменении порядка следования фаз, полном исчезновении напряжения, обрыве проводов и т. п. У некоторых механизмов, таких как кривошипно-шатунные прессы, ножницы, подъемно-качающиеся столы некоторых прокатных станов установившихся режимов вообще нет, а их рабочие режимы представляют собой периодические переходные процессы.

Переходные режимы играют огромную роль в работе электропривода и механизма и часто их характер предопределяет производительность механизма и качество выпускаемой продукции. Поэтому изучение этих режимов имеет большое практическое значение. Анализ этих режимов дает возможность детально выявить поведение электропривода, произвести правильный его выбор и расчет мощности электродвигателя, уменьшить расход энергии при пуске и торможении и т. д. Анализ переходных режимов позволяет также выявить предельно допустимое с т. з.нагрева число включений в час двигателя электропривода, работающего большую часть времени в переходных режимах.

Лишь ограниченное число механизмов допускает возможность проектирования их электропривода без учета характера протекания переходных процессов. К ним относятся некоторые редко пускаемые и длительно работающие механизмы с простейшими пусковыми устройствами, например, вентиляторы, насосы, а также механизмы, в которых производственный процесс настолько груб, что к их электроприводу вообще не предъявляется каких-либо особых требований, кроме обеспечения заданной мощности (бетономешалки, камнедробилки и т. п.).

Характер переходного режима электропривода зависит от свойств рабочей машины, типа электродвигателя, передачи, режима работы двигателя (пуск, торможение, сброс или наброс нагрузки и т. п.). Теоретическое рассмотрение переходных процессов с учетом всех влияющих факторов часто затруднителен, ибо не всегда можно аналитически выразить законы изменения отдельных параметров или же поведение электропривода в переходных режимах описывается системой уравнений высоких порядков. К счастью, далеко не во всех случаях требуется детальный учет всех факторов. Второстепенные факторы, которые при решении каждой конкретной задачи не могут оказать заметного влияния на поведение электропривода, могут не приниматься во внимание.

На протекание переходных процессов значительное влияние оказывает механическая, электромагнитная и тепловая инерция. Механическая инерция, характеризуемая электромеханической постоянной Тм, зависит как от инерционных масс и характера Мс, так и от электромеханических свойств двигателя. Электромагнитная инерция характеризуется электромагнитной постоянной Тэ, зависящей от L и R электрической цепи. Тепловая инерция характеризуется постоянной времени нагрева Тн, зависит от теплоемкости машины и ее теплоотдачи. Поскольку тепловые процессы протекают значительно медленнее электромагнитных и механических, их при анализе переходных процессов электропривода не принимают во внимание.

Следует иметь в виду, что если механическая инерция практически всегда ощутима и сказывается на переходных процессах, то электромагнитная инерция может быть и несущественной и практически не влиять на характер протекания процессов. В связи с этим, когда не требуется очень большой точности, ограничиваются только механической инерции. Переходные процессы в этом случае называются механическими. Если учитывается только электромагнитная инерция ( например в цепях возбуждения) , переходные процессы называются электромагнитными. Переходные процессы, в которых учитывается как механическая, так и электромагнитная инерция, называются электромеханическими.

Переход из одного установившегося режима к другому может совершаться по различным траекториям. При управлении электроприводом нужно стремиться выбирать такие, которые обеспечивают максимальное быстродействие, минимум потерь энергии и динамических нагрузок, максимум полезной работы и оптимальные значения других показателей.

Наиболее часто требуется обеспечить изменение скорости электропривода за минимальное время при ограничении момента двигателя. Такие переходные процессы называются оптимальными по быстродействию при ограничении момента. Этому условию при Мс=const соответствует равномерно ускоренный характер изменения скорости при М=Мдоп=cconst (см. кривые 1 и 2 на рис.)

Если Мс=f(w), то скорость w при реверсе в процессе торможения и пуска должна изменяться с различными ускорениями в случае реактивного Мс , как показано на рисунке. Для некоторых производственных механизмов, например, пассажирских лифтов, переходные процессы электропривода должны протекать при строго ограниченном ускорении. Условием минимальной длительности переходного процесса является поддержание постоянства ускорения при различных нагрузках. Такие переходные процессы называются оптимальными по быстродействию при ограничении ускорения e.

В этом случае зависимость w=f(t) должна оставаться неизменной при разных Мс, а момент двигателя при этих разных Мс будет изменяться.

Однако в ряде случаев момент двигателя не реагирует на изменение нагрузки. В этом случае для ограничения e при любых Мс допустимый пусковой момент двигателя необходимо выбрать из условия

Ускорение электропривода при возрастании нагрузки будет уменьшаться и при Мс=Мс макс

Примет значение Время пуска по мере возрастания нагрузки, очевидно, будет увеличиваться.

Переходные процессы, в которых требуется обеспечить плавность их протекания путем ограничения производной момента или т. н. рывка наряду с ограничением момента или ускорения называются оптимальными при ограничении момента или ускорения и рывка.

Необходимость таких ограничений вызывается различными причинами. Так для двигателей постоянного тока по условиям коммутации необходимо ограничивать , следовательно,

.Для пассажирских лифтов ограничение рывка создает более комфортные условия. Нужно иметь в виду, что ограничение производной при пуске электропривода влечет за собой снижение быстродействия, т. к. , например, время пуска возрастает при уменьшения .

Переходные процессы в реальных электромеханических системах описываются нелинейными дифференциальными уравнениями и расчет этих процессов возможен с помощью ЭВМ. Но первичными и более наглядными все же остаются аналитические и графоаналитические методы анализа переходных процессов. К ним относятся :

1.Метод последовательных интервалов (численный метод интегрирования исходных уравнений).

2.Метод кусочно-линейной аппроксимации нелинейных характеристик.

3.Метод фазовой плоскости.

4.Метод гармонической линеаризации.

5.Метод линеаризации уравнений в окрестностях точки статического равновесия путем разложения в ряд Тейлора.

Первый и третий методы используются для анализа переходных процессов в существенно нелинейных системах. Метод фазовой плоскости применим для анализа процессов в системах не выше второго порядка, а первый метод – в системах до третьего порядка. Наиболее широко применяются второй и пятый методы. Так, второй метод позволяет аналитически исследовать процессы в электроприводах, дифференциальные уравнения которых не содержат произведений переменных, а нелинейные характеристики удовлетворительно линеаризуются двумя – тремя отрезками прямых. При наличии в уравнениях произведений переменных, линеаризация математического описания производится размножением в ряд Тейлора.

При использование кусочно-линейной аппроксимации и разложении в ряд Тейлора анализ переходных процессов ведется путем решения дифференциальных уравнений классическим либо операторным методом. В дальнейшем используем классический метод.