Процесс и контроль сегодня

29.08.2023 Портескап СА

Точное управление оперением ракеты может сыграть решающую роль в попадании или промахе цели. Приведение в действие плавников зависит от решения для управления движением с надежным, высокодинамичным управлением в мощном корпусе. Настраиваемая готовая стратегия (COTS) может помочь достичь этого результата, минимизируя время разработки и одновременно соблюдая основные эксплуатационные критерии.

Для достижения точности в пределах нескольких метров от ожидаемой точки падения ракеты фундаментальное значение имеет точное управление килем. В то время как система наведения контролирует траекторию, производительность решения движения, включающего двигатель и управление с обратной связью, имеет решающее значение для достижения точного и отзывчивого положения киля ракеты. Способность приводить в действие плавники под точным углом, быстро реагируя на постоянную обратную связь, необходима для достижения целевой точности.

Для приведения в действие оперения ракеты требуется система управления движением, которая может генерировать достаточный крутящий момент для перемещения позиции против аэродинамических сил, включая скорость, в несколько раз превышающую скорость звука. Однако масса и физический объем являются критическими ограничениями как с точки зрения общей полезной нагрузки самолета при рассмотрении ракет воздушного базирования, так и с точки зрения летно-технических характеристик самой ракеты.

Высокий динамический контроль

Бесщеточные двигатели постоянного тока, также известные как BLDC, являются предпочтительной конструкцией, и основной причиной является присущая им удельная мощность. Отсутствие щеток можно сочетать с беспазовой конструкцией, которая обеспечивает большую концентрацию обмоток, увеличивая крутящий момент для данного форм-фактора. Увеличение количества полюсов двигателя до четырех вместо двух также сохраняет малую массу и размеры, но оптимизирует крутящий момент. В результате такие конструкции двигателей, как Portescap 30ECT Ultra EC™, могут увеличить выходную мощность системы на 20 % в заданном диапазоне. 30ECT90 может генерировать максимальный постоянный крутящий момент до 225 мНм, а также пиковый крутящий момент, необходимый для высокодинамической работы; он также может выдерживать пиковый крутящий момент в течение 2 секунд, создавая 2,4 Нм.

Высокие динамические характеристики необходимы для обеспечения виртуального управления плавником в реальном времени и поддержания точной траектории на основе ситуационной обратной связи. Низкая инерция, способствующая быстрому ускорению, достигается за счет беспазовой конструкции и более легкого ротора, что улучшает динамический отклик. Беспазовый двигатель также снижает крутящий момент, обеспечивая плавное движение, необходимое для оптимизации управления. Электронная коммутация двигателя BLDC также имеет жизненно важное значение для этого процесса, а двигатели 30ECT Ultra EC оснащены датчиками Холла для обеспечения обратной связи по положению ротора, а также для управления двигателем, включая скорость и крутящий момент.

Надежность имеет решающее значение

Учитывая необходимость точности, обеспечение надежности срабатывания плавников не менее важно. Крайне важна очень прочная конструкция двигателя, обеспечивающая устойчивость к ударам и вибрации. Двигатели 30ECT изготовлены из нержавеющей стали и оснащены передними фланцами, приваренными лазерной сваркой, что обеспечивает дополнительную долговечность. Двигатели также могут работать в широком диапазоне температур: от -55°C до 85°C. Конструкция двигателя оптимизирует тепловые характеристики в повторяющихся циклах с высокой пиковой нагрузкой, типичной для частой смены положения плавника.

В то время как характеристики BLDC минимизируют потери на трение и одновременно улучшают терморегулирование, беспазовые характеристики сводят к минимуму вихревые токи, которые также способствуют выделению тепла. Уменьшение вихревых токов также сводит к минимуму электронный шум, где обеспечение электромагнитной совместимости, наряду с устройствами авионики и электроники, является обязательным. Более того, безщелевая конструкция снижает вероятность возникновения концентрированных плотностей магнитного потока, которые могут создавать шумовые помехи.

Преимущества стратегии COTS

Учитывая важность срабатывания стабилизатора ракеты, возможен вариант индивидуального подхода к управлению движением. Однако время является основным ограничением при проектировании с нуля, когда одна только разработка инструментов может занять больше года. Вместо этого настраиваемое готовое решение (COTS) представляет собой практическую стратегию, сочетающую индивидуальный дизайн с быстрой доставкой.