Прилог теорији пројектовања актуатора за управљање вектором потиска ракетног мотора са флексибилним млазником

Abstract

Пројектовање актуационих система, посебно електро хидрауличних, предмет је обимних истраживања већ дуги низ година, може се рећи готово већ 70 година, када је почео развој ове области технике за потребе војног ваздухопловства на крају Другог светског рата. Истраживања су посебно интезивна од почетка широке употребе рачунара, када су се створили услови за имплементацију сложених математичких форми алгоритама управљања. Тада су створени услови за имплементацију постојећих алгоритама управљања са претходним искуством у оквиру аналогне технике и развоја великог броја додатних алгоритамских решења. У овом раду је развијена специфична методологија инжењерског дизајна актуатора за управљање вектором потиска ракетног мотора са флексибилним млазником на основу теорисјких анализа, са елементима аксиоматског приступа, која треба да олакшава рад пројектанту ове класе актуационих система. Резултат обимне систематизације је припрема теоријске основе да се посебно може разматрати флексибилни млазник као специфична врста структурног оптерећења актуатора, са елементима позиционог и инерцијалног оптерећења. У оквиру истраживачког рада у тези, сукцесивно се разматра опис еластичног оптерећења, избор конфигурације електро хидрауличног актуатора, базни линеарни и нелинеарни математички модели, критеријуми за избор алгоритама управљања и процењује се стварни проблем немоделоване динамике актуационог система. Кроз претходну теоријску анализу, синтетитизован је алгоритам управљања на основу off-line идентификације, који је проверен на симулатору оптерећења са реалним електро хидрауличним актуатором и дефинисана је конфигурација електро хидрауличног актуатора која решава проблем закретања млазника око тачке везе са актуатором после аксијалног померања флексибилне везе на почетку рада ракетног мотора.

Design of actuation systems, especially electro hydraulics systems, has been subject of research in the past decades, we can say almost for 70 years, when started the development of this field of technology to the needs of military aviation at the end of the Second World War. Research has particularly intense since the beginning of the widespread use of computers, when they created the conditions for the implementation of complex mathematical algorithms form. Then they created the conditions for the implementation of the existing control algorithms with previous experience within the analogue techniques and the development of a large number of additional algorithmic solutions. In this thesis we developed a specific methodology for the engineering design of the actuator for thrust vector control of rocket engine with flexible nozzle based on theoretic analysis with elements of the axiomatic approach, which should facilitate the work of the designer of this class of actuating systems. The result of extensive systematization is prepared theoretical basis for consideration of the flexible nozzle as a specific type of structural load of actuators, with elements of positioning type and inertial type loads. Within the research work in the thesis, the focus is the description of elastic load, selection of the configuration of the electro hydraulic actuators, basic linear and nonlinear mathematical models, criteria for the selection of control algorithms and assesses the actual problem of non-modeled dynamics actuating systems. With previous theoretical analysis, the control algorithm has been synthesized based on off-line identification, which is checked in the simulator with real electro hydraulic actuator and is defined the configuration of electro hydraulic actuator that solves the problem of nozzle swivel around point of connection with an actuator after the axial displacement of flexible connections at rocket motor starting phase.