Khảo sát các đặc tính động lực học của hệ thống lái máy bay Lê Quang Hiển

Khảo sát các đặc tính động lực học của hệ thống lái máy bayLê Quang Hiển Email: lequangvinhhien@yahoo.com 1. Giới thiệu Máy bay bay được là do có các hệ thống lái bao gồm: lái liệng, lái hướng, lái độ cao, tấm thăng bằng ngang… Đối với các máy bay hiện đại thì đây là hệ thống servo thủy lực - điện. Không mất tính tổng quát, tác giả chọn hệ thống lái hướng A321 để khảo sát các đặc tính động học của hệ thống lái máy bay. 2. Mô tả hệ thống Chúng ta xây dựng một mô...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Khảo sát các đặc tính động lực học của hệ thống lái máy bay Lê Quang Hiển Khảo sát các đặc tính động lực học của hệ thống lái máy bay Lê Quang Hiển Email: lequangvinhhien@yahoo.com1. Giới thiệuMáy bay bay được là do có các hệ thống lái bao gồm: lái liệng, lái hướng, lái độ cao, tấm thăng bằng ngang…Đối với các máy bay hiện đại thì đây là hệ thống servo thủy lực - điện. Không mất tính tổng quát, tác giả chọnhệ thống lái hướng A321 để khảo sát các đặc tính động học của hệ thống lái máy bay.2. Mô tả hệ thốngChúng ta xây dựng một mô hình hệ thống thủy lực dẫn động có phản hồi, vị trí của xylanh được đo chuyểnthành tín hiệu điện và so sánh với tín hiệu điều khiển. Mục đích của mạch thủy lực là tạo lực để điều khiển cánhlái hướng bằng tín hiệu điều khiển đến van servo. Để cung cấp áp suất cho hệ thống ta sử dụng bơm điện có sốvòng quay không đổi và được nối với van an toàn. Hình 1: Mô hình hệ thống thủy lực dẫn động có phản hồiHệ thống thủy lực lái cánh hướng bao gồm các phần tử chính: Thùng dầu (Tank) - Bơm điện (Pump) - - Van an toàn (Relief Valve) Bình tích áp để dập dao động áp suất trong hệ thống (Accumulator) - Servo valve điều khiển hành trình piston (Servo valve) - Xylanh để truyền lực lái cánh hướng (Cylinder) - Cánh lái hướng (Rudder) - Cảm biến hành trình (Sensor of Linear Motion) - Tín hiệu điều khiển (Command Signal) -3. Mô hình hóa hệ thống Hình 2: Sơ đồ khối điều khiển cánh lái hướngTrong đó: i là tín hiệu điều khiển x là độ dịch chuyển con trượt của servo valve [m] y là hành trình của piston [m] δ là góc lệch cánh lái hướng [rad]Từ hình 1 ta xây dựng sơ đồ khối điều khiển cánh lái hướng như hình 2. Để khảo sát đặc tính của hệ thống taxây dựng các phương trình mô tả hệ thống với các giả thiết ban đầu như sau: Diện tích cánh lái hướng: Sh = 8,5 m2 - Khảo sát máy bay ở độ cao: H = 10668 m - Chiều cao cánh lái hướng: bh = 5,87 m - Vận tốc tối đa của máy bay: vmax = 877 km/h = 246 m/s - Góc lệch cánh lái hướng: -3,50 ≤ δ ≤ 3,50 - Khối lượng riêng của không khí ở độ cao mực nước biển: ρ0 = 1,225 kg/m3 - Bỏ qua tổn thất về lực do độ cứng vững của hệ thống gây nên: Cd = 0 -Một số phương trình cơ bản được sử dụng mô tả hệ thống: Quan hệ giữa hành trình của piston và góc quay cánh hướng: - y = lc.δ (1)Trong đó lc [m] là chiều dài tay quay nối từ khớp cầu tự lựa của piston đến trục quay cánh lái hướng. Phương trình chuyển động của cánh lái hướng: - d2  Fc .lc  F.l F J (2) dt 2Trong đó: J là moment quán tính của cánh lái hướng [kg.m2] Fc là lực từ cần piston truyền sang cánh lái hướng [N] F là lực khí động tác dụng lên cánh lái hướng [N] lF là chiều dài cánh tay đòn ứng với vị trí đặt lực F đến trục quay cánh lái hướng [m]Lực khí động F coi như phụ thuộc gần tuyến tính vào góc lệch δ nên ta có: F = kF.δ (3)Trong đó kF là hệ số tỷ lệ [N]. Phương trình chuyển động của piston: - d2y dy  p.S  b.  C d .y  P m (4) 2 dt dtTrong đó: m là khối lượng của piston [kg] p là áp suất làm việc của hệ thống [N/m2] P là lực từ cánh lái hướng truyền sang cần piston [N] S là diện tích làm việc của piston [m2] b là hệ số ma sát nhớt [kg/s] Phương trình lưu lượng của hệ van servo – xylanh (dạng tuyến tính): - dy V0 dp Q VPP  k Q,x .x  k Q,p .p  S.  . (5) dt 2E dtTrong đó: kQ,x là hệ số lưu lượng theo độ dịch chuyển x [m2/s] x là độ dịch chuyển của con trượt [m] kQ,p là hệ số lưu lượng theo áp suất [m5/N.s] V0 là thể tích ban đầu của buồng xylanh [m3] E là mođun đàn hồi của dầu [kg/m.s2] Phương trình lưu lượng qua van servo: - g.p QVCT  ..d t .x. (6)  ...