Разработанные алгоритмы можно применить при проектировании специализированных систем, работающих не только при повышенных уровнях радиации, но и в других экстремальных условиях (тепловых полях, при электромагнитных излучениях).
ЛИТЕРАТУРА
1. Аствацатурьян Е. Р., Беляев В. А., Скоробогатов П. К. Использование метода критериальных функций принадлежности для теоретического моделирования и экспериментального исследования радиационного поведения АПОИ на базе ИМС высокой степени интеграции // Специальная техника средств связи: Сер. Общетехническая. — 1987. — Вып. 11. — С. 3—12.
2. Winokur P. S., Kerris K. G., Marper L. Predicting CMOS inverter response in nuclear and space environments // IEEE Trans. — 1983. — Vol. NS-30, N 6. — P. 4270—4275.
3. Барбашов В. М, Китаев С. С., Раткин А. В. Исследование релаксации заряда КМДП/КНС БИС ОЗУ: В кн. "Электронные устройства предварительной обработки данных" / Под ред. Т. М. Агаханяна. — М.: Энергоатомиздат, 1990. — С. 13—17.
4. Аствацатурьян Е. Р., Барбашов В. М., Беляев В. А., Гура-рий А. Л. Использование метода КФП для прогнозирования функциональных радиационных отказов ЗУ аппаратуры средств связи // Специальная техника средств связи: Сер. Общетехническая. — 1991. — Вып. 1. — С. 111—120.
5. Аствацатурьян Е. Р., Барбашов В. М., Беляев В. А., При-ходько П. С. Функционально-логическое моделирование радиационных отказов БИС // Специальная радиоэлектроника. — 1993. — Вып. 7—9. — С. 15—19.
6. Аствацатурьян Е. Р., Барбашов В. М. Анализ эффекта "отжига" в БИС ЗУ на функционально-логическом уровне // В сб. докл. VI межотраслевого семинара "Радиационные процессы в электронике". — М., 1994. — С. 159—161.
7. Агаханян Т. М., Аствацатурьян Е. Р., Скоробогатов П. К. Радиационные эффекты в интегральных микросхемах. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 256 с.
Вячеслав Михайлович Барбашов — канд. техн. наук, доцент Московского инженерно-физического института (государственный университет).
® (495) 323-90-34, 324-04-20
E-mail: VMBarbashov@MEPHI.ru □
УДК 629.7.036.54-63
АНАЛИЗ ВНЕШТАТНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ПОГРЕШНОСТЕЙ УРОВНЕМЕРОВ В СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ РАСХОДОВАНИЕМ ТОПЛИВА РАКЕТЫ-НОСИТЕЛЯ
А. Я. Андриенко, М. И. Заплатин, В. М. Кутовой, А. И. Чадаев
Получена оценка внештатной составляющей уровнемерных погрешностей в системе управления расходованием топлива ракеты-носителя "Союз-2", даны рекомендации по устранению этой составляющей. Ключевые слова: ракета-носитель, система управления расходованием топлива, уровнемерные погрешности.
ВВЕДЕНИЕ
Результатом работ по модернизации ракет-носителей (РН) среднего класса типа "Союз" [1] стало создание российской РН "Союз-2" с повышенными энергетическими и точностными характеристиками выведения, а также системы управления (СУ) с бортовой цифровой вычислительной машиной (БЦВМ) в контуре.
Однако в ходе проведения летных испытаний РН "Союз-2", благодаря возможностям цифровой системы телеизмерений, были выявлены недостатки в действии отдельных компонент бортовой СУ, что потребовало доработки, в частности, системы управления расходованием топлива (СУРТ) РН "Союз-2" [2, 3].
ОСНОВНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ УРОВНЕМЕРНЫХ ПОГРЕШНОСТЕЙ УПРАВЛЕНИЯ РАСХОДОВАНИЕМ ТОПЛИВА
Важнейшим шагом в решении проблемы высокоточного управления расходованием топлива жидкостных РН [4] была разработка бортовых уровнемеров на основе порогово-дискретного принципа измерения [5]. Реализация этого принципа потребовала использования в составе каждого уровнемера набора узкодиапазонных (в пределе пороговых) чувствительных элементов (ЧЭ) с потенциально высокой точностью.
На борту РН типа "Союз" традиционно применяются ЧЭ емкостного типа, размещаемые внутри бака в измерительной трубе с гидравличес-
ким фильтром, предназначенным для снижения колебательности жидкости. В ходе многолетней эксплуатации различных РН были выявлены и достоверно оценены основные составляющие погрешностей уровнемеров топлива, обусловленные:
— погрешностями тарировки топливного бака;
— неточностью линейной установки уровнемера по высоте бака;
— угловым перекосом оси уровнемера относительно оси бака;
— неточностью установки ЧЭ в уровнемере;
— температурным и сортовым изменениями вязкости горючего;
— колебаниями уровня жидкости в уровнемерах.
ВОЗНИКНОВЕНИЕ ВНЕШТАТНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ УРОВНЕМЕРНЫХ ПОГРЕШНОСТЕЙ
По результатам анализа работы СУРТ РН "Со-юз-2" при выведении на околоземные орбиты ряда космических аппаратов [6] была выявлена дополнительная к перечисленным выше составляющая погрешности уровнемеров (ПУ). Возникновение этой составляющей связано с обновлением элементной базы бортовых приборов первичной обработки информации от датчиков СУ при переходе с усилителей-преобразователей (УП) РН "Союз-У" на преобразователи информации (ПрИ) РН "Союз-2" и с использованием в СУ РН "Со-юз-2" комплекта БЦВМ с повышенной длительностью То основного такта вычислений.
В выходных сигналах инерционных УП практически отсутствуют высокочастотные помеховые составляющие (действие систематических запаздываний в срабатывании ЧЭ парировались про-ектно- экспериментальным выбором пороговых значений срабатывания ЧЭ). Помехоустойчивость ПрИ (РН "Союз-2"), базирующегося на элементах микропроцессорной техники, оказалась заметно меньшей. Данное обстоятельство в сочетании с повышенной длительностью Т0 между моментами времени "опроса" выходных сигналов порогово-дискретных уровнемеров топлива привело к возникновению еще одной, внештатной, составляющей погрешности в действии уровнемеров РН.
ОЦЕНИВАНИЕ НОВОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ УРОВНЕМЕРНЫХ ПОГРЕШНОСТЕЙ
В уровнемерах РН "Союз-У" и "Союз-2" используются ЧЭ емкостного типа [5]. Для сокращения числа гермовыводов из баков РН эти ЧЭ в каждом из баков объединены в емкостно-резис-торный измерительный мост; в процессе выра-
ботки топлива из бака при последовательном прохождении зеркала жидкости через ЧЭ уровнемера происходит поочередное изменение состояния этого моста (из состояния баланса в разбаланс и наоборот). При превышении приращением напряжения баланса-разбаланса проектного порогового значения формируется сигнал прохождения уровнем топлива через ЧЭ.
Для оценивания новой составляющей УП необходимо: во-первых, составить проектную модель невозмущенного процесса изменения напряжения баланса-разбаланса и методику определения расчетных моментов прохождения уровней компонентов топлива через ЧЭ; во-вторых, с использованием этой модели оценить внештатную составляющую УП на основе анализа накопленной телеметрической информации по работе уровнемеров в проведенных пусках РН "Союз-2".
При составлении модели целесообразно исходить из допущений, что скорость прохождения уровня компонента топлива через 1-й ЧЭ уровнемера совпадает с программным значением Н скорости снижения уровня компонента в баке в номинальный момент времени срабатывания 1-го ЧЭ, и что момент ^ начала изменения напряжения разбаланса соответствует моменту достижения уровнем компонента топлива в уровнемере верхних кромок пластин ЧЭ. Фрагмент проектной модели изменения во времени t напряжения и разбаланса уровнемерного моста на участке "срабатывания" 1-го ЧЭ описывается уравнением
и^) = (1)
' инл. при Н( Н/ + аДчэл/2; = < икЛ при Н( ^ < Н/ - аДчэ. //2;
ин. / + (ик. / - ин. /) (Н/ + АНчэ. //2 - Н( Г))/аНчэ. /, иначе,
где инл- (ик.г) — напряжение разбаланса моста, соответствующее его состоянию до достижения уровнем Н топлива верхней (нижней) кромки г-го ЧЭ; Н — высота уровня компонента топлива в уровнемере; Нг — высота установки г-го ЧЭ в баке; а Нц_эл — высота пластин г-го ЧЭ.
Пороговый момент ti прохождения уровнем компонента топлива через ЧЭ определяется соотношением:
Ц = ^ + аНчэ,/2Н. (2)
Оценивание внештатной составляющей иллюстрирует пример анализа процессов в нечетном канале уровнемера горючего блока Б в пуске РН с изделием 14Ф137.
46 _ Бепвогв & БувГетв • № 9.2009
Рис. 1. Изменение напряжения разбаланса в нечетном канале горючего ракетного блока Б (во второй половине участка полета I ступени РН с изделием 14Ф137)
На рис. 1 приведен график фрагмента процесса изменения напряжения разбаланса в канале нечетных ЧЭ уровнемера горючего, полученный по результатам обработки телеметрической информации. На графике видны возмущения в виде пульсаций, дрейфа нуля и разбросов приращений (в моменты прохождения ЧЭ уровнем горючего) напряжений разбаланса. Сходный вид имеют гра-
фики процессов уровнемерных измерений компонентов топлива в каналах (четных и нечетных ЧЭ) и на других (боковых и центральном) блоках РН.
При более детальном анализе этого процесса (см. рис. 2, где приведен график изменения напряжения разбаланса на участке прохождения уровня горючего через ЧЭ, I = 15) выявляется существенное расхождение с проектной моделью (1). На рис. 2 точка 1 соответствует моменту касания уровнем горючего в уровнемере верхней кромки ЧЭ; точки 2 и 3 — моментам прохождения (уровнем) середины и нижней кромки ЧЭ; точка 4 соответствует зафиксированному бортовыми средствами моменту "срабатывания" ЧЭ, I = 15. Разность абсцисс точек 4 и 2 в графиках на рис. 2 характеризует внештатную составляющую временной погрешности действия уровнемера. В результате оценивания этой составляющей (проведенного с использованием статистики телеметрических данных, полученных в пусках РН "Союз-2") установлено, что значения первых двух моментов внештатной составляющей погрешности уровнемеров боковых и центрального блоков (ББ и ЦБ) во всех пусках практически совпадают, а результирующая ошибка определения временного рассогласования объемов компонентов топлива характеризуется нулевым математическим ожиданием и статистически предельным значением ±0,12 с.
Рис. 2. Изменение напряжения разбаланса при прохождении уровня горючего через ЧЭ №15 (пуск с изделием 14Ф137, блок Б)
Более высокой оказывается погрешность определения на борту РН рассогласования объемов компонентов топлива блока III ступени: математическое ожидание погрешности измерения временного рассогласования объемов компонентов топлива равно —0,37 с при статистически предельном значении ±0,43 с центрированной составляющей этой погрешност
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.