ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ЭЛЕКТРОГИДРОАНАЛОГИИ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПНЕВМО-ГИДРОСИСТЕМЫ ОБЪЕДИНЕННОЙ ДВИГАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ НА ТРЕНАЖЕРАХ МКС

© Е.И.Полунина, В.Н.Саев, В.Г.Синельников
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и проблемы профессиональной деятельности космонавтов"
2002 г.

Математическое моделирование пневмо-гидросистемы объединенной двигательной установки (ПГС ОДУ) на тренажерах пилотируемых космических аппаратов (ПКА) представляет собой сложную математическую задачу. На практике в модель вводятся упрощения и различного рода допущения, позволяющие сократить объем модели и в тоже время обеспечить необходимую для данной задачи глубину и точность моделирования.

При моделировании процессов протекания жидкости и газа в ПГС ОДУ на всех тренажерах орбитальной станции применен метод электрогидроаналогии. Он основан на допущении, при котором для модели принимается линейная зависимость секундного расхода газа/жидкости на любом участке пневмо- или гидромагистрали от перепада давлений на границах этого участка. В этом случае из ПГС можно выделить такие части, которые могут интерпретироваться как электрические схемы с сопротивлениями и потенциалами. Точность метода электрогидроаналогии достаточна для правильного отображения качественной картины процессов в ПГС, но имеет постоянную погрешность моделирования, обусловленную введением линейного закона расхода топлива.

Для проведения оценки точности модели необходимо знание функционирования реальной системы в различных штатных и нештатных режимах работы. Вместо построения точной модели всей ПГС предлагается строить модели типовых процессов — процессов, которые существуют либо в чистом виде, либо, являясь частью общего процесса, могут быть из него вычленены, и затем их использовать как эталонные при оценке точности конкретной математической модели ПГС.

Результаты исследований показали, что при равных начальных условиях моделируемый и эталонный процессы заканчиваются одинаково. Отличаются их длительности: при разностях давлений на концах магистралей больше одной атмосферы моделируемый процесс протекает быстрее, а при разностях давлений меньше атмосферы — медленнее эталонного.

Проведенные расчеты показали, что погрешность метода электроаналогии является монотонной функцией начальных параметров, поэтому для того, чтобы динамические кривые модели процесса не выходили за нижнюю границу, достаточно в модель ввести эквивалентное сопротивление, рассчитанное для параметров процесса, дающих критическую кривую — т. е. самую быструю реализацию данного процесса.

Введение эквивалентного сопротивления позволяет снизить погрешность моделирования: длительности типовых процессов с 34% до нуля; уровня топлива — с 57% до 8%; давления в заданных точках магистрали — с 20% до 6%.

Можно дать следующие рекомендации по согласованию точности математической модели ПГС в тренажере с диагностическими возможностями системы контроля и диагностики. На этапе построения модели для каждого типового процесса находятся параметры из числа допустимых или рабочих, обеспечивающих самую быструю реализацию процесса, и для них рассчитываются эквивалентные сопротивления. Затем в процессе функционирования модели при переходе с режима на режим устанавливается соответствующее данному процессу значение эквивавалентного сопротивления. При этом модель должна быть дополнена моделью структурной схемы ПГС (это может быть графовая модель или модель в виде булевых функций), на основе которой по состоянию клапанов и активных элементов определяется текущий тип процесса.