+7 (495) 797-88-66

Сделать заказ
Skype Me™!
Сделать заказ

Стенды полунатурного моделирования


Стенды полунатурного моделирования - разработка и производство



Стенд полунатурного моделирования

Стенд полунатурного моделирования (СПМ) - это одно-, двух-, трех-, много-степенная динамическая моделирующая система для имитации угловых движений летательных аппаратов относительно центра масс, а также различные узлы перемещения источников излучения разных спектральных диапазонов для воспроизведения углового движения линии визирования.

Для исследования ряда критически важных параметров сложного оборудования и изделий, применяются: стенды полунатурного моделирования.
Стенды для полунатурного моделирования относятся к испытательному типу оборудования.


Испытание изделия (продукции) – это экспериментальное определение количественных и (или) качественных характеристик свойств объекта испытаний (изделия), для фиксации и измерения результатов воздействия на него различных внешних факторов, при его функционировании или моделировании, с целью оценки этих характеристик или проверки их соответствия установленным требованиям.

Процесс испытаний регламентируется определенным набором стандартов, технических условий или ГОСТов.

Основой классификации испытаний являются цели испытаний, их организационный уровень, место проведения испытаний (лаборатория, полигон, натурные, эксплуатационные испытания), состояние испытываемого образца (макет, модель, натурный образец), этапы разработки и освоения (доводочные, предварительные, квалификационные), этапы производства изделия (предъявительские, приемо-сдаточные и т. д.).


Можно выделить несколько основных видов испытаний изделий:
- исследовательские,
- предварительные,
- доводочные,
- приемочные (приемо-сдаточные),
- контрольные,
- ресурсные,
- эксплуатационные,
- квалификационные,
- сертификационные,
- типовые,
- аттестационные.


Испытания изделий
Испытания проводят с учетом назначения (определения использования) объекта или изделия.
Примерная схема проведения испытаний (согласно техническому заданию на разработку для вновь создаваемых изделий) включает в себя несколько этапов: эскизное и техническое проектирование, изготовление опытной партии, серийных изделий.


Схема испытаний в процессе проектирования технического изделия



Процессы испытания изделий



Из приведенной схемы понятно, что в результате действия обратных связей происходит последовательное уточнение параметров изделия и приближение его характеристик к оптимальным значениям. Приведённая схема наглядно показывает взаимосвязь испытаний с процессом проектирования и ее определяющую роль в процессе оптимизации параметров изделия.

При этом на всех этапах создания и испытаний важнейшую роль играет вычислительная техника (ЭВМ).

Для каждой стадии проектирования характерен свой метод, например, для начальных стадий разработки, наиболее эффективен способ математического моделирования, так как он позволяет узнать некоторые особенности системы в первых циклах моделирования и заранее внести необходимые корректировки. Напротив, на заключительной стадии, проектирование проходят полунатурные и натурные испытания системы.
Данные математические модели в последующих этапах изучают с использованием методов вычислительной математики на основе современных мощностей вычислительной техники.



Имитационные методы моделирования (математические модели для целей моделирования)

Математическая модель представляет собой описание в виде математических соотношений, которые устанавливают связи между параметрами, характеризующими расчетную схему системы. Но чтобы изучить систему, математическую модель для начала, нужно построить.
Если исследуемая модель является достаточно простой, то достаточно получения точного аналитического решения. Но некоторые системы являются сложными, в них нет возможности получения аналитического решения. В таких случаях необходимо применять - имитационное моделирование.

То есть, многократное испытание модели с различными входными параметрами, показывающие их влияние на показатели функциональности всей системы (конструкции) изделия.

Для получения численных результатов, помогающих провести расчет свойств исследуемой системы, применяют электронно-вычислительные машины (ЭВМ).

Имитационное моделирование является процессом создания модели реальной системы, а так же проведения компьютерных экспериментов этой системы для изучения и прогнозирования ее действий. Так же имитационное моделирование проводится с целью улучшения существующих характеристик данной системы (изделия).

В отличии от математического (имитационного моделирования), натурное моделирование представляет собой работу с физическими объектами - моделями, которые могут быть увеличенными или уменьшенными копиями оригинала, но все равно допускающими возможность их изучения с целью переноса выявленных знаний на оригинал.



Полунатурные методы моделирования



Полунатурные методы моделирования занимают промежуточную стадию проектирования, когда опытные образцы изделия уже физически изготовлены, но они еще не готовы к натурным (реальным) испытаниям в силу своей незаконченности, неточности и некоторой неизвестности по ряду параметров.
При натурных испытаниях уточнения функциональности системы (изделия), при различных входных воздействиях и производятся отладки алгоритмов работы всей системы (полного изделия).

Так же полунатурные испытания, в силу своей комплексности (сложности) натурных и математических моделей, позволяют проводить моделирование тех ситуаций, когда натурное моделирование невозможно, например: моделирование функциональности навигационного оборудования управляемых ракет, самолетов, космических спутников и т. п.



Отличия и особенности полунатурных методов моделирования



Полунатурное моделирование - является исследованием управляемых систем на моделирующих стендах с включением в состав модели реального изделия. Это процесс моделирования с использованием реальных частей изделий или оборудования, при котором моделируются только некоторые не значимые части системы (изделия), а наиболее значимые части - тестируются образцами (изделиями) в реальном исполнении.

Так же, вместе с реальными изделиями в состав модели могут входить имитаторы различных воздействий и помех, математические модели сред и процессов, не обладающих довольно точным математическим описанием.

Включение реальных образцов изделия в состав контура моделирования сложных систем и процессов - уменьшают априорную неопределенность и позволяют исследовать процессы, не обладающие точным математическим описанием.

Процесс полунатурного моделирования хорошо сочетает в себе плюсы математического и физического моделирования, следовательно, может быть достигнуть оптимальный баланс между вычислительными и натурными составляющими.

Так как достоинства математического моделирования в большинстве случаев проявляются на ранних этапах проектирования, а натурных на заключительных, то полунатурному моделированию остаются промежуточные стадии.



Значение метода полунатурного моделирования



Очевидно, что в результате изготовления разрабатывающегося образца оборудования (изделия), часто натурные испытания или затруднены, финансово неоправданны, или вовсе невозможны. Эти ограничения могут следовать так же из соображений безопасности (к примеру, при изготовлении ракет, боеголовок, и пр.).

Логично, что сразу после появления опытного образца изделия нельзя сразу переходить к натурным испытаниям, так как алгоритмы функциональности изделия и обработки управляющих сигналов еще не протестированы в полной мере и нуждаются в отладке. В таких случаях полунатурное моделирование выходит на первый план.



Применение стендов полунатурного моделирования



Общей особенностью методов полунатурного моделирования являются возможности подробного исследования режимов работы изделия в целом.

При присутствии в системе (конструкции сложного изделия) некого критического элемента, во время проведения полунатурного моделирования для отладки изделия, тестирования алгоритмов управления и обработки данных, именно критический элемент стоит заменять реальной физической моделью.

Для исследования требуемых параметров, в рамках данного метода, используются так называемые - стенды полунатурного моделирования.


Стенд полунатурного моделирования  - внешний вид основного узла Стенд полунатурного моделирования в тестовой лаборатории Стенд полунатурного моделирования с установленной головкой самонаведения Готовые изделия


С помощью стенда полунатурного моделирования, моделирующего внешние определяющие воздействия и физической модели критического элемента (изделия), можно исследовать режимы работы данного изделия во всех требуемых диапазонах возможных изменений, необходимых параметров, сымитировав необходимые внешние воздействия.

Так же, методы полунатурного моделирования позволяют исключить неопределенность, которая проявляется при имитационном (математическом) моделировании, в виду невозможности точного и достаточного построения математической модели работы системы.

Таким образом, использование методов полунатурного моделирования при проектировании сложных современных технических систем имеет важное самостоятельное значение.



Использование методов полунатурного моделирования


Полунатурные методы моделирования проектирования сложных технических систем могут использоваться:

- При разработке структурной и функциональной схем системы

- Для обеспечения решения задач 2-го и последующих уровней

- На заключительных этапах проектирования изделия, во время создания экспериментальных комплексов оборудования для отладки определенных параметров и тестирования алгоритмов обработки сигналов и управления системой.

Одним из реальных примеров применения методов полунатурного моделирования (стендов полунатурного моделирования) российскими производителями при создании и разработке технически-сложных изделий, является появление новых классов управляемых ракет: "Кинжал", "Буревесник", "Сармат" и прочие.





Преимущества полунатурных методов моделирования



К примеру, на производстве полунатурные испытания так же крайне эффективны с точки зрения материальных затрат.
Например, при разработке системы управления подачей топлива в камеру сгорания реактивного двигателя, летные испытания будут стоить примерно 200 000 рублей за час, натурные испытания около 80 000 рублей за час, а полунатурные испытания обойдутся в 10 000 рублей за час испытаний.

Преимущество полунаторных методов испытаний - очевидно.

Комбинация всех методов моделирования и испытаний позволяют не только уменьшить затраты на разработку сложных систем, но и снизить риски, исправив некоторое количество ошибок на ранних этапах проектирования.




Стенды полунатурного моделирования


Так уж получается, что история человечества это, в определённом смысле, история его войн. И не с марсианами, а его самого - с самим собой. Бились между собой и национальные государства и княжеские дружины и зондеркоманды древних собирателей кореньев.
А поскольку отношения между "партнёрами", невзирая на писаные договорённости, часто выглядели как бои без правил, то для элементарного выживания, все стороны вынуждены были уделять наипервейшее внимание вопросам вооружения, а также стратегии и тактики.
Среди всего комплекса этих сложных вопросов можно выделить один приоритетный аспект. А именно: во все времена, все военачальники грезили возможностью обладать оружием, которое позволит, не вступая в ближний бой, наносить противнику существенный урон. Если в древние времена этим оружием были праща и лук, позволявшие наносить травмы несовместимые с жизнью с расстояния 300 и даже 400 метров, то далее, перешагивая через ранний огнестрел, попадаем к "богу войны" - артиллерии и далее - РСЗО, КР, ОТРК, МБР, которые венчают конец 2-го тысячелетия.

В новом, 3-м тысячелетии, основной упор при разработках чудо-оружия, как мы можем пока наблюдать, делается на скорость и скрытность, при соблюдении, конечно, требований экономической целесообразности и нанесения противнику неприемлемого ущерба.
А после первомартовского послания Верховного Главнокомандующего ВС РФ совершенно новыми, почти фантастическими красками заиграли возможности до-, около-, гипер-звуковых КР и БПЛА. Тут - совершенно точно - есть над чем поработать. И вдвойне приятно, что Президент РФ, отметив несгибаемую волю и дух офицерского состава ВС РФ, также счёл уместным найти тёплые слова для тех научных и инженерных работников, которые своим трудом создают новые изделия, аппараты и агрегаты.

Как известно, у русских много чего хорошего получается, но в приоритете часто стоит либо установление справедливости, либо создание инструментов для установления справедливости. Если первым - занимаются ответственные политики и/или боевые офицеры, то инструментами - учёные и инженеры.

Образно выражаясь, на этих инструментах Российский симфонический оркестр (Армия и Флот) постоянно репетируют лучшие произведения ведущих композиторов из ГенШтаба ВС РФ.
В процессе проектирования систем управления (СУ) различного назначения, возникает необходимость в моделировании. Для ранних стадий проектирования характерно математическое моделирование, на завершающих этапах проводят полевые испытания на изделиях, для которых они предназначены.
Полунатурное моделирование (ПМ) занимает промежуточное положение между математическим моделированием и полевыми испытаниями и проводится на специальном оборудовании - стендах ПМ (СПМ), позволяющем погрузить экспериментальный образец СУ в обстановку, максимально приближающую его к нахождению в реальном объекте при отработке задачи.

Сегодняшним лидером в области изготовления СПН и средств для космической и аэронавигации является зарубежная компания Акутроник. Она себя позиционирует как просто частное семейное предприятие, основанное в 1973 г. Офисы компании находятся в Швейцарии и США.
Если про швейцарский филиал можно сказать, что они при обороте в 20-30 млн. евро, предлагают всю номенклатуру, но с доминированием гражданской техники, то по американскому филиалу открытых данных не наблюдается, и доступ на интересные разделы сайта, увы, заблокирован.

Существует ещё несколько зарубежных разработчиков и производителей СПМ, но по объёму и номенклатуре выпускаемой продукции им сложновато конкурировать с Акутроником. В нашей стране продукция зарубежных производителей представлена, но не очень широко в силу известных причин. И конечно из этого не следует, что отечественные разработчики "инструментов установления справедливости" остались без СПМ. У нас есть свои производители с продукцией, которая не уступает лучшим зарубежным образцам (см. ниже).

Полунатурное моделирование позволяет получить более достоверные сведения о поведении исследуемой системы по сравнению с математическим моделированием так как все математические модели имеют лишь определённую степень приближения к реальным объектам, в то время как стенды ПМ осуществляют реальные действия, характерные для (например) перемещения летательного аппарата с реальными угловыми скоростями и ускорениями, соответствующими реальному полёту. При этом, управляющие воздействия, вырабатываемые СУ летательного аппарата (ЛА), выдаются не в рулевые машины ЛА, а в контуры управления перемещениями стенда ПМ.



Стенды полунатурного моделирования



Рисунок 1. Общий вид комплекса полунатурного моделирования (российского производства).
По данным отечественных и зарубежных источников, полунатурное моделирование позволяет сократить на 25-30% реальные лётные испытания при проектировании СУ пилотируемых летательных аппаратов и значительно больше для беспилотных (БПЛА).
В настоящее время используется несколько основных типов стендов для ПМ ЛА:
1. Стенды для имитации движений летательного аппарата (ИДЛА).
2. Опорно-поворотные устройства (ОПУ).
3. Узлы цели (УЦ).



ИДЛА – это многокоординатный стенд, имитирующий движения реального летательного аппарата, в его состав входит (см. рис. 1):
1. Подвижный портал (координата X).
2. На портал устанавливается тележка (координата Z).
3. Тележке крепится телескопическая штанга (координата Y).
4. На телескопической штанге установлена платформа с тремя поворотными осями: "курс" (ось A), "тангаж" (ось B) и "крен" (ось C).
На оси "крен" расположена площадка для монтажа испытуемой аппаратуры. Портал движется над макетом местности, выполненном в определённом масштабе на движущейся ленте конвеера.





Стенд ИДЛА (Разработка и производство компании “Сервотехника”, http://www.servotechnica.ru) - стенд полунатурного моделирования




Рисунок 2. ИДЛА (Разработка и производство компании “Сервотехника”, http://www.servotechnica.ru)
Такие стенды предназначены для исследования объектов с инерциальными и оптическими системами наведения.
Опорно-поворотные устройства (в иностранной литературе используют термин Flight Motion Simulators (FMS), - это функционально то же, что и платформа с поворотными осями от ИДЛА, но, как правило, с гораздо большей грузоподъёмностью (см. рис.2).



Купить стенд полунатурного моделирования >>


Заказать или разработать стенд полунатурного моделирования

ОПУ 3ПШК-1 - чертеж стенда (Разработка и производство компании “Сервотехника”, http://www.servotechnica.ru) - стенд полунатурного моделирования



ОПУ 3ПШК-1 с имитатором нагрузки (Модернизировано ООО “Сервотехника”, http://www.servotechnica.ru) - стенд полунатурного моделирования



Рисунок 3. ОПУ 3ПШК-1 с имитатором нагрузки (Модернизировано компанией “Сервотехника”, http://www.servotechnica.ru).
Обычно опорно-поворотное устройство (ОПУ) работает в паре с узлом цели (см. рис. 3).
Узел цели (в иностранной литературе используют термин Target Motion Simulators (TMS) – система перемещения источников излучения для воспроизведения углового движения точки, точек или линий визирования.
При этом, в ОПУ устанавливается, например, головка самонаведения (ГСН) ракеты, а УЦ имитирует цель для установленной в ОПУ ГСН. В контексте работы такой пары (УЦ и ОПУ) пользуются понятиями ближнего поля (ближней зоны) либо дальнего поля (дальней зоны).


ОПУ 3ПШК-1 с имитатором нагрузки (Модернизировано ООО “Сервотехника”, http://www.servotechnica.ru) - стенд полунатурного моделирования



Рассмотрим подробнее эти понятия:

Если ГСН работает в оптическом (ОД) или инфракрасном (ИФК) диапазонах электромагнитных волн, то применяют терминологию "ближняя зона" и "дальняя зона".

В ближней зоне возможно различить геометрические размеры цели, в дальней зоне геометрические размеры цели не различаются (точечный источник).
Граница между ними условно проходит на расстоянии 2 км (для стендов ПМ все расстояния рассчитываются в масштабе моделирования).



Купить стенд полунатурного моделирования >>


Заказать или разработать стенд полунатурного моделирования




УЦ ДКМЛП (Разработано и произведено компанией “Сервотехника”, http://www.servotechnica.ru) - стенд полунатурного моделирования



Рисунок 4. УЦ ДКМЛП (Разработано и произведено компанией “Сервотехника”, http://www.servotechnica.ru).
При работе ГСН с радиолокационным наведением, используют терминологию "ближнее поле" и "дальнее поле". Ближнее поле – это зона индукции на расстоянии от источника r< λ, где электромагнитная волна ещё не сформирована.
Электромагнитное поле (ЭМП) считается квазистатическим. Дальнее поле – это зона сформировавшейся электромагнитной волны, начиная с расстояния r>3λ.
В дальней зоне устанавливается связь между электрической (E) и магнитной (H) составляющими электромагнитной волны в виде: E=377H, где:

377 – волновое сопротивление вакуума, Ом.

В приведённых выше формулах:
r – расстояние между целью и ГСН,
λ – длина волны,
E – напряженность электрического поля,
H – напряженность магнитного поля.

Для ГСН ближнего поля УЦ обычно реализуется с двумя дополнительными поворотными осями, поворачивающими платформу с полезной нагрузкой параллельно линейным осям X и Y УЦ (см. рис. 4).








В офисе компании Сервотехника находится действующий выставочный образец двух-осевого моделирующего стенда.
Данное устройство представляет из себя программируемый двух-координатный линейный позиционер с устройством синхронизированного доворота платформы для установки полезной нагрузки.



Купить стенд полунатурного моделирования >>


Заказать или разработать стенд полунатурного моделирования




УЦ с поворотной платформой - стенд полунатурного моделирования



Рисунок 5. УЦ с поворотной платформой.
Для ГСН дальнего поля (с радаром), УЦ реализуется с криволинейными осями X - Y. Криволинейная рама, размещенная на надлежащем расстоянии от ОПУ, имеет преимущество всегда удерживая цель на пересечение осей ОПУ.

В большинстве случаев криволинейный УЦ дает хорошие результаты.
Однако криволинейный УЦ не имеет возможности изменить расстояние между целью и ГСН, что необходимо при работе ГСН с радиолокационным наведением на различных частотах (см. рис.5).



УЦ с поворотной платформой - стенд полунатурного моделирования



Рисунок 6. УЦ с криволинейной рамой.
Для того, чтобы исключить влияние внешних помех, при проведении испытаний на стендах ПМ ГСН с радиолокационным наведением, их размещают в безэховых камерах.

Далее приведём ориентировочные средневзвешенные характеристики современных УЦ и ОПУ:

Характеристики УЦ:
1. Размеры рабочих полей: до 8х8 м
2. Диапазон рабочих скоростей: от 0,5 мм/с до 10 м/c 3. Рабочие ускорения: до 30 м/c2
4. Грузоподъёмность: до 30 кг
5. Время отклика на управляющее воздействие от СУ верхнего уровня: 1-2 мс

Характеристики ОПУ:
1. Рабочие перемещения по осям: -180, +180°
2. Диапазон рабочих скоростей: от 0,1 до 300 °/с
3. Рабочие ускорения: до 10 000 °/с2
4. Среднеквадратичное отклонение статической ошибки отработки угла: <2'
5. Грузоподъёмность: до 100 кг
6. Время отклика на управляющее воздействие от СУ верхнего уровня: 1-2 мс

Коснёмся ещё такого важного параметра как точность динамического позиционирования стендов. Производители нередко указывают вполне приличные 5%. В реальности же расхождение может составить 10 - 15% и даже более, в зависимости от отрабатываемой траектории.
В конструкциях существующих стендов ПМ широко применяют синхронные серводвигатели переменного тока со встроенными круговыми высокоточными датчиками положения. Двигатели обычно стыкуются с высокоточными многоступенчатыми редукторами.
Перспективным является применение высокомоментных линейных и поворотных двигателей со встроенными линейными и круговыми абсолютными датчиками высокого разрешения (см. рис. 6). В этом случае отпадает необходимость в редукторах и появляется возможность существенно повысить рабочие скорости и ускорения с сохранением высоких точностных характеристик.

ОПУ ААП с высокомоментными поворотными двигателями (Разработано и произведено в компании “Сервотехника”, http://www.servotechnica.ru) - стенд полунатурного моделирования



Рисунок 7. ОПУ ААП с высокомоментными поворотными двигателями (Разработано и произведено в компании “Сервотехника”, http://www.servotechnica.ru).
Переход на проектирование корпусных деталей стендов ПМ из различных композиционных материалов позволит, снизив инерцию, существенно улучшить их эксплуатационные характеристики, а также решить проблемы, связанные с отражением радиоволн от металлических корпусных частей стендов ПМ.




Узнать более подробно про динамические моделирующие стенды >>




Купить или разработать стенд полунатурного моделирования

Вы можете заказать проект или разработку проекта стенда полунаторного моделирования с официальной гарантией у нас - в компании Сервотехника.
Наша компания имеет собственный инженерно-проектный отдел и собственное производство полного цикла, находящееся в подмосковье.

Заказать или разработать стенд полунатурного моделирования

Заказать или разработать стенд полунатурного моделирования >>



















Компания Сервотехника
© 2004-2018 ООО «Сервотехника»
+7 (495) 797-88-66
servotechnica.ru
info@servotechnica.ru
QR-КОД компании Сервотехника
100% Белые поставки продукции.

РАБОТАЕМ 100% ЛЕГАЛЬНО:

- Прямые договоры поставки
- Сертификаты на продукцию
- Все закрывающие документы
- Официальная гарантия