Термобиметаллические преобразователи. Особенности конструкции. Анализ источников статических погрешностей. Математическая модель преобразователя. Иллюстрация примерами.

Биметаллические пластины (рис.2), используемые в качестве чувствительного элемента биметаллического термометра (БТ), состоят из двух примерно одинаковых по толщине пластинок металлов или сплавов с различными температурными коэффициентами линейного расширения. При изменении температуры такой пластины она изгибается в сторону материала с меньшим коэффициентом линейного расширения.

При жестком креплении одного конца пластины перемещение ее другого конца вследствие изгиба передается с помощью системы ры­чагов на указатель и служит мерой изменения температуры.

Для закрепленной с одного конца биметаллической пластины длиной l и толщиной s перемещение А, ее ненагруженного конца при измене­нии температуры пластины от t₁ до t₂ определится выражением

А = ζl²(t₁-t₂)/s , (1)

где ζ — удельный изгиб пластины, зависящий в основном от разности коэффициентов линейного расширения использованных металлов;

Подключение к этому концу пластины какого-либо механизма для перемещения стрелки по шкале БТ приводит к возникновению силы F, противодействующей перемещению и частично подавляющей перемещение на величину А. Такая противодействующая сила определится выражением

, (2)

где  b – ширина пластины; Е – модуль упругости.

Очевидно, что выражения (1) и (2) справедливы только в том интервале температур, в котором оба, используемых металла обладают упругой деформацией. Это обстоятель­ство определяет принципиальные температурные границы применимости БТ. Подбором специальных сплавов удается создать БТ с рабочим диапазоном температур от -100 до 600 °С.

Биметаллические термометры применяются в качестве элементов компенсации температурных погрешностей приборов, а также для измерения температуры в тех случаях, где необходимы надежные не дистанционные приборы.

Биметаллические термометры основаны на принципе прямого преобразования сигналов и для него справедлива структурная схема (рис.3).

y – деформация элемента, l - передаточная характеристика;

j – угол отклонения стрелки.

Передаточная функция равна:      

Для увеличения длины пластины при сохранении малых габаритов чувствительно­го элемента его выполняют в виде спирали. В этом случае изменение температуры от t₁ до t₂ вызывает поворот ненагруженного конца спирали на угол у.

Если чувствительный элемент БТ не предназначен для работы в агрессивных средах, то он не требует защитного кожуха, и в этом случае термометры такого типа обладают сравнительно небольшой термической инерцией.

Наибольшее распространение БТ получили для авто­матического регулирования. В этом случае чувствительный элемент приводит в действие систему управления контактами реле. Основная погрешность БТ составляет 1,0-1,5 %, а в области повышен­ных температур — до 3 % диапазона измерения. Градуировочные характеристики БТ близки к линейным. Однако чувствительные элементы термометров не взаимозаменяемы и приборы требуют индивидуальной градуировки. Она может осуществляться в термостатах путем сравнения с показаниями соответствующего образцового средства измерений.

Термоэлектрические термометры. Принцип действия термопары. Область применения. Основные разновидности термометров, применяемых в авиации. Электрические схемы. Особенности конструкции датчика, указателя, сопряжение с каналом связи. Иллюстрация аддитивной и мультипликативной погрешностей и методы их компенсации.

Термоэлектрические термометры в авиации используются в основном для измерения температуры отдельных частей силовых установок и газовых потоков, выходящих из реактивного сопла двигателя. Принцип действия термоэлектрического термометра основан на использовании термоэлектрического эффекта.

Явление термоэлектричества  заключается в возникновении термоэлектродвижущей силы (термоЭДС) в спае двух проводников из двух разнородных токопроводящих материалов при наличии разности температур места соединения проводников и их свободных концов.

Сплавы: ХК – хромель-капель, ХА – хромель-алюмель, НЖ-СК – никель железо - спец. алюмель, НК-СА – никель кобальт – спец. алюмель.

В обоих спаях возникает одинаковая по величин, но обратная по знаку контактная разность потенциалов, причем суммарная термоЭДС в замкнутой цепи равна нулю. При нагреве одного из спаев до температуры t_ГС электроны на горячем конце приобретут более высокие энергии и скорости, чем на холодном. Возникающие в результате этого потоки электронов и связанные с ними накопления зарядов приводят к тому, что контактная разность потенциалов в нагретом спае, увеличивается, а в холодном остается прежней. В результат возникает термоЭДС, зависящая от разности температур t_ГС – t_ХС. В цепи потечет ток. Направление тока зависит только от материала термоэлектродов. Условились называть положительным тот электрод, по направлению к которому течет ток через горячий спай (положительный - А).

Для большинства термопар контактные ЭДС возникают при любых температурах и являются их линейными функциями, так что можно принять

Таким образом, измеряя термоЭДС, развиваемую термопарой, можно определить температуру горячего спая. В этом и состоит принцип действия термоэлектрических термометров.

Электродвижущую силу, развиваемую термопарой,можно измерить с помощью гальванометра или компенсационным методом (логометром).

 

 

 

 

По своему назначению авиационные термоэлектрические термометры можно разделить на три группы.

К первой группе относятся термометры типа ТВГ, ИТГ и ТСТ, служащие для измерения температуры выходящих газов турбореактивных, турбовинтовых авиационных двигателей и турбостартеров.

Ко второй группе относятся термометры типа ТЦТ, измеряющие температуру головок цилиндров поршневых двигателей и других твердых тел.

В третью группу объединяются измерительные системы типа ИТ, ИА, предназначенные для измерения температуры газов, выходящих из реактивного сопла двигателе и турбин низкого и высокого давления.

Температура чувствительного элемента может быть равна температуре окружающей среды или от нее отличаться, это зависит от формы материала и расположения ч.э. Любой ч.э. искажает инфу, и это происходит за счет передачи тепловой энергии через различные устройства. При измерении температуры выходных газов имеющих большие скорости особое значение приобретает переход тепловой энергии в местах торможения газового потока. В этих местах т-ра термоприемника может значительно отличаться от температуры потока. Это вызвано преобразованием кинетической энергии газового потока в потенциальную, что приводит к увеличению температуры. Степень отклонения т-ры ч.э. определяется рядом параметров.

где Т_Т – температура торможения газового потока

Т – истинная температура; V – скорость газового потока; r – коэффициент торможения; I – механический эквивалент температуры; Cp – теплоемкость измеряемого потока.

В идеальном случае r=0.98, r=1 невозможно при V≥300 м/с

Механическим и электрическим датчикам температуры, соприкасающимся со средой, температура которой измеряется, свойственны следующие методические погрешности.

1.         Погрешность из-за потерь от теплоизлучения и теплопроводности. Эта погрешность обусловлена тем, что температура стенок трубопровода отличается от измеряемой температуры газа или жидкости, текущих по этому трубопроводу. В результате наряду с полезным теплообменом между датчиком и стенками трубопровода вследствие лучеиспускания и теплопроводности.

2.         Погрешность от неполного торможения газового потока. В термометрах, предназначенных для измерения истинной температуры Т встречного потока воздуха, возникает погрешность, причиной которой является повышение температуры датчика из-за перехода в тепло кинетической энергии потока воздуха при его торможении датчиком.

3.         Динамическая погрешность. Эта погрешность обусловлена тем, что тепло передается от среды к чувствительному элементу с некоторым запаздыванием вследствие конечной скорости передачи тепла, зависящей от материала, массы и поверхности термопатрона.

Терморезистивные преобразователи. Принцип действия. Основные разновидности терморезисторов, применяемые в авиации. Математические модели в статике и динамике.Особенности конструкции датчика.

Электрические термометры сопротивления применяются в авиации для измерения температуры масла и воздуха внутри и снаружи кабин, они основаны на изменение сопротивления или проводимости от температуры.

Для металлов обычно принимают, что сопротивление является линейной функцией температуры, т.е.

,

где R и R₀ – сопротивления, соответствующие температурам θ и θ₀; α– тем­пературный коэффициент сопротивления.

Для температур ниже 0°С справедливо соотношение:

.

Уравнение (20) справедливо при малых отклонениях температуры.

На рис.7. приведены функции R/R₂₀ =f(q) для меди, никеля, платины и полу­проводников.

Материалы, предназначенные для теплочувствительного элемента, должны удовлетворять ряду требований: иметь стабильную и хорошо воспроизводимую монотонную зависимость сопротивления от температуры и достаточно высокое значение ТКС, определяемого выражением:

их физические и химические свойства    должны ос­таваться стабильными во времени в рабочем диа­пазоне температур. Не должны быть чувствитель­ными к изменениям других внешних параметров, таких как давление, влажность, напряжённость магнитного поля, загрязнение и др.

Полупроводниковые преобразователи (термисторы)

Для всех полупроводников характерна высокая чувствительность сопротивления к температуре, на порядок и более превышающая чувствительность металлов.

Термисторы широко используются для измерения температур в диапазоне (–100  +300) °С. Исходными материалами для изготовления термисторов служат смеси оксидов никеля, марганца, меди, кобальта, которые смешивают со специальным веществом в нужном соотношении; прессованием им придают необходимую форму, их спекают при температуре, близкой к температуре плавления используемых оксидов.

Зависимость сопротивления термисторов от температуры описывается выражением:

где R₀ – сопротивление термистора при Т=273°, T=273°+θ – абсолютная температура; B – постоянная материала.

1. Теплоёмкость терморезистора (С) – количество тепла, которое может аккумулировать терморезистор при изменении его температуры на 1 °С:

,

где W_T– тепло, выделенное в теле терморезистора; W_α– тепло, рассеянное в окружающую среду. Соднозначно определяется температурой терморезистора и численно равна энергии, которую необходимо сообщить терморезистору, чтобы изменить его температуру на 1°С.

2. Динамический коэффициент рассеяния мощности к_Д:

где ; k_Д - определяется температурой терморезистора Т, температурой окружающей среды θ и зависит от термодинамических свойств последней, площади и природы поверхности терморезистора.

3. Тепловая постоянная времени τ:

4. Электрическая постоянная времени терморезистора τ_e характеризует скорость изменения тока и напряжения в процессе их установления. Электрическая постоянная времени τ_eсвязана с тепловой постоянной времени τ и динамическим множителем D соотношением:

5. Динамический множитель:

 или 

В качестве измерительной схемы используется схема с логометрическим указателем.

Особенности устройства терморезисторного термометра ТНВ-15. Для измерения температуры наружного воздуха используется термометр ТНВ-15 с проволочным термопреопреобразователем П-5. Его теплочувствительный элемент 1 (рис.9) размещается в корпусе, внутренний канал которого расточен по профилю сопла Лаваля 2. Корпус, в свою очередь, крепится к основанию 4 с помощью полого откоса 3. Внутри откоса размещён подгоночный резистор 5 из манганита. Термопреобразователь П-5 устанавливается на борту самолёта так, чтобы продольная ось его корпуса совпадала с направлением набегающего потока воздуха.

Рис.1 Устройства терморезисторного термометра ТНВ-15:

1 – теплочувствительный элемент; 2 – внутренний канал корпуса; 3 – полый откос; 4 – основание; 5 – подгоночный резистор.

Принципиальная электрическая схема термометра ТНВ-15 показана на рис.2. Это четырёхплечий неуравновешенный мост с магнитоэлектрическим логометром. Примененный логометр с подвижными рамками имеет увеличенный размах шкалы термометра, однако ему свойственен ряд недостатков, связанных с малой вибропрочностью и сложностью конструкции подвижной системы. К одной из диагоналей которого подается питание от сети постоянного тока 27 В. Во вторую диагональ включены две рамки логометра.

Сопротивления R_l, R₂, R₄, R₆, R₉, R₁₀ выполнены из манганина, сопротивления R₃, R₅, служащие для температурной компенсации, — из меди.

Равновесие моста обусловлено равенством

R₉R₄=(R₁₁+R₁₀)(R₂+R₃).

В этом случае в рамках логометра протекают равные по вели­чине токи. Взаимодействуя с неравномерным полем постоянного магнита логометра, рамки устанавливают подвижную систему и стрелку указателя против среднего деления шкалы.

Рис.2. Принципиальная электрическая схема термометра ТНВ-15

При любом другом значении температуры сопротивление приемника имеет определенную величину, равновесие моста нарушается, изменяется соотношение токов в рамках, причем каждому отношению токов соответствует единственное положение подвижной системы.

Диапазон измерения температуры ТНВ-15 от -60 °С до +150 °С с показывающим прибором ТНВ-1. Основная погрешность измерения температуры на рабочем участке диапазона измерения приборов не превышает 4 °С. 

 

Канал измерения угловой скорости. Приборы и датчики угловой скорости. Назначение принцип действия измерителей угловой скорости.

Угловая скорость вращения силовой установки один из важнейших параметров характеризующих ее мощность или тягу. Регулирование осуществляется по числу оборотов.

Приборы, предназначенные для измерения частоты вращения, называются тахометрами.

Наибольшее распространение получили следующие методы измерения частоты вращения по принципу действия чувствительного элемента ЧЭ:

- центробежные, в которых ЧЭ реагирует на центробежную силу, развиваемую неуравновешенными массами при вращении вала (инерционные массы по радиусу, кольцевые);

Электрические тахометры

- магнитоиндукционные, основанные на зависимости наводимых в металлическом теле вихревых токов от частоты вращения;

- электрические постоянного, переменного или импульсного тока, основанные на зависимости генерируемого напряжения от частоты вращения;

- фотоэлектрические, основанные на модуляции светового потока вращающимися элементами и др.

- емкостные

- магнитоэлекрические

Рис.1 а – конический тахометр; б – кольцевой тахометр; 1- муфта; 2- пружина

В коническом тахометре на шарнирах, вращающихся вместе с осью, установлены грузы m, которые под действием центробежных сил расходятся, перемещая вдоль оси муфту 1 и сжимая пружину 2. Если обозначить у - перемещение муфты и у₀ - начальную длину пружины (при =0), то зависимость у от угловой скорости  будет

Где S- чувствительность прибора, зависящая от числа грузов, массы груза, радиуса муфты и коэффициента жесткости пружины.

В кольцевом тахометре при не вращающейся оси (=0) плоскость кольца наклонена по отношению к оси на угол (схема 1 б). При вращении оси кольцо стремиться занять положение, перпендикулярное оси вращения, однако этому препятствует пружина 2. Перемещению муфты 1 пропорционально приращению угла отклонения кольца

где S - чувствительность кольцевого тахометра, зависящая от массы и радиуса кольца, и коэффициента жесткости пружины.

Магнитоиндукционные тахометры бывают двух типов: с цилиндрическим ЧЭ (рис.2 а) и с дисковым ЧЭ (рис. 2 б).

Рис. 2 а – тахометр с полым цилиндром; б – тахометр с диском; 1 – магнит; 2 – чувствительный элемент; 3 – термомагнитный шунт; 4 – магнитопровод.

Электрические тахометры постоянного тока (рис. 3) включают тахогенератор постоянного тока и гальванометр.

Рис. 3.  а – тахогенератор ; б – тахометр постоянного тока: 1 – магниты; 2 – обмотка якоря; 3 – коллектор.

Тахогенераторы бывают двух типов: с ограниченным (рис.3 а) и неограниченным (рис.3 б) углом поворота ротора.

Тахогенератор с ограниченным углом поворота выполняется с неподвижной статорной обмоткой, внутри которой помещается постоянный магнит, связанный с валом, скорость вращения которого контролируется. Наводимая в статорной обмотке ЭДС равна

где k – коэффициент, зависящий от геометрических и обмоточных данных; В – магнитная индукция в зазоре, являющаяся функцией угла поворота ротора . Обычно

Тахогенераторы подобного типа применяются в качестве датчиков угловой скорости и скоростной обратной связи в системах управления полетом. Достоинство их – отсутствие коллектора и щеток.

Тахометр постоянного тока состоит из тахогенератора с неограниченным углом поворота ротора и гальванометра. Основными элементами тахогенератора являются постоянные магниты 1 с соответствующими магнитопроводами, обмотка якоря 2 и коллектор со щетками 3. Снимаемое с коллектора напряжение постоянного тока измеряется гальванометром, рамка которого имеет сопротивление R_p. В схему включено добавочное сопротивление R_Д.

В тахометрах переменного тока (рис. 4) тахогенератор состоит из вращающегося постоянного магнита и статорной обмотки. ЭДС тахогенератора равна

Рис. 4.  а – тахогенератор; б – измеритель частоты ; в – измеритель напряжения .

Отсюда следует, что измерение угловой скорости  можно осуществить как путем измерения частоты переменного тока (равной частоте вращения) (рис. 4 б), так и путем измерения величины напряжения   (рис. 4 в).

Индукционные тахометры.

Тахогенератор такого прибора (рис. 5); представляет собой электрическую машину асинхронного типа, состоящую из внешнего 1 и внутреннего 2 магнитонроводов, в зазоре между которыми располагаются статорная обмотка 3 (состоящая из обмотки возбуждения и сигнальной обмотки) и алюминиевыми тонкостенный ротор 4, выполненный в виде цилиндра. Оси обмоток (катушек) возбуждения и сигнальной взаимно перпендикулярны.

Рис. 5.  1,2 - магнитопроводы; 3 – обмотка; 4– ротор;

При вращении ротора его образующие пересекают эл. магнитное поле обмотки Wп и на поверхности образуются токи Фуко. Эти токи создают собственные магнитные поля. И оно пронизывает Wс и в ней генерируется ЭДС. Величина напряжения Wс тем выше чем выше скорость

Недостаток – наличие тока холостого хода, который определяется не симметричностью обмоток, взаимной не перпендикулярностью Wп и Wс, и зависимостью выходного сигнала от температуры. Для их устранения используются магнитные шунты.

При вращении ротора магнитное поле пересекает образующую статора→возникают токи Фуко→создаются магнитные поля→взаимодействие 2-х полей приводит к возникновению магнитного момента→статор поворачивается на определенный угол

Магнитоиндукционные тахометры выполнены в виде 2-х узлов: тахогенератор, дистанционная передача и указатель.

ТГ – 3-х фазный генератор постоянного тока, выполненный в виде ротора из постоянного 2-х или 4-х полюсного магнита. Статическая обмотка выполнена по 3-х фазной схеме соединения звездой.

Указатель выполнен в виде синхронного 3-х фазного двигателя переменного тока, который связан с двигателем переменного тока.

 

Индукционные  тахометры. Получение математической модели. Анализ погрешностей. Особенности конструкции.

Представляет собой систему, состоящую из индуктора и магнитоиндукционного преобразователя. На валу двигателя установлено колесо из ферромагнитного материала с определенным числом зубьев.

Работа заключается в следующем: вал вращается → изменяется сопротивление воздушного зазора → изменяется сопротивление → изменяется магнитный поток → генерируется ЭДС в обмотке индуктора.

Выходной сигнал характеризует переменные составляющие в виде искаженных синусоид.

 

 

Диапазон измерений от 40 мВ до 1,2-1,4 В.

Погрешности индукционного преобразователя данного типа:

Датчики магнитоиндукционных тахометров не имеют методи­ческой погрешности.

Основная инструментальная погрешность указателя тахомет­ра определяется трением в подшипниках и ошибками градуиров­ки шкалы.

Дополнительные погрешности обусловлены, прежде всего, влиянием температуры и вызываются изменением электрического со­противления чувствительного элемента, магнитной проводимости магнитопроводов и упругих свойств противодействующей пружины.

 

Цифровой тахометр, его достоинства и недостатки, сопоставление статических и динамических погрешностей с индукционным. Методы повышения  точности  и быстродействия.

Они строятся на основе тех же датчиков, что и аналоговые, добавляется только цифровая часть. Рассмотрим подробнее цифровую часть.

Цифровая часть представляет собой нормирующий усилитель, генератор тактовых импульсов, АЦП, блок счета и индикации.

Нормирующий усилитель как правило состоит из операционного усилителя и группы резисторов, включенных по определенной схеме.Он служит для усиления и нормирования аналогового сигнала, поступающего на вход цифровой части. Диоды представленные на схеме служат для ограничения сигнала в пределах от 0 до 5 В.

 

 

 

 

Генератор тактовых импульсов (ГТИ) предназначен для синхронизации и получения необходимой частоты

 

К достоинствам можно отнести то, что на выходе получаем цифровой код, а не аналоговый. То есть уже не требуется дополнительных преобразований напряжение - код. Эту информацию непосредственно может использовать и БЦВМ, и летчик.

Недостатки проявляются в дополнительных погрешностях. Помимо погрешностей самого датчика добавляются погрешности цифровой части. Кроме того, летчиком семисегментные индикаторы хуже воспринимаются, чем стрелочные.

 

Системы определения приведенных значений оборотов авиадвигателя. Примеры современной  реализации, сопряжение с каналом связи.

На самолетах и вертолетах объекты контроля - авиадвигатели: и различное оборудование - располагаются на значительном удалении от кабины, поэтому возникает необходимость в дистанционном измерении важнейших параметров, по которым можно определить состояние и режимы работы систем самолета и двигателя. Например, чтобы постоянно контролировать частоту вращения вала авиадвигателя, необходимо датчик частоты вращения установить в местах измерения указанных параметров.  При передачи информации носителем ее обычно является не непосредственно измеряемый параметр, а электрический сигнал (напряжение или ток), который после соответствующего преобразования используется для управляющего воздействия на подвижную систему или другое исполнительное устройства индикатора.

Как уже отмечалось, каждый электрический прибор состоит из преобразователя физической величины в электрический сигнал (датчика), линий передачи и указателя.

По мере прохождения по каналам связи может изменяться в преобразователях как природа, так и вид сигнала. Соответственно различают физические преобразователи и преобразователи вида сигналов.

К преобразователям вида сигнала относят преобразователи «напряжение - код», «импульсы - код», «код - напряжение» и др.

Линии связи выполняются из проводов БПВЛ, БПВЛЭ, БПТЭ. Для уменьшения помех производят экранирование проводов и заземление экрана, разнос проводов питания и линий связи, устанавливают искрогасящие устройства.

В качестве указателей в большинстве электрических приборов использовались магнитоэлектрические гальванометры и логометры.

Современные средства отражения информации реализуются на электронных индикаторах различного типа, в частности  на ЖКИ.

В настоящее время в авиации применяются частотно – импульсные тахометры, в которых используется зависимость частоты следования электрических импульсов напряжения от частоты вращения вала авиадвигателя.

Принцип действия частотно-импульсных тахометров основан на измерении частоты переменной ЭДС, пропорциональной частоте вращения вала п:

f=кn

В качестве датчиков в таких системах могут использоваться датчики частоты вращения ДЧВ-2500 или ДТА-10Е.

Принцип действия датчика ДЧВ-2500 заключается в индуцировании электрических импульсов напряжения в обмотке датчика за счет изменения сопротивления магнитной цепи при вращении, индуктора под торцом датчика

Датчик частоты вращения ДЧВ-2500 предназначен для выдачи электрических импульсов напряжения, частота следования которых пропорциональна угловой скорости вращения вала авиадвигателя. Датчик работает совместно с индуктором, который является неотъемлемой частью двигателя и в состав датчика не входит.

 

Структурная схема электронной системы управления двигателем (ЭСУД). Особенности реализации.

Информация с датчиков(2) через шину связи подается на БЦВМ и после соответствующей обработки поступает в исполнительный механизм(3).

Для поддержания нормального полета, регулированию подвергаются:

- поддерживание заданного числа оборотов;

- поддерживание заданной температуры и регулирование основного и форсажного топлива;

- площадь поперечного сечения воздухозаборника;

- площадь выходного сопла и его положение(вектора тяги)

Центром управления является бортовая вычислительная машина(БЦВМ)

Для унификации выходного сигнала затрачивается большая часть  потенциала вычислительной техники.

Исполнительный механизм – воздействует на рабочие органы.

В состав БЦВМ входит подсистема сбора информации.

Вычислительная часть включает:

- запоминающее устройство (ПЗУ и ОЗУ), где хранятся необходимые константы, формулы и т.д. ОЗУ, в которой получают первичную информацию или результат обработки и выдают в БЦВМ.

Поступающая информация идет в вычислительную часть и распределяется операционной системой по определенному механизму. Операционная часть системы осуществляет выдачу инфы в соответствующих кодах, а так же системе управления.

Электронные схемы цифрового тракта резервируются. Резервирование осуществляется цифровым, аналоговым каналами, пневматическими, гидравлическими и электромеханическими устройствами.

В основу построения интегрирующих систем управления, рассмотренные как интегрирующие комплексы, рассматриваются как централизация и децентрализация.

Объединение привело к возникновению интегральных цифровых систем объединяющих в себе датчики, индикации и систему управления.

Каждый вычислитель может иметь индивидуальное управление как от экипажа, так и от центрального процессора, связь осуществляется через устройства сопряжения или систему шин.

Информационный тракт в данной системе полностью интегрирован, математическое обеспечение полностью раздельное, централизованную систему сложно модифицировать, расшир. и адаптируется.

 

СИСТЕМА С РАСПРЕДЕЛЕННОЙ СТРУКТУРОЙ.

В данной системе, каждая функция системы имеет свой процессор, датчики, свои каналы выдачи информации на устройства отображения или исполнительные органы. Процессоры связаны между собой.

Система имеет высокую живучесть. Отказ какого-либо процессора не приводит к отказу системы.

Процедура вычисления осуществляется под управлением единой диспетчерской системы. Возможна иерархия по отдельным подгруппам цифровой системы.

Распределение ресурсов осуществляется диспетчеризацией.

Иерархическая структура позволяет быстро осуществить модернизацию или замену входных элементов.

Важным свойством является наращивание системы. В системе с распределенной структурой, большая часть служебной информации приводит к снижению эффективности канала связи.

Если говорить о различных уровнях иерархии, то они могут быть представлены в следующей форме:

Структурная схема цифровой системы интегрированного управления

1 – датчики первичной информации и входящие преобразователи

1 - первичный преобразователь информации

2 - комплекс исполнительных механизмов

3 - устройства входящие в бортовой вычислительный комплекс(БЦВМ), в который входят 6,5,4,3,2.

4 - система резервирования: 9-элемент резервирования

5 - включает 2,3,4,5 – элементы, заключает в себе сам процессор и запоминающее устройство

2 – устройство решающее задачи 1-го уровня

3 – устройство решающее задачи 2-го уровня

4 – устройство решающее задачи 3-го уровня

5 – диспетчер

6 – выходные преобразователи или устройства связи с исполнительными механизмами

7 – устройство отображения информации

8 – устройство регистрации информации

Все задачи подразделяются на несколько уровней. Уровень определяет приоритетность задачи.

К 1-му уровню можно отнести уровень решения задач, связанных с получением информации от датчиков. На этом уровне преобразуется информация в цифровые коды, осуществляется масштабирование, контроль, сжатие и др. преобр.

2-й уровень является уровнем функциональной обработки. На нем осуществляется реализация алгоритмов управления, функционирования системы.

3-й уровень — высший уровень, который реализуется элементом 4. На нем осуществляется управление всем вычислительным процессом, его последовательность, осуществляется перестройка системы и т.д.

Управление решением задач на различных уровнях, решается посредством диспетчера.

ИВК могут работать в синхронном и асинхронном режиме. Синхронный режим – жестко запрограммированный на определенную обработку, выдачу информации, а в асинхронном заложены принципы приоритетности.

 

 

Канал измерения вибрации авиадвигателя. Индукционные и пьезодатчики вибрации, их математические модели. Структурная  схема аппаратуры контроля вибрации.

При работе силовых установок, возникают упругие колебания измен. напряжен деформир состояния элементов конструкции. Превышение колебаний, значительно ухудшают условия работы оборудования. Ухудшаются характеристики аппаратуры, могут привести к разрушению отдельных элементов.

Основным источником вибрации - силовая установка, а также отдельные вспомогательные установки и системы.

Виброколебания возникают под действием знакопеременных нагрузок и носят разнообразный характер, форму, характеризуется разнообразным спектром.

Два типа колебаний:

- траекторные, присущие к колеб. л/а

- упругие, определяются только вызванные работой силовой установки.

Вибродиагностика – одно из направлений техники диагностирования силовых установок. Широкая информация содержания вибросигналов, позволяет осуществлять диагностирование самых различных систем и элементов двигателя.

Вибрация ГТД обусловлена различными факторами:

- процесс сгорания

- с аэродинамическими процессами (протекание несгораемого топлива)

- прохождение воздуха по воздухозаборникам. Происходит явление помпажа, когда двигатель не справляется с объемом воздуха поступающего в двигатель через компрессор.

Основная причина вибрации – дисбаланс вращения, обрыв лопаток, разрушение подшипника.

Наиболее полными факторами являются:

1)        скорость

2)        перегрузки

3)        перемещение отдельных элементов

4)        частота

Вибродиагностика эффективна для обнаружения дефектов: стружки в масле, контроль различных систем.

Существуют приборы для интроскопии.

Вибрадиагностика определяет до 30% дефектов от суммарной диагностики.

Варианты: бортовая и наземная.

Бортовая – определяется предельным значением вибрации двигателя в полете.

Частотный диапозон от 30 Гц на турбо-вентиляторном двигателе до 300 Гц на двухконтурном реактивном двигателе.

Выделение основных спектральных гармоник характеризующих работу каждого двигателя. Осуществляется  с помощью полосовых фильтров.

Бортовая аппаратура предназначена для непрерывного контроля параметров вибрации, сигналов уровня вибрации превышающих допустимые значения, регистрация сигналов вибрации.

Бортовая виброизмерительная аппаратура сигнализирует об уровне вибрации достигающей допустимого предела.

Система регулирующая параметры должна измерять среднее и действующее значение вибрации, но тарируется в амплитудных значениях для получения соответствующих обобщенных параметров.

Структураня схема

Д – двигатель

V(t) – уровень вибрации(сигнал)

|U_ф(t)| – положительная полуволна напряжения

 

На двигатель подается какая-либо вибрация

V(t) – уровень вибрации

Индикатор установленный на аппаратуре выводит информацию о средних значениях, а СИ показывает действующее значение уровня вибрации.

Функционально Эл блок содержит: нормирующие усилители, фильтры соответствующего диапазона, усилитель предъоконечного каскада, выпрямитель, систему сигнализации (сравнивает заданное значение со значением после обработки).

Эл блок имеет встроенный контроль выполненный в виде мультивибратора, который генерирует сигналы в диапазоне частот полосового фильтра и который подается на вход электронного блока.

Информация записывается в блоки САК и регистрации САКР.

Система регистрации используется в наземных условиях для диагностики двигателя а так же прогнозирования возможных неполадок.

Для измерения вибрации используются вибропреобразователи. Широкое применение нашли индукционные, а также пьезоэлектрические преобразователи.

Магнитоиндукционные преобразователи.

Измерительные преобразователи размещаются в зоне опор подшипника по одному преобразователю.

Достоинства измерительных преобразователей:

- достаточная чувствительность;

- выходной сигнал пропорционален скорости U=f(V);

- возможность работы при достаточно высоких температурах.

Недостатки:

- зависимость выходных параметров от температуры (изменяется сопротивление и магнитная проницаемость)

Пьезоэлектрические акселерометры.

Принцип основан на измерении ускорения воздействующего на пьезопреобразователь.Достоинства:

- простота;

- высокая надежность;

- малые габариты и масса;

- работа при т-ре до 250°С

Недостатки:

- зависимость градуировочной характеристики от темперотуры;

- датчик динамический (не возможность работы в статических условиях).

 

Назначение и функции пилотажно-навигационных комплексов, их разновидности. Типовая структурная схема.

Под пилотажно-навигационным комплексом (ПНК) понимается совокупность датчиков информации, систем обработки и отображения информации, а также систем управления, предназначенных для пилотирования летательного аппарата.

ПНК можно разделить:

-     автоматизированные, с низким автоматизированием;

-     автоматические.

ПНК функционирует только во взаимодействии с пилотом.

Не автоматизированный ПНК имеет следующую структуру:

 РИС. ПНК1

 

В состав входят 

1 – датчики информации (давления, температуры и т.п.);

2 – индивидуальные преобразователи (вычислители);

3 – устройства индикации и сигнализации;

4 – пилот (экипаж) л.а. Воспринимает информацию от УИВЗ (устройство индикации визуальной и звуковой), принимает решения путём воздействия на

5 – рычаги управления, приводит в соответствующее состояние л.а.

При наличии автопилота 7 и пульта его управления 6 пилот может на него воздействовать.

9 – самолёт и его силовая установка.

Пилот может воздействовать на пульты управления индикацией и преобразования 8.

При данных ПНК на долю экипажа приходится значительная физическая и психологическая нагрузки. Применение автоматизированных ПНК позволяет значительно разгрузить пилота от некоторых действий, позволяет осуществить определенную фильтрацию входной информации, защиту от помех путем использования математических моделей контролируемого процесса, а также анализа датчиков, контролирующих процессы, значительно сократить помехи, уменьшить динамические погрешности, повысить точность пилотирования.

Значительный рост информации на современных летательных аппаратах обусловило невозможность пилотирования без автоматизированных систем управления.

Автоматизация ПНК позволяет осуществить достаточно глубокий контроль датчиков и подсистем как в наземных условиях, так и в режиме полета.

ПНК обладает большой функциональной избыточностью, что обеспечивает надежность путем резервирования.

Структура автоматизированного ПНК может быть представлена в следующей форме (см. рис. ПНК2):

1 – датчики информации (давления, температуры и др.);

2 – вычислительные устройства (подсистемы);

3 – центральный БЦВМ;

4 – устройство индикации информации;

5 – пилот (экипаж);

6 – САУ и САР;

7 – рычаги и органы управления;

8 – пульт управления САУ и САР;

9 – л.а. с силовой установкой.

В данных системах находят широкое применение вычислители аналогового типа. БЦВМ в основном осуществляет обработку навигационной информации. Обработка информации осуществляется комплексно. Современное состояние вычислительной техники достаточно надёжно.

 

 

Датчики 1 передают информацию в локальные системы обработки 2, далее передаётся в БЦВМ 3. Экипаж 5, воспринимая с устройств индикации и информации 4, осуществляет при необходимости вмешательство в систему управления через ручки управления 6 или через пульт управления 7 с изменением заданной программы полёта.

БЦВМ 2 осуществляет поточное поступление информации, контроль, формирует в отдельных случаях сигналы управления датчиками. БЦВМ 2 может быть несколько, они реализуют оптимальные алгоритмы управления л.а. В современных ПНК эти алгоритмы охватывают все режимы полета л.а. (от взлета до посадки). Выбор последовательности алгоритмов находится в распоряжении экипажа (бомбометание, преследование). В данной схеме управления экипаж – высший уровень управления.

САУ для данной схемы предусматривает систему устойчивости и управляемости 8 с высокой степенью надёжности и быстродействия, улучшает характеристики управляемости л.а. Обязательным элементом является противофлаттерная система управления (входит в 9). Кроме того, в систему введена система управления тягой двигателя 10.

Быстродействие данных систем управления должно быть достаточно высоким, поэтому пропускная система компонентов, входящих в САУ, и датчиков тоже должна быть быстродействующей.

Математические модели, которые решают законы управления, достаточно сложны, многомерны, взаимосвязаны. Поэтому к ним применяются достаточно высокие требования.

 

ПНК должен осуществлять следующие функции:

-     стабилизация и индикация углового положения л.а.;

-     стабилизация скорости, числа М, вертикальной скорости;

-     система контроля топлива;

-     система контроля и сигнализации предельных положений л.а.;

-     подсказка пилоту о предельных положениях л.а.;

-     коррекция счисленных координат местоположения л.а. по РСБН и РСДН;

-     выход на регистрацию;

-       передача информации по запросу наземных командных пунктов воздушных движений (КПУВД), так и с другими л.а.;

Барометрический канал измерения высоты полета ЛА. Математическая модель атмосферы. Основные источники методических погрешностей при измерении барометрической высоты.

Приборы, предназначенные для измерения высоты полета самолета над земной поверхностью, называются высотомерами.

При этом различают несколько высот.

H_абс – абсолютная высота– высота относительно уровня моря;

H_отн – относительная высота– высота полета относительно места взлета или посадки;

H_ист – истинная высота– высота над пролетаемой местностью.

Знание абсолютной высоты необходимо для:

1) организации коридоров полета;

2) оценки режимов полета самолета и двигателя, как при эксплуатации, так и при испытаниях.

Относительная высота должна быть известна при взлете и посадке, а истинная высота – во всех случаях полета.

Для измерения оценки высоты используется барометрический, радиотехнический и инерционный методы.

В настоящее время наиболее широко находит применение (как резервный) барометрический метод измерения высоты, который основан на функциональной зависимости 3-х параметров от высоты:

и позволяет определить с достаточной точностью высоты ЛА.

Они зависят от многих параметров: времени суток и года, географического положения, погоды, солнечного излучения.

 

γ изменяется от 0 до 1.

Данные зависимости устанавливают от состояния газа.

R – газовая постоянная;

Т – температура.

Установлено, что изменение температуры в атмосфере в диапазоне высот от 0 до 11 км можно выразить линейной зависимостью, которая определяется следующим образом

Т₀ – температура стандартных атмосферных условий.

τ – температурный градиент ( град/км).

При решении уравнения относительно Н при условии постоянства плотности и начального давления на поверхности земли можно получить зависимость давления от высоты.

 – формула стандартной барометрической зависимости.

При решении уравнения относительно Н поучим гипсометрическую зависимость от давления:

Существует ряд выведенных с определенным допущением формул давления от высоты с учетом зависимости температуры от высоты

Для диапазона высот от 11 до 25 км температуру окружающей среды можно вычислить условно по следующей формуле:

А давление на высоте свыше 11 км определится следующим выражением:

Решая данное выражение относительно Н получаем требуемую взаимосвязь между высотой и соответствующим давлением.

Измерение высоты полета сводится к измерению барометрического давления на соответствующей высоте полета.

Преобразование сигнала в высотомере преобразуется по следующей структурной схеме.

Давление – есть функция высоты и соответственно статическая характеристика определится зависимостью давления от высоты.

Основные источники погрешности:

1) Методические – обусловлены косвенным измерением: рельеф местности, изменение давления у поверхности земли, средний температурный столб воздуха, вариация давления по высоте.

Методические погрешности устраняют по географическим картам, а также сверкой с другими измерительными устройствами. Погрешность разности высот взлета и посадки устраняется кремальерой, введя отклонение высот по информации диспетчера.

Для оценки методической погрешности, обусловленной случайным изменением на высоте полета используется запрос предполагаемого давления в месте положения ЛА.

2) Инструментальная погрешность – неточность изготовления.

3) Температурная погрешность – устраняется путем введения температурного компенсатора.

4) Погрешность дисбаланса устраняется с помощью балансов.

Изменение влияния температуры окружающей среды, в отличие от стандартной реализуется получением информации от диспетчера, либо с теплоприемников.

 

 

Аэрометрический канал измерения скорости ЛА. Математическая модель измерителей приборной, воздушной скорости и числа Маха.

Скорость измеряется относительно воздуха и земли.

Истинная воздушная скорость – V – скорость ЛА относительно воздушной среды.

Путевая скорость – W– скорость ЛА относительно земли.

Приборная (индикаторная) скорость – V_п или V_и – скорость полета, в предположении, что скоростной напор постоянен с изменением высоты.

Вертикальная скорость перемещения – Н – измеряется вариометром.

Число Маха –  – отношение истинной скорости полета к скорости звука.

Путевая скорость определяется как геометрическая сумма составляющих

 – горизонтальная составляющая воздушной скорости.

 – скорость ветра.

Направление вектора истинной скорости относительно осей ЛА определяется с помощью углов атаки и скольжения.

Приборы для указания соответствующих скоростей:

1)  Указатель истинной и приборной воздушной скорости (КУС);

2)  Указатель числа М;

3)  Вариометр.

Для измерения воздушной скорости применяют аэрометрические, барометрические, ультраакустические, термоэлектрические, турбинные, тепловые и другие измерительные преобразователи.

Аэрометрический способ измерения скорости.

Широко применяют следующие методы:

1)  аэрометрический;

2)  манометрический;

3)  анемометрический;

4)  тепловой;

5)  ультраакустический (Доплеровский).

Аэрометрический способ основан на измерении скоростного динамического и статического напора.

Манометрический метод основан на измерении давления (P).

Анемометрический – скорость измеряется с помощью крутящейся турбинки (V = f(ω)) – метод используется для измерения малых скоростей.

Тепловой (термоанемометрический) метод – измерение параметра терморезистора – используется для экспериментальных испытаний.

V – скорость;

k – коэффициент теплопроводности;

ρ – плотностьвоздуха;

С_V – теплоемкость воздуха;

Т_н – температура нити термоанемометра;

Т – температура воздуха;

d – диаметр нити;

R – сопротивление нити;

J – ток через нить.

Доплеровский метод основан на измерении разности фаз сигнала излученного антенной и принятие сигнала, отраженного от земли, соответствующей антенной.

Измерение вертикальной скорости

Измерение вертикальной скорости осуществляется вариометрами. Принцип их работы основан на установлении связи вертикальной скорости ЛА с запаздыванием давления при измерении высоты.

Вариометр – анероидно-мембранный прибор выполненный по следующей схеме:

В герметичный корпус подается Р_ст. Р_ст подается также во внутреннюю полость мембранной коробки через трубопровод, имеющий достаточно большой диаметр сечения d и длину l. При Н = const система находится в статическом состоянии, т.е. давление внутри полости равно давлению в мембранной коробке.

Изменение высоты приводит к изменению давлению мембранной коробки относительно давления внутри корпуса. Это связано с гидравлическим сопротивлением капиллярной трубки относительно давления мембранной коробки.

 – внутренне давление в мембранной коробке;

 – внутренне давление в корпусе.

Вариометр градуируют в м/с от 0 до 300 (ВАР-300).

Показатели вариометра компилируют с показателями g.

Величина отклонения стрелки вариометра характеризуется чувствительностью. Чувствительность определяется конструктивными особенностями, а также параметрами среды.

 – коэффициент вязкости воздуха;

 – длина капилляра трубки;

 – диаметр капилляра трубки;

 – объем внутренней поверхности вариометра;

 – газовая постоянная;

 – температура САХ.

Вариометры имеют высокую чувствительность к температуре воздуха внутри прибора.

Для устранения данной погрешности корпуса вариометра имеют малую теплопроводность. В качестве материала используют карболит, полиамидные смолы.

Кроме температурных погрешностей вариометр имеет динамические погрешности – диметр капиллярной трубки.

Постоянная времени – несколько секунд и повышается с увеличением высоты.

Аэрометрический метод измерения скорости

Принцип действия основан на применении закона Бернулли.

, ,  – давление, весовая плотность и скорость набегающего потока.

, ,  – давление, весовая плотность и скорость заторможенного потока.

В случае полного затормаживания потока , тогда

При скоростях воздушных потоков менее 400 км/ч считается, что весовая плотность заторможенного и набегающего потока равны. Следовательно

 – весовая плотность воздуха;

 – заторможенное (полное) давление;

 – статическое давление.

 – градуировочная характеристика показателя скорости.

При скоростях воздушных потоков более 400 км/ч происходит адиабатическое сжатие воздуха, а, следовательно, и изменение плотности.

Для разных скоростей (до сверхзвуковых) зависимость скорости от перепада давления определяется следующей формулой:

 – показатель адиабаты;

 – газовая постоянная;

 и  – статическое давление и температура на высоте полета.

Данная формула определяет истинное значение воздушной скорости на дозвуковых скоростях.

При скоростях V>400 км/ч:

Из формулы видно, что измерение числа Маха зависит от , но не зависит от .

При увеличении скорости часть скоростного напора тратится на образование ударных волн, а также повышения температуры ЛА и разность давлений , на скачки и уплотнения.

Комбинированный указатель скорости (КУС).

Представляет собой герметичный корпус, в котором находится мембранная коробка, в которую подается P_полн с ПВД. Во внутреннюю полость прибора подается P_статич. Изменение давления приводит в действие систему рычагов и передаточных механизмов, которые передают сигнал на указатель.

Приборная скорость необходима для того, чтобы пилот реализовал подъемную силу.

Для ее измерения вводится анероидная коробка и плотность.

При расширении или сужении анероидной коробки происходит изменение углового положения стрелки, показывающей приборную скорость.

Указатель числа Маха

– конструктивно выполнен как указатель истинной скорости, но отсутствуют элементы, учитывающие Т с изменением высоты.

Погрешности указателей скорости имеют как методический, так и инструментальный характер.

1) Показатели истинной и приборной скорости – только на уровне моря.

2) Методическая погрешность зависит от Т₁, определяемая стандартным атмосферным давлением – устраняется компенсаторами 1-го и 2-го рода.

Погрешности дисбаланса устраняются с помощью противовесов.

ПВД

Для получения информации давления из окружающей среды о P_{динамич} и P_статич используют ПВД.

ПВД – специальное устройство, в виде цилиндрического воздухозаборника, которое имеет два приемника давления.

На дозвуковых самолетах ПВД устанавливают на плоскость крыла или фюзеляж. Для сверхзвуковых самолетов ПВД выносят на штанге.

 

 

Радиотехнический метод измерения высоты полета. Функциональные схемы радиовысотомеров больших и малых высот. Особенности эксплуатации, погрешности. Технические характеристики и область применения современных радиовысотомеров и перспективы развития.

Радиовысотомеры (РВ) предназначены для измерения истинной высоты полета летательного аппарата. Они относятся к классу автономных радионавигационных установок, так как не требуют для образования канала измерения дополнительного наземного оборудования.

Для радиовысотомеров выделены определенные диапазоны частот вблизи 4300, 1600-1900 и 440 МГц. В радиовысотомерах применяется радиолокационный принцип определения расстояния (высоты) по отраженному сигналу. Передатчик радиовысотомера  формирует колебания, которые с помощью передающей антенны А-1 направляются в сторону земной поверхности. Отраженный сигнал поступает на приемную антенну А-2 и приемник. Измеритель высоты ИВ вырабатывает напряжение, пропорциональное времени прохождения сигнала до земной поверхности и обратно, т.е. пропорциональное истинной высоте.

Для измерения высоты используются частотный и временной (импульсный) методы. Соответствующие РВ называют  частотными и импульсными. В зависимости от максимальной измеряемой высоты различают РВ малых и больших высот.

Радиовысотомеры малых высот (до 1500 м) применяют главным образом для управления ЛА в вертикальной плоскости  в системах захода на посадку и автоматической посадки. Используются, в основном, РВ с изучением непрерывных частотно-модулированных колебаний.

Упрощенное объяснение этого метода состоит в следующем, генератор УВЧ через передающую антенну излучает по направлению к земле высокочастотные колебания, модулированные по частоте специальным частотным модулятором. Кроме того, колебания генератора подаются непосредственно к балансному декодеру (так называемый прямой сигнал).

Отраженные от земли частотно-модулированные высокочастотные колебания принимаются приемной антенной радиовысотомера и поступают на вход балансного декодера с запаздыванием по отношению к прямому сигналу на время

t= 2H/C

где Н – высота полета, С – скорость света.

В результате смещения прямого и отраженного сигналов на входе балансного детектора образуется результирующий сигнал, представляющий собой высокочастотные колебания, модулированные не только по частоте, но и по амплитуде.

Функциональная схема радиовысотомера РВ-5М (упрощенная)

 

Большинство РВ малых высот дают информацию не только о текущей высоте полета, но и о достижении самолетом установленной заданной высоты полета (или опасной высоты), а также о своей работоспособности. Эта информация обычно в виде постоянных напряжений поступает на индикаторы РВ и в вычислитель системы управления ЛА.

 

Основные тактико-технические данные радиовысотомера малых высот РВ-5М

 

1. Диапазон измеряемых высот:

1 диапазон - 0-120 м.

2 диапазон - 100 - 1200 м.

 2.Погрешность измерения высоты:

       1 диапазон - +/-2 м +/-5% от измеряемой высоты.

       2диапазон - +/-20 м +/-5% от измеряемой высоты.

3. Несущая частота передатчика - 444+/-2 МГц.

4. Полоса качания частоты:

     1 диапазон - 37 +/-4 МГц.

     2 диапазон - 4 МГц.

5.Частота модуляции – 124±3 Гц.

6. Излучаемая мощность - не менее 0,15 Вт.

7. Общая чувствительность:

1 диапазон - не менее 80 ДБ. 2диапазон - не менее 70 ДБ.

8.    Первичный источник питания - бортсеть постоянного тока напряжением 26,5±10% в.

9. Потребляемая мощность - не более 70 Вт.

10. Вес без кабелей - 14 кг

 

Радиовысотомеры больших высот (до 30 км) применяют как вспомогательное навигационное средство при аэрофотосъемке местности и для других целей. Данные РВ используют излучение импульсных колебаний.

Передатчик генерирует высокочастотные импульсы длительностью. Т=0,5 мксек. Частота следования их задается синхронизатором. Зондирующие импульсы излучаются передающей антенной, достигают земной поверхности и, отражаясь от нее, принимаются приемной антенной. С выхода приемника усиленные и преобразованные сигналы поступают на индикатор. Индикатор высоты, в качестве которого используется электроннолучевая трубка, имеет кольцевую линию развертки, образованную в результате подачи на отклоняющие пластины синусоидальных напряжений, сдвинутых по фазе на 90 градусов. Длительность развертки равна периоду следования зондирующих импульсов. Шкала радиовысотомера рассчитана на измерение до 15000 м. Соответствующая этому масштабу длительность развертки

Т1=2 (Нмах /С)=100,079 мксек

Здесь С=299762 км/сек - скорость распространения радиоволн в атмосфере. Определяемая периодом синусоидальных колебаний частота следования зондирующих импульсов оказывается при этом равной F_И=1/T1=9,992 КГЦ.

С целью более точного определения высоты в радиовысотомере применяют второй масштаб с пределами измерения от 0 до 1500 м. при этом масштабе длительность развертки Т2-2Нмакс/С = 10,0079 мксек, а частота следования зондирующих импульсов F_И=1/Т2 =99,921 кгц.

Расстояние между передними фронтами зондирующего и отраженного импульсов по дуге окружности развертки в масштабе шкалы высот пропорционально измеряемой высоте полета. Для отсчета высоты применяется масштабная шкала в метрах, нанесенная на прозрачном органическом стекле и наложенная на экран электронно-лучевой трубки.

Функциональная схема радиовысотомера РВ-25

Основные тактико-технические данные радиовысотомера больших высот.

1.Диапазон измеряемых высот от 100 до 17000 м.

2. Погрешность измерения высоты:

      -на масштабе Mx l составляет 15 м±0,25% измеряемой высоты,

      -на масштабе Mx10 составляет 150м±0,25% измеряемой высоты.

3. Шкала индикатора отградуирована в метрах и содержит:

   -на масштабе Mxl - 1000м.

   -на масштабе Мх10 - 10000м.

4. Средняя мощность передатчика на масштабе Mxl - не более 0,2 вт       (Ри>=2,67).

5. Несущая частота передатчика 440+/-1 МГц.

6. Частота повторения импульсов:

    -на масштабе Mxl - 149895+/-25 Гц.

     -на масштабе Мх10 - 14989+/-20 Гц.

7. Длительность зондирующего импульса - 0,5 мксек.

8. Ширина полосы пропускания приемника - не менее 5 кГц.

9. Промежуточная частота - 30 МГц.

10. Чувствительность приемника - не хуже 30 мкВ (при соотношении сигнала к шуму, равном 4).

11. Общая чувствительность радиовысотомера по тестеру Т-1 - не менее 106 ДБ.

12. Потребляемая от сети 115 в, 400 Гц мощность - не более 140 Вт.

13. Вес полного комплекта - около 30 кг.

Погрешности радиовысотомеров больших и малых высот.

Первую группу образуют методические, связанные со случайным характером принятого сигнала, изменением рассеивающих свойств земной поверхности в процессе полета влиянием крена и тангажа ЛА, флуктуациями сигнала из-за процесса рассеяния ЭМ волн, шумами внешнего и внутреннего происхождения.

Вторая группа связана с динамическими ошибками. В радиовысотомерах они возникают из-за маневров ЛА: измерение высоты сильнопересеченного рельефа, использования РВ в системах управления самолета и других случаях.

Третью группу составляют инструментальные (аппаратурные) погрешности, связанные с прохождением сигналов через антенно-фидерные, приемно-передающие и измерительные тракты РВ, а также ошибки из-за схемных конструктивных и технологических решений конкретных блоков РВ.

 

 

Приборы и датчики магнитного курса. Магнитное поле Земли. Понятие магнитного склонения. Простейший магнитный компас. Погрешности, девиационный прибор. Математическая модель.

На современных ЛА устанавливают централизованные системы, которые объединяют гироскопические, магнитные и радиотехнические приборы.

Приборы, предназначенные для измерения курса – компасы.

Курс самолета

Курс самолета – угол в горизонтальной плоскости, заключенный между направлением, принятым за начало отсчета и направлением оси ЛА.

За направление принимают меридиан.

Относительно меридиана различают истинный, магнитный, компасный и условный курс.

N_Y – условный меридиан;

N – истинный меридиан;

N_М – магнитный меридиан;

N_К – компасный меридиан;

 

Истинный курс – угол, заключенный между северным направлением меридиана и продольной осью самолета. (Отчет по часовой стрелке).

Магнитный курс – угол, заключенный между северным направлением магнитного меридиана и продольной осью самолета.

Компасный курс – угол, заключенный между северным направлением компасного меридиана и продольной осью самолета.

Условный курс – угол, заключенный между условным меридианом и продольной осью самолета.

Истинный, магнитный и компасный курс связаны между собой определенным отношением.

 – магнитное склонение.

 – девиация магнитного компаса.

Δ – вариация – угол, заключенный между северным направлением истинного и компасного меридиана.

 – магнитное склонение – это угол между северным направлением истинного и магнитного меридиана ( – если по часовой стрелке (к востоку),  – если к западу).

Азимутальная поправка – угол между условным и истинным меридианом.

 – девиация магнитного компаса – угол между северным направлением магнитного меридиана и компасным направлением меридиана.

Некоторые понятия по земному магнетизму.

Принцип работы магнитного компаса (МК) основан на взаимном внешнем магнитном взаимодействии внешнего магнитного поля и пола, создаваемым постоянным магнитом.

Магнитное поле является однородным, если его напряженность постоянна во всех точках пространства.

При нахождении постоянного магнита в однородном магнитном поле на каждую элементарную часть магнита действует сила пропорциональная его массе и напряженности магнитного поля. Направление силы совпадает с направлением внешнего магнитного поля. У постоянного магнита имеется северный и южный полюс. При отклонении оси магнита от внешнего магнитного поля создается пара сил, которая стремится повернуть его по направлению напряженности.

Полюса магнита – точки приложения 2-х сил.

Прямая, соединяющая полюса – ось магнита.

Магнитный момент, создаваемый полем постоянного магнита определяется величиной внешнего магнитного поля и массой.

Н – напряженность;

 – момент, приложенный к полюсам.

 – угол, между направлением внутреннего и внешнего магнитного поля.

При  

Современные магнитные компасы представляют собой постоянные магниты, которые воздействуют с внешним магнитным полем, присущим Земле.

Понятие о Земном магнетизме –

магнитное поле, имеющие условные магнитные полюса. Северным магнитным полюсом называют полюс, который взаимодействует с севером постоянного магнита. Северный магнитный полюс не совпадает с географическим магнитным полюсом. Северный магнитный полюс находится в районе Гудзонова залива.

Направление напряженности магнитного поля земли почти везде по земной поверхности наклонено к горизонтальной плоскости, кроме экватора.

θ – угол наклонения между горизонтальной составляющей и суммарной составляющей.

Вектор напряженности магнитного поля земли имеет несколько составляющих.

 – основное дипольное магнитное поле Земли – содержит значительную часть напряженности;

 – компонент магнитного поля, обусловленный неоднородностью магнитного поля материков;

 – компонент магнитного поля от различных аномалий;

 – компонент вариации и девиации магнитного поля – создается внешней составляющей магнитного поля земли;

Модуль горизонтальной составляющей зависит от географической составляющей и места положения земной поверхности.

Пространственное распределение аномальных магнитных полей определяется свойствами магнитных пород.

Простейший магнитный компас. Погрешности, девиационный прибор. Математическая модель.

Для определения магнитного поля земли используются приборы – компасы.

При измерении курса ЛА магнитным компасом его показания отличаются от направления истинного значения в силу различных влияющих факторов.

1 – корпус – выполнен в виде котелка. Внутри корпуса находится катушка 2 в виде герметичного плавающего поплавка, на котором имеется лимб 3, который оцифрован в градусах. Внутренняя поверхность заполнена демпфирующей жидкостью – лигроином. В картушке находятся два постоянных магнита 4. Картушка имеет конический подпятник, который размещен на конической оси картушки 5. Корпус компаса жестко соединен с корпусом ЛА. Картушка плавает. Крышка 6 выполнена в виде стекла. В стекле имеется тонкая проволочка – направление курса. Мембрана 7 заполнена жидкостью для компенсации.

Существуют компасы для пилотов, которые расположены в горизонтальной плоскости. На рисунке изображен компас для штурманов.

Перемещение постоянного магнита под действием магнитного поля Земли описывается уравнением движения компаса и при наличии жидкостного демпфирования запишется в виде:

 – угловое ускорение картушки;

 

 – момент инерции картушки;

 – коэффициент демпфирования;

 – угловая скорость картушки;

 – вращающий момент, действующий на картушку .

Из анализа данного выражения следует, что картушка может вращаться по различным законам, носящим как периодический, так и апериодический характер.

Погрешности магнитных компасов:

1) наличие сил трения в опорах;

2) увлечение картушки вращающейся жидкостью;

3) погрешность, связанная с воздействием ускорения на стрелку;

4) погрешность от положения ЛА (в северном или южном полушарии).

5) погрешность, обусловленная девиацией – наличие ферромагнитных материалов на ЛА, высокая коэрцитивная сила, материалы с малой остаточной намагничиваемостью (высокоуглеродистые стали и их намагничивание).

Различают полукруговую и четвертную девиации.