Авиационные приборы и системы (стр. 14 )

или кг/м2. (3.10)

С учетом сжимаемости потока воздуха уравнение (3.10) принимает вид:

или окончательно , (3.11)

где ; qсж – скоростной напор с учетом сжимаемости воздуха.

Рис. 3.3. Зависимость давления Pдин от скорости потока:

1 – без учета сжимаемости воздуха; 2 – с учетом сжимаемости воздуха

Из рисунка 3.3 видно, что учет сжимаемости потока приводит к дополнительному увеличению динамического давления (линия 2). При этом зависимость динамического давления от параметров воздушного потока имеет вид:

, (3.12)

где k – отношение теплоемкостей; g – ускорение силы тяжести; R – газовая постоянная, равная 29,27 м/град; Т – температура невозмущенной атмосферы в оК. По формуле (3.12) тарируются указатели индикаторной и истинной воздушной скорости.

Для тарировки указателя индикаторной скорости принимаются значения, соответствующие нормальным условиям на уровне моря: Рст = Ро ст = 760 мм рт. ст. (10332,276 кг/м2), Т = То = 288 оК (t = +15 оС), R = 29,27 м/град, массовая плотность ρо = 0,124966 кг с2/м4, k = 1,405. После этого оказывается, что индикаторная скорость по формулам (3.11) и (3.12) зависит только от динамического давления Рдин. Для практического пользования существуют стандартные таблицы, по которым для каждой скорости можно определить значение динамического давления [33].

Следует особое внимание обратить на тот факт, что показания указателя приборной скорости не зависят от статического давления, а значит и от высоты полета самолета. Говорят в связи с этим, что указатель (а также датчик и сигнализатор) приборной (приборной) скорости не имеет методической погрешности от изменения высоты полета. Это ценное качество прибора, обеспечивающего безопасность полета независимо от высоты. Важно, чтобы всегда было необходимое значение скоростного напора на любой высоте.

На рис. 3.4 представлена принципиальная схема указателя приборной скорости с раздельными приемниками давлений Рп и Рст. Полное давление Рп = Рд + Рст поступает в герметичную полость манометрической коробки 5 от приемника 7 через пневмопровод 6. В герметичную полость корпуса 3 от приемника 1 через пневмопровод 2 поступает давление Рст. Под действием разности давлений Рп - Рст = Рд + Рст - Рст = Рд мембрана манометрической коробки прогибается и поворачивает стрелку относительно индикатора – шкалы 4.

Рис. 3.4. Принципиальная схема указателя приборной скорости: 1 – приемник статического давления Рст; 2 – пневмопровод статического давления; 3 – корпус; 4 – индикатор; 5 – манометрическая коробка; 6 – пневмопровод полного давления; 7 – приемник полного давления Рп

Рис. 3.5. Структурная схема указателя приборной скорости: 1 – приемник давлений Рп и Рст; 2 – пневмопровод Рп; 3 – пневмопровод Рст; 4 – отстойники-фильтры канала Рп; 5 – отстойники-фильтры канала Рст; 6 – полость коробки; 7 – полость корпуса; 8 – условное звено образования динамического давления Рд; 9 – решающее устройство; 10 – индикатор

На рисунке 3.5 представлена структурная схема указателя приборной скорости, составленная по его принципиальной схеме (рис. 3.4). Рассмотрим подробнее роль каждого звена в работе указателя индикаторной скорости.

Приемник полного давления

Рис. 3.6. Характер обтекания цилиндра потоком воздуха	Рис. 3.7. Распределение скоростного напора по длине ППД

Для работы указателя индикаторной скорости по принципу его действия необходимо воспринять в полете полное и статическое давления. В практике авиаприборостроения имеют место применение отдельных приемников полного и статического давлений (рис. 3.4). Давления необходимо воспринимать точно, так как динамическое давление зависит от скорости в квадрате.

Приемник полного давления (ППД) предназначен для восприятия только полного давления встречного потока воздуха. Под понятием "полное давление" подразумевается давление, приходящееся на единицу поверхности тела, плоскость которого перпендикулярна направлению набегающего потока. Для ППД применяется цилиндрическое тело, в центре которого делается сквозное отверстие.

Из рисунков 3.6 и 3.7 видно, что полное торможение набегающего потока воздуха будет только в точке А. Если в цилиндре в районе точки А сделать отверстие, то вдоль ее полости установится давление, равное полному Рп = Рст + Рд. Как всякий инструмент, ППД обладает погрешностью восприятия Рп, связанной с несовершенством его конструкции.

Из самого определения полного давления следует, что лучшим расположением ППД относительно потока воздуха является то, когда плоскость сечения входного отверстия приемника будет перпендикулярна вектору скорости. При этом погрешность приемника будет вызвана только потерями потока в полости канала Рп (рис. 3.8). Это условие установки равносильно тому, когда продольная ось приемника ППД совпадает с направлением воздушного потока.

Но даже в этом случае приемник обладает погрешностью порядка 2 %, которая определяется как отношение абсолютной величины погрешности ΔРп к скоростному напору 0,5ρv2.

Рис. 3.8. Зависимость коэффициента ξ приемника ППД от скорости при α = β = 0

В этих условиях формулу (3.11) можно переписать в виде

, (3.13)

где ξ – коэффициент приемника при α = β = 0. Если же установка ППД такова, когда α ≠ 0, β ≠ 0, то появляются дополнительные угловые погрешности ΔРп = ± ΔРп f(α) и ΔРп = ΔРп f(β). Следующей причиной появления погрешности ППД является скос потока воздуха в месте установки приемника на борту самолета. Эта погрешность нормируется НЛГС [4] в пределах не более 10 км/ч или 3 % (в зависимости от того, что больше) во всем диапазоне измерения скорости. За счет выбора места установки на борту самолета, за счет конструкторских приемов и тарировки в аэродинамических трубах погрешность ППД можно свести до ± (0,005 – 0,01)q.

Диапазон скоростей от 01.01.01 км/ч; масса 0,17 кг; погрешность в диапазоне скоростей до 150 км/ч не более ± 0,05q при углах α = β = ± 25о; погрешность при скоростях свыше 150 км/ч и углах α = β = ± 20о не более ± 0,025q; обогрев постоянным током мощностью до 135 Вт.

Рис. 3.9. Конструкция приемника ППД-4: 1 – наконечник; 2 – дренажное отверстие;

3 – обогревательный элемент; 4 – отверстие; 5 – щека; 6 – основание; 7 – розетка; 8 – вилка; 9 – провод; 10 – штуцер

Рис. 3.10. Внешний вид приемника полного давления ППД-9В

Приемник статического давления

Под статическим давлением понимают давление, которое существовало бы в данной точке невозмущенной прибором среды, если бы прибор двигался со скоростью потока. Статическое давление в покоящейся среде называется барометрическим или атмосферным давлением и измеряется барометром. Оно измеряется как абсолютное давление, отсчитываемое от абсолютного нуля давления. Для измерения статического давления Рст необходим прибор такой конструкции, которая не искажала бы поток в исследуемой точке. При измерении давления Рст прибор движется относительно воздуха, а это согласно законам аэродинамики приводит к возмущению воздуха. При этом форма прибора – приемника Рст играет основную роль на точность измерения. Измеренное давление будет представлять собой сумму из давления в невозмущенном прибором потоке и дополнительного давления, вызванного обтеканием прибора, и зависит от его формы. Условия обтекания прибора могут быть таковы, что измеренное давление может быть больше или меньше истинного его значения (рис. 3.11).

Рис. 3.11. Распределение коэффициента давления для типичного дозвукового распределения по линии фюзеляжа самолета: 1 – только по свободному фюзеляжу; 2 – по фюзеляжу вместе с плоскостями и хвостовым оперением

Наиболее часто для измерения Рст применяется статический зонд (статический крючок). Он представляет собой пустотелую цилиндрическую трубку диаметром d с обтекаемым закрытым носком.

Рис. 3.12. Статический зонд: 1 – пустотелый цилиндр; 2 – державка цилиндра; 3 – статические отверстия

На боковой поверхности трубки имеются отверстия небольшого диаметра. Для повышения точности измерения в приборе увеличивают расстояние l1 от приемных отверстий до носка и в другую сторону – l2 до держалки. Рекомендуются такие соотношения: l1 = 3d, l2 = 8δ [14, 34].