Авиационные приборы и системы (стр. 19 )

Принципиальные теоретические положения, рассмотренные здесь, в полной мере относятся к сигнализаторам и датчикам высоты.

Рис. 3.32. Лицевая часть высотомера ВД-20: 1 – винт; 2 – стрелка малая; 3 и 4 – индексы; 5 – стрелка большая; 6 – шкала барометрическая; 7 – индекс; 8 – ручка кремальеры	Рис. 3.33. Внешний вид высотомера ВД-20

На рис. 3.33 показана лицевая часть, а на рис. 3.34 показан внешний вид высотомера двух стрелочного ВД-20, измеряющего относительную высоту полета в диапазоне от 0 до 20000 метров. Большая стрелка 5 показывает высоту в метрах, один ее оборот соответствует 1000 м. Стрелка малая 2 показывает высоту в километрах, один ее оборот соответствует 20000 м. Масса прибора 0,8 кг. Погрешность прибора резко дифференцирована по высоте. Если на высоте нулевой при нормальных условиях она составляет ± 20 м, то на высоте 20000 м – ± 350 м.

Если высота полета измеряется относительно аэродрома взлета, то кремальерой 8 устанавливают стрелки прибора в нулевое положение. Если же необходимо измерить высоту полета относительно аэродрома посадки, то кремальерой 8 устанавливают барометрическое давление пункта посадки по шкале 6. Одновременно с поворотом барометрической шкалы 6 вращаются индексы 3 и 4, которые указывают по внешней и внутренней шкалам высоту, соответствующую изменению барометрического давления относительно давления на уровне моря (760 мм рт. ст.).

3.5. Манометрический вариометр

Прибор, измеряющий вертикальную скорость самолета, называется вариометром. Действие манометрического вариометра основано на свойстве атмосферного давления изменяться с изменением высоты, а также на линейной зависимости скорости потока воздуха в капилляре при перепаде давлений на его концах.

Рис. 3.34. Принципиальная схема манометрического вариометра: 1 – манометрическая коробка; 2 – капилляр; 3 – стрелка; 4 – штуцер; 5 – герметичный корпус

На рис. 3.34 представлена принципиальная схема манометрического вариометра. Полость корпуса 5 прибора через капилляр 2 и штуцер 4 сообщается с окружающей самолет атмосферой. Штуцер 4 соединен с приемником статического давления.

Внешние поверхности манометрической коробки 1 воспринимают давление Р1, действующее в полости 5, обусловленное протекаемостью капилляра 2. Внутренние его поверхности находятся под действием атмосферного давления Рст, поступающего через штуцер 4. В результате этого, коробка 1 воспринимает разность давлений

.

Эта разность тем больше, чем больше скорость изменения высоты, то есть

,

где vy – вертикальная скорость самолета.

Рассмотрим работу вариометра в режимах подъема, снижения самолета.

Подъем самолета над Землей

При подъеме самолета на высоту атмосферное давление уменьшается (см. рис. 3.29). Давление внутри коробки 1 тоже уменьшается. Давление же в полости корпуса 5 превышает атмосферное давление, так как выход воздуха из полости корпуса тормозится капилляром 2 ввиду его малого внутреннего диаметра, то есть изменение давления в полости корпуса отстает от измерения атмосферного давления.

В силу того, что Р1 > Рст, коробка сжимается и через передаточно-множительный механизм поворачивает конец стрелки 3 вверх от нулевой отметки шкалы циферблата. Если подъем самолета прекращается, давление в полости корпуса 5 выравнивается с давлением внутри манометрической коробки 1 и стрелка 3 возвращается на нулевую отметку шкалы циферблата.

Снижение самолета над Землей

При снижении самолета атмосферное давление увеличивается. Давление внутри манометрической коробки тоже увеличивается. Давление в полости корпуса 5 становится меньше атмосферного давления, так как вход воздуха в полость тормозится капилляром 2. Под действием разности давлений (Рст>Р1) манометрическая коробка 1 расширяется и через передаточно-множительный механизм поворачивает стрелку 3, конец которой будет перемещаться вниз от нулевой отметки шкалы циферблата (к надписи "спуск"). После прекращения снижения самолета давление в полости корпуса 5 через капилляр 2 выравнивается с давлением внутри коробки 1 и стрелка 3 возвращается в нулевую отметку шкалы циферблата.

Конструктивные и метрологические параметры манометрического вариометра определяются его градуировочной формулой [13]

, (3.35)

где W – внутренний объем корпуса в м3; l – длина капилляра в м; η – коэффициент вязкости воздуха в кг·сек/м2; Тк – средняя температура воздуха внутри капилляра в оК; d – внутренний диаметр капилляра в м; R – газовая постоянная, равная 29,27 м/град; Т1 – температура воздуха в корпусе прибора; Т – температура воздуха вне самолета в оК. Поскольку прибор градуируют при комнатной температуре То, которой соответствует коэффициент вязкости ηо, то Тк = Т1 = Т = То. Поэтому формула (3.35) имеет вид

. (3.36)

Погрешности манометрического вариометра

Погрешности манометрического вариометра следующие:

- инструментальные;

- методические.

Причины возникновения инструментальных погрешностей манометрических вариометров такие же, как и у других манометрических приборов, в том числе как у указателя индикаторной скорости.

Перечислим методические погрешности манометрического вариометра:

- динамическая погрешность;

- температурная погрешность от непостоянства температуры Т1 внутри корпуса;

- температурная погрешность из-за неодинаковости температур Тк, Т1 и Т в формуле (3.35).

Динамическая погрешность обуславливается запаздыванием изменения давления внутри корпуса прибора. Передаточная функция механизма вариометра в этом случае имеет вид

, (3.37)

где q = Рст - Р1 ; – чувствительность прибора; τ – постоянная времени анероидного звена (3.37), равная (в секундах)

,

где Рк – среднее давление в капилляре.

При постоянном вертикальном ускорении, например, , динамическая погрешность согласно формуле (3.37) достигает величины . При τ = 1 с и а = 1 м/с2 погрешность м/с.

Вторая составляющая методической погрешности вариометра возникает из-за нагрева или охлаждения воздуха внутри прибора, когда изменяется температура материала корпуса. С целью уменьшения этой погрешности корпус прибора изготавливают из термоизоляционного материала (пластмассы).

Третья составляющая методической погрешности вариометра появляется, когда температура Тк, Т1 и Т отличается от температуры тарировки Тк = Т1 = Т = То. Эта погрешность может достигать 30 % на предельных значениях измеряемой вертикальной скорости. Однако на малых значениях скорости погрешность меньше, а при околонулевых значениях отсутствует. Поэтому функция прибора – точность контроля горизонтального полета – не зависит от этого вида методической температурной погрешности.

Данная погрешность может быть приближенно подсчитана по формуле:

. (3.38)

Таблица 3.12

vy, м/с	0	1	3	5	7	9	10
± Δvy, м/с toC = 25 ± 10	0,5	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
± Δvy, м/с toC = -20 – +55	1,0	1,0	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5

Таблица 3.13

vy, м/с	0	1	4	8	12	16	20	24	30
± Δvy, м/с toC = 25 ± 10	0,5	0,75	2,0	2,0	2,5	2,5	3,0	3,0	3,0
± Δvy, м/с toC = -20 – +55	1,0	1,5	2,5	2,5	3,0	3,0	3,5	3,5	3,5

Таблица 3.14

vy, м/с	0	1	5	10	15	30	45	60	75
± Δvy, м/с toC = 25 ± 10	0,5	1,0	2,0	2,0	2,5	3,0	4,0	4,0	5,0
± Δvy, м/с toC = -20 – +55	1,0	1,5	2,5	2,5	3,5	4,0	6,0	8,0	10

В таблицах 3.12 – 3.14 приведены суммарные статические допустимые погрешности для вариометров с различными диапазонами измерения вертикальной скорости согласно международным требованиям [5]. Этими же нормами оговариваются динамические свойства вариометров. Постоянная времени для высот полета ≤ 3,5 км должна заключаться в пределах: