МДК 01.04 Приборное оборудование воздушных судов (стр. 6 )

Одним из путей развития является создание специальных аналоговых или дискретно-аналоговых вычислителей, индикаторов ограничений. В эти устройства закладываются форма и параметры поверхностей ограничений. Получая информацию от датчиков о текущем состоянии ЛА, вычислитель или индикатор сигнализирует о подходе к границам разрешенной области — поверхностям ограничений. Подобные решения являются технически прогрессивными на уровне ПНК со средней стадией интеграции оборудования. Для ПНК с высоким уровнем комплексирования, базирующихся на БЦВМ высокой надежности и производительности, естественным, помимо всего прочего, является также выполнение БЦВМ функций выдерживания ограничений. Располагая наиболее полной информацией о векторе состояния ЛА, обладая памятью, достаточной для запоминания сложных поверхностей ограничений, подобные ПНК могут обеспечить индикацию и управление при подходе к границам допустимой области пространства состояний.

Для формирования алгоритмов ПНК по обеспечению ограничений можно использовать достаточно общие подходы. Одним из таких подходов является кусочно-линейная аппроксимация поверхностей ограничений.

Пусть допустимая или разрешенная область пространства состояний с достаточной точностью может быть представлена в виде совокупности выпуклых областей — многогранников.

Выпуклой областью называется область, для которой отрезок прямой, соединяющий любые две точки этой области, принадлежит этой области. Примерами выпуклых областей может служить шар, эллипсоид, тетраэдр, треугольник и т. д.

С помощью ПНК осуществляются:

-  стабилизация и индикация углового положения ЛА;

-  стабилизация скорости, числа М, вертикальной скорости;

-  контроль и индикация отклонений от глиссады, управляющих (командных) сигналов, резерва топлива;

-  определение и индикация текущих значений координат места ЛА, скорости полета, моментов изменения режимов полета;

-  обмен пилотажно-навигационной информацией с другими ЛА и наземными КП

В состав ПНК входят:

-  курсовые и инерциальные системы (типа КС, ТКС, МИС, ИКВ, СКВ);

-  радиотехнические системы ближней и дальней навигации (РСБН, РСДН);

-  автопилоты или автоматические системы управления;

-  бортовые аналоговые или цифровые вычислительные машины;

-  аппаратура встроенного контроля работоспособности ПНК и его систем в полете

Одним из примеров реализации ПНК показан на рисунке 4.

Рис.4. Структурная схема пилотажно-навигационной системы типа «Путь-МПА»:

У-20Н - усилитель; В-4С - вычислитель; БК-5 - блок коммутации; НКП-4 - навигационно-курсовой прибор; БР-37 - блок реле; КС-6 - курсовая система; АРК-11 - автоматический радиокомпас; РСБН-2 - радиосистема ближней навигации и посадки; СП-50 - система посадки; Курс-МП - бортовое оборудование системы посадки; ЦГВ-4 - центральная гировертикаль; ТРС - тумблер развода стрелок; ПП-1ПМ - пилотажный приборы.

2.2. Барометрический канал измерения высоты полёта ЛА

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

При полетах различают абсолютную высоту – высоту относительно уровня моря, относительную высоту – высоту полета относительно места взлета или посадки, истинную высоту, т. е. высоту над пролетаемой местностью.

Значение абсолютной высоты необходимо для установления коридоров на маршрутах полета, а также при испытании самолетов и двигателей; относительная высота должна быть известна при взлете и посадке; а истинная высота – во всех случаях полета.

Известно несколько методов измерения высоты полета:

-  барометрический;

-  радиотехнический;

-  инерционный.

Барометрический метод измерения высоты полета базируется на зависимости абсолютного давления в атмосфере р от высоты Н. При выводе градуировочных формул высотомера понадобятся также зависимости плотности g и абсолютной температуры Т от высоты. На рис.5 представлены зависимости р=f1(H), g=f2(H) и Т=f3(H). Эти зависимости являются статическими, т. к. давление, плотность и температура на одной и той же высоте не остаются постоянными, а испытывают значительные случайные вариации (показанные пунктиром) зависящие от времени суток и года, облачности.

Рис.5. Градуировочные кривые высотомера

На величины р, g и Т, даваемые в таблицах стандартной атмосферы, следует смотреть как на математические ожидания

, , (1)

.

Для вывода зависимости между параметрами атмосферы и высотой Н рассмотрим цилиндрический столбик воздуха площадью S на высоте Н (рис. 6):

Рис.6.

Из условия равновесия сил, действующих на столбик, находим:

или

. (2)

Если воспользоваться уравнением состояния

, (3)

где R – газовая постоянная, то получим вместо (2)

. (4)

Для решения этого уравнения необходимо знать зависимость температуры Т от высоты полета. Установлено, что среди температуры в атмосфере до высот 11 км является линейной функцией высоты вида

, (5)

где Т0=288 К – средняя абсолютная температура на уровне моря и t=6,5 град км-1 – температурный градиент.

Решая уравнение (4) при учете (5), получим

, (6)

где р0=1013,3 гПа – среднее давление на уровне моря.

Формула (6) называется стандартной барометрической. Если решить ее относительно Н, то получим гипсометрическую формулу

. (7)

В таблице 1 представлена сводка формул для распределения температур в соответствии со стандартной атмосферой и давлений. Выражения для давлений получены в результате решения уравнения (4) при соответствующем распределении температуры по высоте.

Таблица 1

Н, км	,К	,гПа	рН	ТН	ti
1	2	3	4	5	6
0-11			1010,8	288	0,0665
11-25			226,1	216,6	0
25-46			25,035	216,6	0,0027
46-54			1,38	274	0
54-80			0,504	274	0,034
80-95			0,0112	185	0

Из формулы (7) и соответствующих формул таблицы следует, что в барометрическом высотомере измерение высоты сводится к измерению абсолютного давления в атмосфере.

Преобразование сигналов в высотомере происходит по схеме Н-р-l-j, т. е. изменение высоты Н вызывает изменение статического давления р, воспринимаемого анероидной коробкой, деформация которой l через кривошипно-шатуную передачу приводит к перемещению стрелки на угол j.

Если р=f1(H), l=f2(p) и j=f3(l) соответственно статические характеристики методического звена – атмосферы, анероидной коробки и передачи, то статическая характеристика высотомера будет

. (8)

Отсюда получаем выражение для чувствительности прибора

. (9)