МДК 01.04 Приборное оборудование воздушных судов (стр. 7 )

Рис. 7. Кинематическая схема двухстрелочного высотомера:

1— барометрическая шкала; 2 — плоская пружина; 4— тяга; 5 — противовес; 6 — блок анероидных коробок;

7 — волосок; 8 — большое зубчатое колесо; 9 — кремальера;

10 — полая ось; 11 — трибка; 12 — биметаллические компенсаторы;

13 — малое зубчатое колесо; 14 — сектор; 15 — валик; 16 — основание

Изменение атмосферного давления с изменением высоты вызывает деформацию анероидного блока, который с помощью передаточного механизма перемещает стрелку, показывающую высоту полета.

Для градуировки большинства барометрических высотомеров приняты следующие формулы:

— для H ≤ 11 км, (24)

— для H ≥ 11 км, (25)

где P0— 760 мм рт. ст. — давление у поверхности земли; T0=273,16+15=288,16— температура у земли по Кельвину; r = 0,0065 град/м — температурный градиент высоты; R =29,27 м/град — газовая постоянная воздуха; T11— температура на высоте 11 км по Кельвину.

Погрешности высотомеров: для высот 0—600 М —±(15—30) м; для высот 900— 1 200 м - г ± (30—50) м; для высот 1 500 м и далее — ±(1,5—2)% от измеренного значения высоты.

2.3. Аэрометрический канал измерения скорости и числа Маха.

Скорость полета ЛА измеряют относительно воздуха и относительно Земли. При этом различаю истинную воздушную скорость V – скорость полета относительно воздуха, путевую скорость W – скорость относительно Земли, и приборную (индикаторную) скорость Vi – скорость полета в предположении, что скоростной напор постоянный на всех высотах. Безразмерной характеристикой скорости полета является число М полета, равное отношению истиной воздушной V к скорости звука а, т. е. М=V/а.

Путевая скорость равна геометрической сумме горизонтальных составляющих истиной воздушной скорости и скорости ветра , т. е.

. (10)

Скорость полета является векторной величиной, для определения которой необходимо знать модуль и направление. Направление вектора истиной воздушной скорости в системе координат, связанной с осями ЛА, определяется углами атаки a и скольжения b. Следовательно, для полного определения вектора воздушной скорости необходимо измерять модуль вектора и угла атаки и скольжения.

В целях удобства пилотирования отдельно измеряют вертикальную скорость VH, являющуюся вертикальной составляющей скорости полета ЛА, причем .

Приборы, предназначенные для измерения указанных выше скоростей, называются соответственно указателями истиной воздушной скорости, числа М, а приборы, измеряющие вертикальную скорость, называются вариометрами.

Для измерения истиной воздушной скорости, индикаторной скорости и числа М полета применяются аэрометрический, манометрический, термодинамический, тепловой, турбинный и ультраакустический методы.

Аэрометрический метод основан на измерении скоростного (динамического) напора, функционально связанного со скоростью.

Принцип действия указателя скорости основан на измерении динамического напора полностью заторможенного потока воздуха.

Из уравнения Бернулли в предположении одинаковых нивелирных высот

, (11)

где р1, g1, V1 и р2, g2, V2 – соответственно давление, весовая плотность, скорость набегающего и заторможенного потоков.

При полном торможении (V2=0)

. (12)

При малых скоростях полета (V<400 км/ч) воздух можно считать несжимаемым. Полагая g1=g2=g, получаем

. (13)

Величина называется динамическим или скоростным напором, а давление р2=рП – полным давлением. Оно равно сумме статического давления р1=рСТ и скоростного напора Dр.

При больших скоростях полета (V>400 км/ч) с учетом адиабатического сжатия и внутренней энергии вместо уравнения (12) получаем

, (14)

где k=1,4 – показатель адиабаты для воздуха.

Если воспользоваться уравнением адиабаты

(15)

и исключить из уравнений (14) и (15) величину g2, то после преобразования получим

, (16)

где n=k/(k-1).

Отсюда находим разность давлений Dр=рП-рСТ=р2-р1

(17)

или, воспользовавшись уравнением состояния g1=р1/RT1

, (18)

где р1 и Т1 – статическое давление и температура на высоте полета.

Решая уравнение (18) относительно V, найдем

. (19)

Видно, что для измерения скорости V необходимо измерять скоростной напор Dр, статическое давление р1 и температуру Т1 на высоте полета.

Если учесть, что скорость звука а в воздухе равна

(20)

то выражению (19) можно придать вид

, (21)

где М=V/a – число М полета.

По формуле (21) градуируются указатели числа М полета, причем в этом случае необходимо измерять только Dр и р1.

На сверхзвуковых скоростях полета часть энергии скоростного напора тратится на образование ударных волн, поэтому разность давлений Dр с учетом потерь на прямой скачок уплотнения перед носком трубки ПВД будет

, (22)

где . (23)

Если в (22)положить k=1.4, то

.

Чувствительным элементом комбинированного указателя скорости является манометрическая коробка, помещенная внутри герметического корпуса. Полость коробки соединена с приемником полного давления, а корпус прибора — с приемником статического давления. В полете на упругий элемент действует разность полного и статического давлений, т. е. динамическое давление рд=рп—рст.

Указатель числа М по своему устройству аналогичен указателю воздушной скорости (рис. 8),но в нем отсутствуют элементы учитывающие температуру окружающей среды.

Так как число М является функцией отношения динамического рд к статическому давлению рст на высоте полета, то кинематический механизм прибора выполняет деление величины рд, измеренной с помощью манометрической коробки, на величину рст, которую измеряет анероидная коробка.

Рис. 8. Кинематическая схема комбинированного указателя скорости:

1— шкала циферблата; 2 — стрелка приборной скорости; 3, 27 — зубчатые секторы; 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 22, 23, 24 — поводки; 11, 15, 20 — тяги; 12; 25 — оси; 13; 14 — вилки-. 16 — анероидная коробка; 17 — верхний центр анероидной коробки; 18 — манометрическая коробка; 19— верхний центр манометрической коробки; 21 — кривошип; 26, 28 — трибки; 29 — стрелка истинной скорости

2.4. Вариометры

Принцип действия измерителей вертикальной скорости полета — вариометров (рис. 9) основан на измерении разности атмосферного давления и давления в корпусе прибора, соединенного с атмосферой через гидравлическое сопротивление (капиллярную трубку).

Серийные вариометры типа ВАР (ВАР-30, ВАР-75, ВАР-150, ВАР-300) имеют унифицированный механизм и различаются только шкалами, количеством и длиной капилляров.

Рис.9 . Кинематическая схема вариометра с затухающей шкалой:
1— стрелка; 2 — рычаг; 3 — ось рычага; 4 — балансир; 5 — поводок; 6 и 15 — спиральные пружины - 7— тяга; « — капилляры; 9 — манометрическая коробка; 10 — трубка для подвода давлений Рс\ 11 — корпус прибора; 12 — поводок; 13 — эксцентрик; 14 — зубчатое колесо с прорезью; 16 — трубка на оси стрелки; 17 — рукоятка (кремальера) для установки стрелки на нуль

2.5. Приемники воздушных давлений (ПВД)

Система ПВД воспринимает полное и статическое давление и передает их по магистралям (трубопроводам) к чувствительным элементам пилотажно-навигационных приборов и систем, систем управления летательным аппаратом, сигнализаторам, бортовым устройствам регистрации параметров полета. К системе приема воздушных давлений относятся приемники воздушных давлений, коллекторы, влаго-отстойники, краны переключения систем ПВД.

В эксплуатации применяются приемники трех типов. Приемники типа ПВД воспринимают полное и статическое давление, приемники типа ТП-156(М) и ППД-1, ППД-3, ППД-5 воспринимают только полное давление, приемника ПСД—воспринимают только статическое давление. К дозвуковым относятся ПВД-6М, к сверхзвуковым — ПВД-3, ПВД-4, ПВД-5, ПВД-7 (рис. 10), ПВД-9.