Измерители высоты полета реферат

Обновлено: 04.07.2024

Основным прибором на самолете, без которого не может решаться ни одна пилотажная и навигационная задача – это прибор для измерения высоты – высотомер или альтиметр. Наиболее отработанный метод измерения этой величины – барометрический.

1 Введение 02
2 Техническое задание на курсовую работу 03
3 Назначение устройства. Краткое описание. 04
3.1 Назначение устройства………………..……………………………………….…. 04
3.2 Принцип действия…………………… ………………………………….………. 05
4 Проектировочный расчет 06
4.1 Расчет чувствительного элемента – мембрана. ………………………….… 06
4.2 Подбор чувствительного элемента – плоская пружина………………………14
4.3 Выбор тензорезистора ……………………..………………. ………….15
4.4 Дополнительные элементы прибора …………………………. ………..17
4.5 Расчет различных параметров прибора …………………………. ……18
5 Проверочные расчеты проектируемого прибора 19
5.1 Проектирование модели в программном пакете SolidWorks ……..……….. 19
5.2 Оценка погрешностей прибора……………………. ……………………….….. 24
6 Выводы 26
7 Список литературы 27

Файлы: 1 файл

ОКП курсовая работа Ахунзянова Евгения.docx

4.2 Подбор и обоснование чувствительного элемента – плоская пружина.

Для того чтобы измерить деформацию мембранной коробки наиболее точным образом, необходимо подобрать еще один чувствительный элемент. Часто в современных приборах используется плоская пружина, и вполне понятно почему. Их широко применяют во многих отраслях машиностроения, при изготовлении им всегда можно придать любую форму, которая наиболее удобна для размещения пружины в корпусе прибора. При этом она занимает мало места. Плоские пружины могут быть очень жесткими или очень податливыми в зависимости от форм и размеров. С их помощью можно осуществить простые и надежные передаточно-множительные механизмы.

Закрепляется пружина с двух сторон по разному, с одного конца она крепиться на шаровую опору, чтобы не терять своих упругих свойств. Однако для наиболее точного измерения ее деформации, необходимо жестко закрепить ее второй конец. Чтобы избежать перекашивания пружины, а вследствие большой погрешности измерения, необходимо уравнять расстояние от центра анероидной коробки до ее закрепления. Напомним, что размеры жёстких центров анероида были выбраны неодинаково, исходя из конструктивных особенностей и задач жесткого центра А. Для этого нам поможет заделка прямоугольной формы, подходящих размеров. Она не только уравняет расстояния, но и поможет наиболее жестко закрепить второй конец пружины. Для ее наилучшего крепления выбраны винты М3 с потайной головкой с крестообразным шлицом по ГОСТ.

Таким образом, на данном этапе проектирования прибора подобраны и согласованы главные детали прибора.

4.3 Выбор тензорезистора.

Тензорезисторы могут измерить и преобразовать разнообразные физические величины в электрические сигналы. Поэтому они нашли широкое применение в датчиках силы, давления, перемещения, ускорения или вращающего момента.

Основой тензорезистора служит чувствительный элемент, металлический или полупроводниковый, сопротивление которого изменяется пропорционально напряжению на поверхности измеряемого объекта. Упомянутый элемент выполнен в виде решетки из константанового сплава и размещен на подложке из полиамида. Сверху решетка покрывается защитной пленкой. На рис.7 представлена классическая структура тензорезистора. Для аппликации, как правило, применяется клей.

рис.8 Структура тензорезистора

Выбор тензорезистора происходит в 7 основных этапов:

Тип чувствительного элемента: в зависимости от величины деформации, для нашего случая подходит фольговый.
Материал подложки: наиболее используется полиамид.
Длина чувствительного элемента: для измерений металлических материалов наиболее подходят тензорезисторы с базой от 1 – 6 мм.
Конфигурация: одиночная (измерения вдоль одной оси).
Сопротивление: наиболее часто используется 120 Ом.
Коэффициент линейного расширения материалов, для которых KYOWA выпускает тензорезисторы с различной температурной самокомпенсацией (ТСК): для бериллевой бронзы(16,7) ТСК=16.
Другие параметры: рабочий температурный диапазон, способ аппликации, выводы тензорезисторов (обычно выбирают параллельный виниловый кабель)

Ориентируясь на все рекомендации, выберем тензорезистор фольговый константановый серии 2ФКП-5-200.

Диапазон измеряемых напряжений: +3000 -1 млн

Ток питания: не более 25 мА

Среднее значение чувствительности: 1,9 … 2,3 К

Диапазон рабочих температур: -50 … 70 С

Габаритные размеры: 5х3 мм

Сопротивление: 200 Ом

Клей для наклейки рекомендуется BC-10T или EP-310S фирмы HBM, Германия.

Метод формирования тензомоста на рис.8.

рис.8 Метод формирования тензомоста

4.4 Дополнительные элементы прибора.

К дополнительным элементам прибора относятся: заделка, шарики, электросоединитель, винты и корпус.

Назначение и характеристики заделки были описаны ранее.

Выбор корпуса чаще всего зависит от предназначения прибора. Он должен отвечать различным требованиям, которые часто конфликтуют между собой. Надежность и дешевизна металлических корпусов до сих пор остается решающим фактором. Поэтому для нашего прибора выберем корпус из нержавеющей стали ГОСТ 5582-75. Размеры корпуса зависят от размера датчика, однако необходимо обеспечить минимальные размеры.

Все крепления и крепежные отверстия осуществляются с помощью винтов по ГОСТ.

4.5 Расчет различных параметров прибора.

Из расчета мембраны нам известна зависимость p(ω), но не известна ω(p). Найдем ее с помощью программного пакета WolframAlpha.

Функция преобразования деформации тензорезистора.

Исходное уравнение имеет вид: dR/R = K_ПР dl/l, где K_ПР для константана равно 2,1

Интегрируем: ∫dR/R = ∫K_ПР dl/l, т.к. ∆R/R=ξ(ε), то интегралы будут определенными и равны: lnR_К/R_Н= K_ПР ε_Ч, где ε_Ч – деформация чувствительного элемента.

Приближенная формула ∆R/R= K_ПР ε_Ч.

При помощи программного пакета WolframAlpha получена конечная зависимость:

5. Проверочные расчеты проектируемого прибора.

5.1 Проектирование модели в программном пакете SolidWorks.

Максимальное напряжение: 210 302 00 Н/м 2

Максимальное перемещение модели: 0.96 мм.

5.2 Оценка погрешностей прибора.

Суммарная погрешность прибора – это очень сложная погрешность, состоящая из множества погрешностей, вызванных различными факторами.

Через программный пакет SolidWorks мы смогли составить таблицу инструментальных поправок для различных высот полета.

Высотомер, или альтиметр – это пилотажный прибор, предназначенный для определения высоты полета. Он является стационарным оборудованием любого летательного аппарата, а также используется альпинистами.

Назначение высотомера

Альтиметр является важным навигационным прибором. Его наличие позволяет пилоту правильно заходить на посадку. Не имея информацию о высоте сложно рассчитать угол и опуститься на посадочную полосу, чтобы избежать с ней столкновения. Внедрение высокоточных альтиметров в авиацию значительно снизило долю крушений при посадке. Также высотомеры позволяют поддерживать оптимальную высоту, на которой во время полета создается минимальное воздушное сопротивление, что позволяет экономить топливо.

Знать высоту необходимо и при сбросе парашютистов, поскольку если подняться слишком низко, парашют не успеет в достаточной мере затормозить снижение парашютиста. Когда же самолет поднимается чрезмерно высокого, то разреженный воздух за бортом может вызвать у человека потерю сознания.

Данные о высоте необходимы и для воздушных шаров, дельтапланов, парапланов и прочих аппаратов. Не зная высоту можно подняться выше положенного уровня, где сложно дышать, присутствует сильный ветер или двигаются перелетные птицы.

Типы альтиметров по устройству и принципу работы

Существует несколько типов высотомеров:

Барометрические.
Радиоволновые.
GPS.
Гамма-лучевые.

Во время полета получение данных о фактической высоте очень важно для безопасности движения. Именно поэтому на борту самолетов и вертолетов зачастую устанавливается сразу несколько типов высотомеров, работающих по разным принципам. Это дает возможность получать более точные данные, и при необходимости пользоваться тем устройством, которое в определенный момент работает с минимальной погрешностью. В каждом из перечисленных типов альтиметров имеются слабые стороны, когда их точность поддается сомнению. К примеру, одни высотомеры работают плохо над горной местностью, а другие ошибаются с высотой при полете на значительном отдалении от земли.

Барометрический высотомер

Это механическое устройство, работающее по принципу барометра. Оно высчитывает высоту по давлению атмосферы. Применяемый принцип измерения обоснован изменением атмосферного давления в зависимости от высоты. Чем выше над землей, тем оно ниже.

По факту прибор измеряет только непосредственное давление на высоте полета, а уже его механизм переводит данный показатель в приблизительные метры над землей. Чувствительной частью устройства является герметично запаянная коробка с мембраной. В зависимости от давления, мембрана меняет свое положение, тем самым передает механическое воздействие на привязанный к ней механизм. Тот в зависимости от создаваемого давления, отодвигает стрелку указателя высоты в ту или иную сторону на шкале.

Такие приборы подходят для установки на легких самолетах и вертолетах, летающих низко над землей. Шкала высотомера обычно разделена на 10 пронумерованных секторов. Каждый из них равен высоте в 1 км, а его деление соответстветствует 100 или 200 м. Редко можно встретить барометрический высотомер на 20 км.

На фоне надежности и простоты такого устройства все же нужно выделить и его недостатки:

Необходимость ручной регулировки давления перед каждым вылетом.
Приблизительная точность.

Чтобы высотомер работал хотя бы приблизительно точно, необходимо настроить на его шкале текущее атмосферное давление на земле. Информация об этом сообщается наземными службами. Обычно пилотам предоставляются показания давления в аэропорту или аэродроме где будет осуществляться посадка. По мере перелета прибор может подстраиваться более точно, если диспетчер сообщит об изменениях давление на точке.

Также выпускаются небольшие ручные альтиметры, работающие по принципу барометра. Они предназначены для определения высоты парашютистов. Персональные устройства обычно носят на руке вместо часов.

Радио-альтиметр

Работает по принципу схожему с радаром. Он отправляет в сторону земли радиосигналы, те отражаются и возвращаются в сторону борта самолета. Устройство их улавливает и анализирует время, которое потребовалось сигналу, чтобы дойти до земли и возвратиться. Имея информацию о скорости волны и времени, затраченного на движение в две стороны, можно определить фактическую высоту воздушного судна.

Радио-высотомер позволяет определить реальную высоту полета, а не относительную. Это более сложный прибор, не требующий особого внимания от пилота. Он работает полностью автоматически и не нуждается в настройке.

Недостатками такой конструкции можно назвать только несколько моментов:

Сложное строение, что снижает надежность аппарата.
Потеря точности при полете на больших высотах, в связи с затуханием волн.
Практическая бесполезность в горной местности.
Вредность отправляемых коротковолновых импульсов.

Генерируемый радио-высотомером сигнал вредит биосфере, поскольку его коротковолновый импульс очень мощный. Такие устройства производят для полетов на высоте до 30 км. К сожалению, даже самые мощные из них при движении над горной местностью получают искаженный сигнал, поскольку он отражается от поверхностей находящихся под углом. Наибольшая точность возможна только при полете над равниной.

GPS альтиметры

Являются самыми распространенными в современной авиации. Они работают по схожему принципу с радиотехническими, но отправляют сигналы не на землю, а на спутники. Те в свою очередь постоянно двигаются на заданной орбите, поэтому являются относительно стабильными. Получая отклик сигнала, GPS альтиметр путем математических вычислений определяет свои координаты и высоту. Чтобы рассчитать координаты высотомер должен связаться с двумя спутниками, а для измерения высоты с тремя.

GPS устройства имеют всего лишь пару недостатков:

Снижение точности при работе на скоростных истребителях.
Платное использование ресурса спутников.

Фактическая погрешность GPS альтиметров для гражданской авиации составляет до 10 м. При этом имеются устройства более высокого класса, работающие со спутниками по каналам L1. Отклонение у таких приборов всего пара сантиметров. Несмотря на совершенность технологии определения высоты по спутникам, подобное оборудование требует времени для получения сигнала. Тот двигается между передатчиком и приемником около секунды. Если летательный аппарат движется с малой скоростью, то такая задержка создает незначительную погрешность, но на истребителях гражданские высотомеры работают очень неточно.

Гамма-лучевой высотомер

Отправляет на поверхность радиоактивный изотоп, который отбивается и возвращается обратно. Фактически применяется похожий принцип, что и на радиотехническом альтиметре. Такое устройство может работать только на небольших высотах в несколько десятков метров. Отправляемые альтиметром изотопы практически не реагируют на различные преграды в виде пыли или газовых уплотнений, поэтому возвращаются без помех. Эти устройства совершенно непригодны для гражданской авиации. Они используются на космических кораблях в условиях вакуума.

Недостаток гамма-лучевых высотомеров очевиден:

Высокая стоимость.
Малый диапазон измерение высоты.
Радиоактивность.

Парашютные и туристические высотомеры

Надобность в альтиметре может возникнуть не только на борту самолета, но и в других случаях. Высотомеры необходимы для полетов на дельтаплане, воздушном шаре, параплане. Обычно такие альтиметры является частью многофункциональных устройств, которые помимо высоты также определяют вертикальную скорость движения, температуру, давление и т.д.

Однозадачные альтиметры, не обладающие другими функции, работают по барометрическому принципу. Зачастую гражданские версии такого устройства для парашютистов представляют собой подобие обыкновенных наручных часов. Они почти ничего не весят, и дают возможность определять высоту в полете даже до раскрытия парашюта.

Также необходимость в знании высоты может возникать во время горных подъемов. Специально для этого были разработаны туристические высотомеры, созданные для альпинистов. Подобные устройства производят в более широком изобилии, чем парашютные.

Их делают с разным форм-фактором под:

Самым распространенным является туристический высотомер в виде наручных часов. Часто это многофункциональный прибор, показывающий еще и время, давление, направление на север. Устройства в форме компаса или шайбы зачастую позволяют определять только высоту.

Туристические высотомеры, как и парашютные, обычно делаются противоударными. Они продолжают нормально работать в широком диапазоне температур. Их механизм защищен от промокания. При выборе туристического высотомера необходимо отталкиваться от того, на какую высоту планируется подниматься в горах. Большинство устройств имеют шкалу только на 2,5 км. Если потребуется поднять дальше, то стоит остановиться на альтиметре на 4 км.

Наиболее экзотическим альтиметром можно назвать туристический швейцарский нож, с встроенным высотомером, термометром, таймером и будильником. Это весьма полезное устройство, поскольку позволяет отказаться от множества тяжелого оборудования, что важно в походе.

В целях обеспечения безопасности полетов, увеличения пропускной способности воздушного пространства и получения экономического эффекта (экономии топлива) происходит планомерное сокращение интервалов вертикального эшелонирования полетов. Главным критерием системы эшелонирования полетов является ее соответствие допустимой вероятности 210-6 критического сближения самолетов (когда может произойти столкновение) при встречах за 1 час полета. Эта вероятность зависит от точности выдерживания высоты экипажами самолетов от средств стабилизации высоты и в большей степени от точностных характеристик и надежности высотомерного оборудования.

Содержание

. ВВЕДЕНИЕ 3
ІІ. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ 4
1. Назначение 4
2. Барометрический метод измерения 5
3. Принцип действия датчика 5
4. Робота датчика за принципиальною схемою 6
5. Разработка структурной схемы измерительного устройства 8
6. Проведение расчета гофрированной мембраны 8
7. Проведение расчета кривошипно-шатунной передачи 12
8. Расчет потенциометрического преобразователя 14
9. Расчет передаточной функции чувствительного элемента 16
10. Подбор АЦП для высотомера 16
11. Погрешности барометрических высотомеров 18
ІІІ. ВЫВОДЫ 20
Литература: 21

Работа содержит 1 файл

Курсова з ДА.docx

НАЦИОНАЛЬНЫЙ АВИАЦИОННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Тема: Измеритель высоты полета барометрический

Выполнил: студент 310 группы Института аэронавигации

Руководитель: ст. преподаватель Егоров С.Г.

ІІ. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ 4

2. Барометрический метод измерения 5

3. Принцип действия датчика 5

4. Робота датчика за принципиальною схемою 6

5. Разработка структурной схемы измерительного устройства 8

6. Проведение расчета гофрированной мембраны 8

7. Проведение расчета кривошипно-шатунной передачи 12

8. Расчет потенциометрического преобразователя 14

9. Расчет передаточной функции чувствительного элемента 16

10. Подбор АЦП для высотомера 16

11. Погрешности барометрических высотомеров 18

Одним из важнейших пилотажно-навигационных параметров является высота полета самолета. Знание высоты полета необходимо летчику для расчета захода на посадку, для выдерживания заданного эшелона полета, для выполнения спецзаданий, обеспечения безопасности полета и т. д.

Развитие и совершенствование авиационной техники, увеличение парка самолетов и их налета приводят к возрастанию интенсивности движения в воздушном пространстве. Увеличение дальности полетов, расширение диапазона скоростей и высот, всепогодность авиации и т. д. накладывают все более жесткие требования на точность измерения высоты полета. Высотомеры измеряет высоту полета самолета в среднем от -60 до +60 .

В целях обеспечения безопасности полетов, увеличения пропускной способности воздушного пространства и получения экономического эффекта (экономии топлива) происходит планомерное сокращение интервалов вертикального эшелонирования полетов. Главным критерием системы эшелонирования полетов является ее соответствие допустимой вероятности 210 -6 критического сближения самолетов (когда может произойти столкновение) при встречах за 1 час полета. Эта вероятность зависит от точности выдерживания высоты экипажами самолетов от средств стабилизации высоты и в большей степени от точностных характеристик и надежности высотомерного оборудования.

ІІ. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Высотой полета называют измеренное по вертикали расстояние между ВС и некоторой поверхностью, принятой за начало отсчета.

При полетах самолетов различают четыре основных вида высот (рис. 2.1.):

абсолютная высота () – высота полета относительно уровня моря (p_о = 760 мм.рт.ст.);
относительная высота () – высота полета относительно места взлета или посадки;
истинная высота () – высота полета относительно места, над которым находится самолет в данный момент времени;
барометрическая высота () – высота полета относительно места с заданным атмосферным давлением.

Рис. 2.1. Виды высот полета

Знание абсолютной высоты необходимо при эшелонировании, испытательных полетах ВС и авиационных двигателей, относительная высота должна быть известна при взлете и посадке, а истинная высота – во всех случаях полета.

На больших ВС применяют комплексы высотно- скоростных параметров, которые предназначены для обслуживания нескольких бортовых систем – автопилотов, навигационных систем и комплексов, дистанционных указателей и т.д. В таких комплексах, обычно, конструктивно объединяют датчики высоты полета с датчиками скорости и числа .

Барометрические высотомеры измеряют абсолютную высоту, а также относительную высоту над уровнем аэродрома, для которого известно барометрическое давление воздуха.

Барометрический метод измерения высоты основан на зависимости атмосферного (абсолютного или статического) давления от высоты, фактическое давление на заданной высоте не постоянно, а зависит от состояния атмосферы, характера и направления воздушных течений, времени суток, географических координат, солнечной активности и других факторов. При конструировании барометрических высотомеров используются среднестатистические зависимости стандартной атмосферы, для которой на уровне мора давление , температура воздуха , плотность воздуха . Зависимость температуры от высоты имеет различный характер на разных высотах. До высоты температура линейно уменьшается: .

На высоте температура постоянна: . Атмосферное давление не зависит от рельефа местности, поэтому изобары шарообразны и эквидистантны к поверхности мирового океана. Зависимость , называемая барометрической формулой, выводится в предположении, что воздух является идеальным газом.

Для высот от до барометрическая формула имеет вид: _{, где} – среднее давление на уровне моря; – температурный градиент; – средняя абсолютная температура на уровне моря, равная – газовая постоянная.

Конструктивно барометрический высотомер представляет собой манометр абсолютного давления (рис. 2.2.), измеряющий атмосферное давление. Чувствительным элементом прибора, является анероид - герметичная мембранная коробка 1, из которой откачен воздух. Анероид помещен в герметичный корпус 2, который трубопроводом 3 соединен с приемником статического давления 4. При изменении высоты полета изменение давления вызывает упругую деформацию мембранной коробки, центр которой смещается и передвигает через передаточный механизм 5 стрелку прибора 6. Барометрические высотомеры применяются также в качестве датчиков сигналов высоты в САУ полетом, в вычислителях прицелов и других автоматических устройствах. Подобные датчики иногда называют корректорами высоты. Выходной сигнал корректоров высоты пропорционален не текущей высоте полета, а разности между фактической высотой и заданной , которая вводится в корректор высоты автоматически. Диапазон измерений обычно невелик, порядка или .

В авиации барометрические высотомеры используются на высотах от , их точность на этих высотах достаточна для пилотирования самолета. На высотах до используют радиотехнические высотомеры которые более точны на низких высотах.

Рис. 2.2. Принципиальная схема барометрического высотомера

4. Робота датчика за принципиальною схемою

Электромеханические преобразователи высоты. Простейшим представителем преобразователей является потенциометрический преобразователь типа ДВбП (рис. 2.3.), выходным сигналом которого служит относительное сопротивление.

Под относительным сопротивлением понимают отношение сопротивления между выходными клеммами потенциометра к его полному сопротивлению.

В качестве упругого чувствительного элемента используются встречно действующие анероидные коробки 1, расположенные внутри герметичного корпуса 5. Встречное соединение анероидных коробок позволяет компенсировать влияние на преобразователь линейных и вибрационных перегрузок при одновременном увеличении вращающего момента. При изменении высоты перемещение жестких центров анероидных коробок 1 через кривошипно-шатунную передачу 2 преобразуется в угловое перемещение ползунка потенциометра 3 по потенциометру 4 что изменяет сопротивление потенциометра и как следствие - выходное напряжение .

Рис. 2.3. Принципиальная схема электромеханического преобразователя

1 - анероидные коробки; 2 - кривошипно-шатунная передача;

3 - ползунок потенциометра; 4 - потенциометр; 5 - корпус

5. Разработка структурной схемы измерительного устройства

Структурная схема прибора представлена на рис. 2.4.

1 - звено запаздывания (трубопровод по которому в корпус прибора поступает статическое давление);

2 - чувствительный элемент (анероидная коробка что преобразует изменение давления в изменение размера своих мембран);

3 - передаточно-множительный механизм (кривошипно-шатунная передача);

4 - вторичный преобразователь (потенциометр);

5 - АЦП (принимают входные аналоговые сигналы, в данном случае напряжение, и генерируют соответствующие им цифровые сигналы, пригодные для обработки микропроцессорами и другими цифровыми устройствами)

Рис. 2.4. Структурная схема высотомера

6. Проведение расчета гофрированной мембраны

С помощью уравнения можно спроектировать мембрану, если задана ее характеристика.

Аппроксимируя характеристику уравнением: .

Сопоставляя выражения и , где

w – прогиб центра мембраны;

– коэффициенты зависящие от формы мембраны

– толщина материала мембраны;

– модуль упругости материала;

устанавливаем соотношения между коэффициентами этих уравнения: ; .

Исключив из выражений толщину , получим: .

В соответствии с условиями работы мембраны выбирается материал, чем устанавливается значение модуля упругости Е. Диаметром 2R мембраны задаются габариты условий. Таким образом правая часть равенства содержит известные величины.

Коэффициенты a и b связаны с геометрией профиля мембраны управления: ; .

Пускай наша мембранная коробка будет спроектирована на по характеристике что изображена на рис 2.4., форма которой определена из расчета кинематики и механизма и обеспечивает линейность шкалы манометра.

Рис. 2.5. Характеристика зависимости прогиба мембраны от давления

Рабочий диаметр мембраны должен быть не больше 50 мм, материал бериллиевая бронза ( ).

Так как прогиб мембраны вдвое меньше прогиба мембранной коробки, то характеристика мембраны может изображаться на рис. 2.5., если на оси ординат нанести шкалу прогибов в половинном масштабе.

Проведем касательную ОВ к характеристике в начале координат. Ее наклон определяет величину линейного члена характеристики : , где и - координаты произвольной точки на касательной ОВ. Например, для конечной точки В: мм и кгс/см 2 .

Тогда коэффициент А при линейном члене характеристики:

Для определения кубического члена подставим в уравнение координаты произвольной точки характеристики мембраны, например, точки С: и . Тогда , откуда .

Для проверки следует построить характеристику мембраны по уравнению

, подставив в него найденные значения коэффициентов A и B, и сравнить ее с заданной. При значительном расхождении полученной и заданной характеристик можно повторить расчет, изменив положение произвольной точки С при определении кубического члена. Для этого следует сдвинуть точку С к тому месту кривой, где получилось наибольшее расхождение. В рассматриваемом примере уравнения при найденных значения коэффициентов А и В достаточно хорошо совпадает с заданной характеристикой.

Определим по формуле соотношение между коэффициентами a и b, задавшись рабочим радиусом R=25мм:

Выберем профиль мембраны в виде синусоидального отношения По кривой на рис. 2.6. находим при отношение глубины гофрировки к толщине материала . Затем по кривым и определяем по рис. 2.7. коэффициенты и . Толщина h материала мембраны определится из равенства:

Глубина гофрировки будет . При принятом соотношении длина волны равна . Если принять радиус плоской центральной части мембраны , то число волн гофрировки будет

Рис. 2.6. Графики отношения , при

Рис. 2.7 Графики коэффициентов a и b при

7. Проведение расчета кривошипно-шатунной передачи

Простая кривошипно-шатунная передача - передача у которой направление движения ползунка происходит через ось вращения кривошипа.

Перемещение ползунка определяют по соотношению:

где - длина шатуна ; - плечо кривошипа ; - начальный угол кривошипа; - угол кривошипа при перемещении ползунка на величину .

Рассмотрим расчет механизма с учетом кривошипно-шатунной передачи: характеристика чувствительного элемента практически линейная. Исходя из расчетов гофрированной мембраны . Максимальный угол поворота стрелки , . Расстояние между осями кулисы и рычага .

Определим узлы поворота кривошипа при прогибах чувствительного элемента по заданной ранее последовательности (при ):

Определим передаточное отношение кривошипно-шатунной передачи после поворота кривошипа на угол :

Определим углы поворота стрелки для различных прогибов. Из формулы вывод, что поворот стрелки качественно зависит от длины шатуна и плеча кривошипа. , .

На рис. 2.7. изображен график зависимости изменения угла поворота стрелки при перемещении .

Все летательные аппараты в настоящее время имеют комплекс необходимого приборного оборудования, обеспечивающего экипажу выполнение полета, контроль за работой силовых установок и других систем. Приборы позволяют летчику производить контроль взлета и посадки, снижения и набора высоты, различных эволюций при выполнении полета. Даже самые первые самолеты имели на борту указатели скорости, высотомеры и компасы. Без приборов фактически невозможен полет любого летательного аппарата.

Авиационные приборы, устанавливаемые на борту самолета, классифицируются по назначению и принципу действия.

В зависимости от назначения они подразделяются на следующие группы:

пилотажно-навигационные (включая пилотажно-навигационные системы);

приборы контроля работы авиадвигателей; впомогательные приборы.

Первая группа приборов включает в себя указатели скорости, вариометры, авиагоризонты, компасы, указатели поворота и скольжения, автопилоты и др.

К приборам контроля работы двигателей относятся: тахометры, манометры, термометры, топливомеры, масломеры, расходомеры.

Вспомогательная группа приборов включает в себя те приборы, которые не вошли в основные группы (амперметры, вольтметры, манометры гидросистем, кабинные термометры и т. д.).

Указатель скорости предназначен для определения скорости полета и основан на принципе измерения скоростного напора воздушного потока. Действительно, зная величину скоростного напора

и плотность воздуха ρ, можно определить скорость самолета относительно воздуха. Схема указателя скорости показана на рис. 122.

Датчиком указателя скорости является приемник воздушных давлений (ПВД), устанавливаемый по направлению полета самолета. Приемник воздушных давлений имеет статическую камеру (С), сообщаемую с атмосферой через ряд отверстий, и камеру полного давления (П). Давление в статической камере всегда равно атмосферному. Благодаря осевому направлению отверстия в носке ПВД камера полного давления воспринимает не только атмосферное давление, но и скоростной напор. Полное давление будет зависеть от скорости движения самолетов относительно воздуха.

Давление из обеих камер через трубопроводы подается к указателю скорости, чувствительным элементом которого является манометрическая коробка. В герметичную внутреннюю полость корпуса указателя скорости подводится давление из статической камеры ПВД. В полость манометрической коробки поступает полное давление из камеры Я приемника воздушных давлений. Таким образом, манометрическая коробка оказывается под действием перепада полного и статического давлений, т. е. под действием скоростного напора.

Вследствие перепада давлений манометрическая коробка расширится и перемещение ее жесткого центра через передаточный механизм передается на стрелку прибора. Степень расширения манометрической коробки зависит от скорости полета.

При малых скоростях полета чувствительность манометрической коробки незначительная и, следовательно, перемещения жесткого центра небольшие. Для более точного определения воздушной скорости при полете на малых скоростях, что особенно важно при полете на критических и посадочных скоростях, в указателях скорости применяют трехмембранные манометрические коробки. Средняя и нижняя мембраны при этом составляют герметичную полость, сообщаемую с камерой полного давления, а через верхнюю мембрану свободно передается перемещение жесткого центра средней мембраны. Благодаря такому устройству на малых скоростях скоростной напор воспринимается средней и нижней мембранами. Вследствие малой жесткости средней мембраны перемещения жесткого центра будут большими даже при наличии незначительного скоростного напора. Поэтому деления шкалы указателя скорости выполняются редкими и позволяют с достаточной точностью определить воздушную скорость. С увеличением скорости полета средняя мембрана прижимается к верхней, в результате чего суммарная их жесткость возрастет, и скоростному напору необходимо преодолеть гораздо большее сопротивление.

При определении воздушной скорости по величине скоростного напора указатель скорости тарируется с учетом постоянной плотности воздуха. Однако плотность в большой мере зависит от температуры и давления (высоты полета). Следовательно, данному прибору всегда присущи погрешности, связанные с несовершенством методики замера скорости. Данные погрешности учитываются при подсчете истинной воздушной скорости на навигационной линейке.

На большинстве современных самолетов, помимо обычного указателя скорости, устанавливается указатель числа М (маметр) с контактным устройством системы световой сигнализации, замыкающим электрическую цепь в момент достижения самолетом скорости соответствующей установленному предельному значению числа М. Принцип действия прибора основан также на замере разности между полным и статическим давлением в полете.

Вариометр (рис. 123) устанавливается на самолете для определения вертикальной скорости его движения, что позволяет пилоту строго выдерживать заданную высоту полета.

Измерение вертикальной скорости движения самолета вариометром основано на принципе замера перепада между атмосферным давлением и давлением внутри замкнутого объема корпуса прибора, сообщающегося с атмосферой через капилляр.

В качестве чувствительного элемента в вариометре используется манометрическая коробка, непосредственно сообщаемая с атмосферой. Такая связь с атмосферой чувствительного элемента и корпуса прибора при изменении атмосферного давления (высоты полета) приводит к тому, что внутри манометрической коробки давление меняется сразу, а в полости корпуса — постепенно. В peзультате этого образуется перепад между давлением внутри и вне мембранной коробки. Если, например, самолет будет идти с набором высоты (атмосферное давление будет понижаться), то в полости манометрической коробки давление сразу же уменьшится, а в полости корпуса прибора оно будет падать постепенно. Вследствие образовавшегося перепада давления манометрическая коробка сожмется и движение ее центра передастся передаточному механизму, который переместит стрелку указателя вверх, что будет свидетельствовать о подъеме самолета. Шкала указателя градуируется в метрах в секунду. При снижении самолета стрелка указателя отклоняется вниз, а в горизонтальном полете стрелка находится на нуле.

На лицевой части вариометра имеется юстировочный винт, с помощью которого стрелку прибора при случайном ее смещении можно всегда установить на нуль.

Барометрический высотомер служит для определения высоты полета самолета по величине абсолютного давления окружающего воздуха, изменяющегося с высотой.

Чувствительным элементом высотомера (рис. 124) являются анероидные коробки, жестко скрепленные друг с другом. С увеличением высоты полета окружающее атмосферное давление воздуха падает и анероидные коробки расширяются. Перемещение центра коробок при этом через передаточный механизм передается на стрелки, которые отклоняются, показывая увеличение высоты полета. Шкала прибора градуируется в метрах. Обычно высотомеры имеют две стрелки, одна из которых (большая) делает полный оборот при подъеме на каждые 1 000 м высоты, а другая (малая) — на каждые 10 000 м. Такое устройство позволяет более точно определять высоту полета.

В приборе предусматривается специальный компенсатор (биметаллический) температурных ошибок и пружинный противовес для компенсации возможных ошибок из-за действия инерционных сил. В связи с тем что фактическое состояние атмосферы на аэродроме может отличаться от расчетного (по международной стандартной атмосфере), высотомеры при стоянке самолетов в разное время будут показывать различную высоту. Для устранения сопутствующих этому явлению ошибок на лицевой стороне прибора имеется барометрическая шкала, связанная со стрелками и кремальерой. Поворотом кремальеры стрелки высотомера можно установить в нулевое положение.

Компасы, устанавливаемые на самолетах, служат для определения его курса. В качестве указателя курса широкое распространение получили магнитные компасы, использующие в своей основе явление земного магнетизма. Магнитным компасам всегда присущи ошибки, связанные, например, с инерционностью вращающихся масс, девиацией магнитной стрелки. Девиация, т. е. отклонение магнитной стрелки на некоторый угол от истинного направления магнитных силовых линий земли, является результатом воздействия на стрелку компаса посторонних магнитных полей. На самолете девиация вызывается стальными деталями самолета, электромагнитными полями генераторов, электрических приборов и т. д.

Для устранения девиации магнитную систему компаса обычно относят в такое место самолета, где посторонние магнитные поля незначительны. Такие компасы получили название дистанционных.

Однако указанные ошибки магнитных компасов делают их непригодными при разворотах самолета на заданный угол и для строгого выдерживания курса. В этом отношении наибольшую точность показаний имеют гирополукомпасы (рис. 125), использующие в своей работе свойство гироскопа с тремя степенями свободы сохранять неизменным положение оси ротора в пространстве. Для определения курса самолета к внешней рамке гироскопа, расположенного внутри корпуса прибора, крепится картушка с оцифровкой от 0 до 360°. Ось ротора гироскопа устанавливается параллельно продольной оси самолета (рис. 125, б). Если самолет повернется на некоторый угол, то точно на такой же угол повернется продольная ось самолета и корпус прибора с окошечком и курсовой чертой (рис. 125, в). Ось же ротора гироскопа благодаря своим свойствам сохранит прежнее направление. Картушка, прикрепленная к рамке гироскопа, также сохранит свое первоначальное положение. Следовательно, курсовая черта относительно картушки повернется на угол, равный углу поворота самолета, что и будет видно в смотровом окошечке гирополукомпаса. На лицевой стороне прибора имеется арретирующее устройство, позволяющее поворачивать весь гироскоп относительно вертикальной оси и тем самым согласовывать показания гирополукомпаса с магнитным компасом.

Авиагоризонт предназначен для определения положения самолета относительно плоскости горизонта.

Принцип работы авиагоризонта также основам на использовании свойства гироскопа с тремя степенями свободы сохранять неизменным положение оси ротора в пространстве. В авиагоризонте (рис. 126) в отличие от гирополукомпаса гироскоп устанавливается таким образом, что ось ротора при любых положениях самолета в пространстве остается вертикальной.

С внешней рамкой гироскопа через передачу из двух маленьких с одинаковым числом зубьев шестеренок связан индекс прибора (силуэт самолета). На смотровом окошечке лицевой стороны прибора нанесены горизонтальные черточки-индексы.

В горизонтальном полете силуэт самолетика находится на одной линии с горизонтальными индексами.

Если самолет начнет снижаться, то при этом корпус прибора повернется вокруг оси II—II гироскопа, который сохранит свое первоначальное положение. Горизонтальные индексы относительно силуэта самолетика сместятся вверх, и у пилота создастся иллюзия снижения самолета. При наборе высоты получается обратная картина.

При помощи авиагоризонта определяют и крен самолета. При крене на определенный угол наружная рамка гироскопа поворачивается вместе с корпусом прибора относительно оси I — I , оставаясь на одном уровне с горизонтальными индексами. Подвижная шестеренка, сидящая на одной оси с силуэтом самолетика, повернется относительно жестко закрепленной с внешней рамкой гироскопа шестеренки на угол, вдвое превышающий угол крена самолета, т. е. относительно горизонтальных индексов силуэт самолетика накренится на угол, равный поперечному крену самолета.

Указатель поворота (рис. 127) в своей работе использует свойство гироскопа с двумя степенями свободы, который в случае пово-

рота самолета с какой-то угловой скоростью стремится повернуться относительно оси вращения рамки X—X таким образом, чтобы вектор угловой скорости собственного вращения ротора был бы параллелен вектору угловой скорости самолета. Угол поворота фиксируется стрелкой, выведенной на лицевую часть прибора. По окончании разворота гироскопический момент будет равен нулю и стрелка под действием пружины возвратится в нейтральное положение. Для устранения колебаний стрелки при резких изменениях угловой скорости в приборе имеется демпфер (успокоитель).

Обычно указатель поворота совмещают в одном приборе с указателем скольжения (крена), состоящем из плавно изогнутой стеклянной трубки, заполненной толуолом, внутри которой свободно перемещается шарик из черного стекла. При правильном развороте шарик под действием центробежной силы и силы веса будет находиться в середине трубки. Смещение шарика от нейтрального положения будет свидетельствовать о том, что вираж происходит со скольжением.

Автопилот предназначен для облегчения пилотирования самолета. При включении автопилота пилот освобождается от физической нагрузки по управлению самолетом, но он не освобождается от необходимости наблюдать и анализировать показания пилотажных приборов.

Автопилот осуществляет стабилизацию самолета относительно вертикальной, продольной, поперечной осей и позволяет также производить спуск, подъем и вираж.

Автопилот состоит из чувствительных элементов, промежуточного механизма (усилитель), рулевых машин (исполнительные механизмы), источников питания, пульта управления.

Чувствительными элементами автопилотов являются гироскопические приборы, внешняя рамка которых или гировертикаль имеют связь с электрическими, пневматическими, гидравлическими или другими датчиками.

Стабилизация самолета по трем осям координат осуществляется курсовым и продольно-поперечным стабилизаторами. Первый выдает сигналы отклонения от заданного положения по курсу и сигналы координации крена в зависимости от отклонения по курсу, второй — сигналы отклонения от продольной и поперечной осей и сигналы координации в зависимости от крена по курсу и углу тангажа.

Промежуточный механизм (усилитель) служит для усиления сигналов отклонения от заданного положения по осям стабилизации и определения направления этих отклонений.

Рулевые машины являются исполнительными механизмами, которые перекладывают и удерживают рули в положениях, соответствующих величинам и направлениям сигналов, поступающих от усилителя. В качестве исполнительных механизмов в автопилотах применяются гидравлические, пневматические и электрические устройства.

Пульт управления состоит из органов управления автопилотом и сигнальных лампочек.

В прямолинейном горизонтальном полете щетки потенциометра продольно-поперечного стабилизатора (гировертикали) и рулевой машины руля высоты находятся в равнопотенциальных точках (положение I). В этом случае ток в цепи отсутствует и сигнал в усилитель не поступает. При отклонении самолета от заданного режима вследствие внешнего возмущения корпус гировертикали и связанный с ним потенциометр повернется вместе с самолетом. Щетка, связанная с осью карданного подвеса гироскопа, останется на месте, так как ось ротора гироско

па при отклонении самолета от первоначального режима сохраняет свое положение в пространстве. Потенциометр перемещается относительно щетки (положение II). Электрическое равенство цепи нарушается.

В результате этого в усилителе появляется сигнал определенного знака, что в свою очередь приводит к срабатыванию реле усилителя, посылающего сигнал в рулевую машину, отклоняющую руль для парирования действующего возмущения (положение III).

Руль отклоняется до тех пор, пока щетка тросового барабана Рулевой машины не дойдет до точки, имеющей равный потенциал с точкой на потенциометре гировертикали.

Отклоненный руль, противодействуя возмущающему моменту, начинает приводить самолет к исходному положению.

В некотором промежуточном положении щеток потенциометра гировертикали и потенциометра рулевой машины электрическая Цепь оказывается сбалансированной. Движение тросового барабана рулевой машины прекращается. Это происходит при вполне определенном соотношении между отклонением руля высоты и величиной сохранившегося еще возмущения (положение IV).

Под действием отклоненного руля самолет продолжает возвращаться в исходное положение, а вместе с ним и потенциометр гировертикали (положение V). Это вызывает новое нарушение балансировки электрической цепи моста и появление сигнала на усилителе и рулевой машине, но в обратном направлении. Результатом этого явится движение руля также к исходному положению, т. е. к нейтрали (положение VI).

Используемая литература: "Основы авиации" авторы: Г.А. Никитин, Е.А. Баканов

Читайте также: