Всенаправленный измеритель малой скорости с приемником давления на вращающейся штанге

Стр 1 из 18Следующая ⇒

Рассмотренный в параграфе 5.1 инвариантный измеритель скорости позволяет существенно повысить вероятность получения достоверной информации о малой скорости полета вертолета и самолета. Этот измеритель был быстро внедрен практически на всех современных вертолетах и на некоторых самолетах. Особенно быстро и просто был внедрен его упрощенный вариант с фиксированной дополнительной емкостью. С помощью устройства, показанного на рис. 5.8, на ответственном режиме полета определяют величину объема, изготавливают емкость с постоянным объемом и устанавливают ее в канал полного давления.

К недостаткам инвариантного измерителя скорости относится то, что с помощью него не решается проблема точного измерения околонулевых скоростей вертолета в направлениях полета вправо, влево, назад. Для этих целей используют всенаправленный измеритель малой скорости (рис. 5.9).

Рис. 5.9. Принципиальная схема датчика всенаправленного измерителя скорости с приемником давления на вращающейся штанге: 1 – преобразователь давления в электрический сигнал; 2 – штанга; 3 ‑ приемник давления

Принцип действия всенаправленного измерителя основан на способности приемников давления, установленных на вращающейся штанге, разлагать общую скорость полета по направлениям вперед-назад (ось x – x) и вправо-влево (ось z – z). При нулевой скорости полета штанга 2 с приемником 3 совершает принудительное с помощью двигателя постоянное вращение вокруг своей оси. При этом в дифференциальный датчик 1 поступают одинаковые по величине давления Р₁ и Р₃. Сигнал с датчика отсутствует, что свидетельствует об отсутствии движения вертолета. При появлении движения вертолета приемники 3 участвуют в двух движениях: вращательном и поступательном (рис. 5.10).

Рис. 5.10. Схема расположения приемников давления при вращении штанги (а) и векторная диаграмма скоростей (б)

Рассмотрим вариант, когда на штанге установлены приемники полного давления типа ППД. Если вертолет летит со скоростью и скольжением β , то составляющие этой скорости равны

, (5.18)

. (5.19)

Окружная скорость при вращении штанги равна

, (5.20)

где f – частота вращения штанги; R – радиус штанги. При вращении приемники давления занимают положения 1 – 4 (рис. 5.10, а). В зависимости от этого поступательная и окружная скорости либо складываются (в положениях 1 – 2), либо вычитаются (в положениях 3 – 4). Определим значения полных давлений в точках 1 – 4 по формуле

. (5.21)

Подставляя значения скоростей в эту формулу в каждой точке ППД, получим

, (5.22)

, (5.23)

, (5.24)

. (5.25)

Как известно, поступательная скорость относительно воздуха зависит от динамического давления Р_п-Р_ст:

, (5.26)

, (5.27)

, (5.28)

. (5.29)

Определим приращения динамического давления Δ Р_д по осям х-х, z-z. Для этого из уравнения (5.26) вычтем уравнение (5.28), а из уравнения (5.27) вычтем уравнение (5.29):

, (5.30)

. (5.31)

В формулы (5.30) и (5.31) подставим значения скоростей v_o, v_x, v_z по формулам (5.18) – (5.20):

, (5.32)

. (5.33)

По формулам (5.32) и (5.33) в вычислителе всенаправленного измерителя определяются значения приборной скорости полета вертолета в направлениях вперед-назад, вправо-влево при и постоянных значениях параметров f, R.

Для оценки эффекта всенаправленного измерителя малых скоростей по последним формулам определим чувствительности динамического давления по скорости

, (5.34)

. (5.35)

Видим, что чувствительность давлений по скорости в рассматриваемом измерителе постоянна и не зависит от скорости полета в отличие от манометрического способа измерения (рис. 5.11).

Рис. 5.11. Зависимость чувствительности давления по скорости: 1 – для всенаправленного измерителя; 2 – для манометрического способа

Следует особое внимание обратить на формулы (5.30) – (5.33). Оказывается, что малые скорости измеряются вместе с наперед заданной скоростью v_o. Это равносильно наличию искусственного наддува в пневматической системе восприятия полного давления, который может быть увеличен за счет увеличения радиуса R и частоты вращения штанги f. Предельным значением окружной скорости v_o является скорость, при которой в приемнике давления появляются сверхзвуковые течения воздуха, что приводит к запиранию приемника (волновой кризис).

Для определения направления полета ось штанги датчика измерителя фиксируется относительно строительной оси вертолета, как это показано на рис. 5.10. Дифференциальный датчик давления 1 (рис. 5.9) непрерывно принимает разность давлений с двух приемников давления. Однако прием этой разницы давлений в вычислителе осуществляется только тогда, когда ось приемника совпадает с осями х-х и z-z вертолета по сигналу с диска, вращающемуся вместе со штангой.

Знаки давления дифференциального датчика, рассчитанные по формулам (5.30) и (5.31), будут зависеть от направления движения вертолета (рис. 5.12), полная истинная воздушная скорость вычисляется по ее составляющим как

Рис. 5.12. Знаки давления дифференциального датчика в зависимости от направления полета

Знаки давления дифференциального датчика могут быть алгоритмом определения направления движения вертолета.

Представителем всенаправленного измерителя по приведенной выше теории является измеритель фирмы Пейсер Системс (США) с условным названием ЛОРАС. Она состоит из датчика (рис. 5.13), указателя малых скоростей (рис. 5.14) и вычислителя воздушных параметров (не показан), в котором расположен датчик статического давления. На основе давления Р_д, получаемого с приемников на штанге, Р_стс датчика, расположенного внутри вычислителя и температуры торможения потока воздуха вычисляются следующие параметры: полная истинная воздушная скорость, продольная составляющая истинной воздушной скорости, поперечная составляющая истинной скорости, давление окружающего воздуха, температура наружного воздуха. Масса датчика 2, 3 кг, масса вычислителя 5, 8 кг, диаметр корпуса датчика 108 мм, радиус штанги датчика 0, 34 м, скорость вращения штанги 720 об/мин.

Рис. 5.13. Внешний вид всенаправленного датчика давления: 1 – приемник Вентури; 2 – штанга; 3 – дифференциальный преобразователь давления в электрический сигнал; 4 – приемник температуры торможения потока; 5 – корпус с двигателем

Измеритель имеет следующие технические данные: диапазон полной скорости 0 – 370 км/ч, диапазон продольной составляющей скорости от –2, 5 км/ч до +370 км/ч, диапазон поперечной скорости 92, 5 км/ч вправо, 92, 5 км/ч влево, диапазон температуры наружного воздуха от –54^оС до +55^оС.

Рис. 5.14. Внешний вид указателя измерителя ЛОРАС: 1 ‑ шкала всенаправленной скорости; 2 ‑ граница допустимой скорости; 3 ‑ шкала продольной скорости; 4 ‑ планка поперечной скорости; 5 ‑ шкала поперечной скорости; 6 ‑ планка продольной скорости; 7 ‑ центр околонулевых скоростей

В измерителе предусмотрено применение различных указателей, вплоть до многофункционального, получающего информацию как от датчиков на штанге, так и от ПВД, установленного на борту фюзеляжа. Например, указатель, показанный на рис. 5.14, имеет ограниченные диапазоны: полная скорость от 0 до 222 км/ч; продольная составляющая скорости от –74 до +111 км/ч; поперечная составляющая скорости ±92, 5 км/ч.

Шкалы имеют градуировку в узлах (миля/час). Полная скорость отображается по левой шкале 1, продольная скорость – по вертикальной шкале 3, поперечная скорость – по горизонтальной шкале 5. Полную скорость показывает стрелка по шкале 1, продольную скорость показывает планка 6, поперечную скорость показывает планка 4. Предельное значение скорости определяется перекрестием планок 4 и 6 на границе 2.

По сравнению с традиционным манометрическим измерителем скорости измеритель типа ЛОРАС имеет очевидные преимущества: он может измерять в горизонтальной плоскости все скорости. Он обладает высокой чувствительностью согласно формулам (5.34) и (5.35). При указанных выше технических значениях и при нормальной плотности (ρ = ρ _о) чувствительность измерителя по продольной оси, например, составляет 0, 703·10^-3 кг/см² на один км/ч при скорости полета 1, 874 км/ч. При такой же скорости обычный манометрический измеритель имеет чувствительность 0, 166·10^-5 кг/см² на один км/ч, то есть в 423, 5 раза меньше.

К положительным свойствам измерителя типа ЛОРАС относятся: способность измерять скорость по двум осям, высокая точность (± 3, 7 км/ч), удовлетворительная динамика сигналов в связи с их передачей по электрическим каналам (вместо пневматических).

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒