Измеритель параметров воздушного потока на летательных аппаратах

Измеритель параметров воздушного потока на летательных аппаратах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 6 01 P 5/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4630748/10 (22) 03.01.89 (46) 23,09.91. Бюл. № 35 (72) В. М. Агеев, B. Г. Кравцов, Р, Г. Чачикян и А, А. Ягудин (53) 532.574(088.8) (56) Боднер В. А. Авиационные приборы. М.:

Машиностроение, 1969, с. 77, 348.

Патент Англии ¹ 1176381, кл. G 01 P 5/14, 1970. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУШНОГО ПОТОКА НА ЛЕТАТЕЛЬНЫХ

АППАРАТАХ (57) Изобретение относится к устройствам измерительной техники и может быть использовано для определения параметров набегающего воздушного потока на летательный аппарат — угла атаки и его производных в условиях сдвига ветра. Цель

Изобретение относится к устройствам измерительной техники и может быть использовано для определения параметров набегающего воздушного потока на летательный аппарат (ЛА) — угла атаки и его произвбдных в условиях сдвига ветра.

Цель изобретения — повышение точности измерений и быстродействия устройства, На фиг. 1 показан приемник воздушного давления с полусферическим насадком, общий вид; на фиг. 2 — расположение приемных отверстий на полусфере; на фиг. 3— структурная схема измерителя; на фиг, 4— конструкция фотоэлектрического преобразователя перемещений; на фиг, 5 — принцип засветки фотоп риемника; на фиг. 6 — структурная схема электронного блока с фото.. ЯЛ, 1679391 А1 изобретения — повышение точности и быстродействия устройства. В преобразователь давления, связанный пневмоканалами с измерительным насадком, вводится преобразователь перемещений и блок обработки сигналов. Преобразователь перемещений выполняется в виде связанных с корпусом двух сильфонов, торцы которых соединяются между собой жесткой тягой, внутри которой имеется капиллярный канал, При этом торец одного сильфона помещается между источником света и фотоприемником, который выполняется в виде линейного прибора с зарядовой связью, линия фоточувствительности которого пересекает под острым углом плоскость торца сильфона, Блок обработки сигналов позволяет осуществлять уп-. равление прибором с зарядовой связью и производит обработку сигналов. 8 ил. приемником; на фиг, 7 — эпюры напряжений электронного блока; на фиг.,8 — расчет параметров преобразователя.

Устройство содержит приемник 1 воздушного давления, выполненный в виде цилиндрического тела с полусферическим насадком 2 и приемными отверстиями 3 — 5 соответственно в центре полусферы, в горизонтальной плоскости и в вертикальной плоскости, которые соединены пневмоканалами 6 с преобразователем 7 — 11 давлений.

Преобразователь давлений в канале измерения угла атаки содержит фотоэлектрический преобразователь 7 перемещений и электронный блок 11. Фотоэлектрический преобразователь 7 перемещений выполнен в виде корпуса 12, внутри которого размещены два одинаковых сильфона 13, входы

1679391

30 которых закреплены в противоположных торцах корпуса 12 и соединены пневмоканалэми 6 с приемными отверстиями 5 полусферического насадка 2, а днища 14 сильфонов 13 жестко связаны между собой тягой 15, внутри которой выполнен капиллярный канал, причем днище 14 одного сильфона 13 расположено между линейным источником 16 света и фотоприемнйком 17, выполненным в виде линейного прибора с зарядовой связью, фоточувствительная область 18 которого расположена. по линии, пересекающей под острым углом плоскость днища 14 сильфона 13, Электронный блок

11 содержит формирователь 19 фаз, подключенный выходами к управляющим входам линейного прибора 17 с зарядовой связью, к выходу которого подключены последовательно соединенные фильтр 20 нижних частот, первый дифференцирующий каскад 21, компаратор 22 и первый вход первого триггера 23, второй вход которого соединен с выходом переноса формирователя 19 фэз, а выход первого триггера 23 соединен с первым входом элемента 24 совпадения. амплитудным детектором 25 и счетным входом второго триггера 26. Второй вход элемента 24 совпадения соединен с тактовым выходом формирователя 19 фаз, а третий вход элемента 24 совпадения соединен с первым выходом второго триггера

26, второй выход которого соединен с входом "Сброс" счетчика 27, а выход амплитудного детектора 25 соединен с вторым дифференцирующие каскадом 28. Выходные сигналы с второго дифференцирующего каскада 28 и счетчика 27 поступают на вычислитель 29.

Измеритель работает следующим образом.

При взаимодействии приемника 1 с набегающим воздушным потоком в приемных отверстиях 3-5 устанавливаются давления

Ро, Р1, Р2, Рз, Р4 соответственно, Причем давленИя Рз и Р4 зависят от угла атаки. Приемные отверстия 3 и 4 соединены посредством пневмоканалов 6 с емкостными преобразователями 8 — 10 давлений, соответственно и далее — с вычислителем 29, служащим для косвенного определения угла скольжения, числа М и т,д. Отверстия 5 соединены пневмоканэлами 6 с сильфонами 13 фотоэлектронного преобразователя 7 перемещений, При угле атаки, отличном от

О, давление Рз A Р4 и сильфоны 13, соединенные жестко тягой 15, перемещаются в направлении пневмоканала 6 с меньшим давлением. При этом днище 14 одного из сильфонов 13 затеняет большую или меньшую часть фоточувствительной области 18 линейного прибора 17 с зарядовой связью

Острый угол, образованный фоточувствительной областью 18 и плоскостью днища

14, необходим для повышения чувствительности преобразователя 7 перемещений.

При наличии слабого сдвига ветра разность давлений Рз и Р4 успевает скомпенсироваться благодаря капиллярному каналу, выполненному в тяге 15 и днище 14.сильфона 13, и остается в прежнем положении. При этом сигнал с гироскопа, несущий информацию об угле тангажа в вычислитель 29. также не изменяется, выход а вычислителя 29 остается без изменений, что предохраняет летчика от ложной тревоги обнаружения сдвига ветра. Если же это небольшое изменение связано с изменением угла атаки(при этом изменяется и тангаж), то постоянная разность давлений Рз и Р4 будет зафиксирована смещением днища 14 сильфона 13. При воздействии нэ ЛА сильного, резкого порыва (сдвига) ветра капиллярный канал не успевает отработать разность давлений и засветка фотоприемника 17 изменится, При неизменном тангаже вычислитель выдаст информацию о производной угла атаки а без дополнительных вычислений. Предложенный фотоэлектронный . преобразователь 7 перемещений с капиллярным каналом обладает свойствами реального дифференцирующего звена.

Сигнал с выхода фотоприемника 17 поступает в электронный блок 11, который служит для.управления прибором 17 с зарядовой связью и вторичной обработки его сигналов, Управление осуществляется подачей тактовых импульсов с формирователя

19 фаз нэ управляющие входы прибора 17 с зарядовой связью (ПЗС). Сигнал с выхода

ПЗС 17, представляющий собой последовательность темных и светлых импульсов эпюра 1 на фиг, 7), поступает на фильтр 20 нижних частот, где выделяется огибающая (эпюра 2 на фиг. 7), Первый дифференцирующий каскад 21 вырабатывает импульс на месте наибольшей крутизны огибающей сигнала (эпюра 3 на фиг. 7). Компаратор 22 нормализует импульс (эпюра 4 на фиг. 7) и подает его на сброс триггера 23, запуск которого осушествляется импульсом переноса с формирователя 19 фаз (эпюра 5 на фиг.

7). Импульс с триггера 23 подается на первый вход элемента 24 совпадения (эпюра 6 на фиг. 7) и на счетный вход второго триггера 26, который делит входную частоту пополам (эпюра 7 на фиг. 7) и дает попеременное разрешение на запуск и сброс счетчика 27 (эпюра 7 и 10 на фиг, 7). На второй вход элемента 24 совпадения поступают такто1679391

x=d tg y (Л

25. (8) Отсюда

Р=,гр S V

1 (3) 12882 Г V

ЯТр ° л0 (10) вые импульсы с формирователя 19 фаз(эпюра 8 на фиг. 7), На выходе элемента 24 совпадения образуется пачка импульсов (эпюра 9 на фиг, 7), число которых пропорционально смещению границы светотени на ПЗС 17, а значит углу атаки. Это число записывается в счетчик 27 и подается на вычислитель 29, Сигнал с выхода триггера

23 подается также на амплитудный детектор 25, который выделяет постоянную составляющую, зависящую от скважности импульсов с триггера, т,е. от местоположения границы светотени на ПЗС 17. Далее этот сигнал дифференцируется вторым дифференцирующим каскадом 28, дающим информацию о второй производной угла атаки. Эта информация также поступает на вычислитель 29.

Расчет чувствительности измерителя производится следующим образом. Как видно из фиг. 8, нормальные составляющие скорости воздушного потока V> и V2 к плоскости приемных отверстий 5 рассчитываются по формулам:

Vt = Vo cos(90-р а) =Чо sin(p + а ) (1) Vg = Vo сов(90-р +а)=Ч, sin(p -а ) (2) где Vo — вектор скорости воздушного потока;

P — угол между осью ПВД и плоскостью бокового отверстия; а — угол атаки, Сила давления воздушного потока со скоростью V на площадку равна где р — плотность воздуха (p = 1,293 кг/мз);

S — площадь площадки.

Примем площадь днища 14 за S> площадь сечения капилляра Я . Тогда сила, действующая на одно днище, равна

F1 = — р (Si — $г) Ч1, (4)

2 а сила, действующая на второе днище, равна

Fq = — р. (St — Я) Чз (5)

С другой стороны, разность сил F>-Fz уравновешивается упругостью сильфона, т.е.

2 Kx = F1 — F2, (6) 5 где К вЂ” коэффициент упругости одного сильфона; х — смещение днища.

Для расчета чувствительности измери10 теля необходимо, чтобы смещение х соответствовало разрешающей способности

ПЗС. Как видно иэ фиг. 5, 15 где d — шаг ПЗС; у- угол между линией фоточувствительной области ПЗС и плоскостью днища сильфона, 20 С учетом 1 — 7 можно записать:

2р(З1 — Sy) V o f sin (p+

+а) -sin (p — а )1=2 К d tg y.

30 К уу

p(S1 S2)Vo sin Р

Рассчитаем минимально допустимое изменение угла атаки для следующих исходных данных:

0 = 15 мкм = 15 . 10 м;

p = 1,293 кгlм";

К = 500 г/мм = 4900 н/м;

S1=4,96см =4,96 10 м;

S2=1 см =10 м

Vo = 200 км/ч = 55,5 м/с;

Р=45

y= 1,5

При этом а = 0,14

Рассчитаем площадь сечения капилляра Sz, необходимую для создания эффекта дифференцирования, На основании данных по вариометрам, они являются дифференцирующим звеном с постоянной времени:

55 где r — коэффициент вязкости воздуха;

f длина капилляра;

V — объем корпуса сильфона, заполняемого через капилляр (V = S> + 1, где 1 — длина сильфона);

1679391

10 р2

32 (r (Тк =.

Чк (12) Разность давле ростью вертикально, определяется скоцвига ветра AV,p

ДР = f (ЬЧ„)

«1 (13) (14) R — универсальная газовая постоянная (R = 8,314 х 10 Джхград. х кг х моль);

Т вЂ” температура воздуха (Т = 273 К); р — весовая плотность воздуха (p =

1,293 кгl мз);

D — диаметр капилляра.

Зта постоянная времени должна быть сравнима с временем прохождения потока воздуха Ч», вызванного перепадом давлений ЛР от граничной величины-сдвига ветра

hV„.

Скорость потока через капилляр равна

Время прохождения потока через капилляр:

С учетом (10 — 13) определяем диаметр капилляра, необходимого для срабатывания дифференцирующего звена при граничной величине сдвига ветра, Рассчитаем диаметр капилляра при следующих исходных данных:

У-Я l=4,96см 5см=24,8 10 м ; (=0,05 мм;

ЛЧгр = 7 м/с (опасный сдвиг ветра), при этом D = 4,1 мм, Формула изобретения

Измеритель параметров воздушного потока на летательных аппаратах, содержащий приемник воздушного давления, выполненный в виде цилиндрического тела с

45 полусферическим насадком, в центре которого и в двух взаимно перпендикулярных плоскостях под равными углами к оси симметрии выполнены приемные отверстия, соединенные пневмоканалами с преобразователем давления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, он дополнительно содержит преобразователь перемещений и блок обработки сигнала, при этом преобразователь перемещений включает в себя корпус, два сильфона, торцы которых связаны с корпусом и соединены с приемными отверстиями, а днища жестко связаны между собой тягой, внутри которой выполнен капиллярный канал, причем днище одного сильфона расположено между источником света и фотоприемником, выполненным в виде линейного прибора с зарядовой связью, линия фоточувствительности которого пересекает под острым углом плоскость днища сильфона, а блок обработки сигнала включает в себя формирователь фаз, подключенный выходами к управляющим входам линейного прибора с зарядовой связью, фильтр нижних частот, два дифференцирующих каскада, компаратор, два триггера, элемент совпадения, амплитудный детектор, счетчик и вычислитель, причем к выходу фотоприемника подключены последовательно соединенные фильтр нижних частот, первый дифференцирующий каскад, компаратор и первый вход первого триггера, второй вход которого соединен с выходом переноса формирователя фаз, а выход первого триггера соединен с первым входом элемента совпадения, входом амплитудного детектора и счетным входом второго триггера, второй вход элемента совпадения соединен с тактовым выходом формирователя фаз, а третий вход элемента совпадения соединен с первым выходом второго триггера, второй выход которого соединен с входом "Сброс" счетчика, при этом выход элемента совпадения соединен со счетным входом счетчика, а выход амплитудного детектора — с вторым дифференцирующим каскадом, выход которого соединен с вычислителем, связанным с выходом счетчика.

1679391

Фиг. 2 информация о5 целе amadou

Дапалнигпеиьная инфо - ация

Угол танга@а

om гироскопа

Фиг. 3

1679391

7ЕНЬ Om днища

1679391 Риг. д

Составитель Е.Гуменник

Редактор О.Хрипта Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова

Заказ 3210 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101