Устройство для измерения относительной скорости самолетов

Устройство для измерения относительной скорости самолетов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Класс 42о, 15

42k 5

СССР

М 64318

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зпрегистрировпно в Баро изобретений Госплана СССР г

Г

I (1.3. Я. Клейнман.Устройство для измерения относительной скорости самолетов

Заявлено 6 чая 1940 года в Нарконавиапром за М 7334 (317847) Опубликовано 28 февраля 1945 года

Настоящее изобретение относится к устройству для измерения относительной скорости самолетов, осуществляемого путем компенсации давления воздушного потока силой, создаваемой электрическим током, автоматически регулируемым при нарушениях равновесия электродвигателем. Предлагаемое устройство отличается тем, что диск, подвергающийся воздействию воздушной струи, и катушка с током, уравновешивающая давление этой струи, расположены коаксиально и в одной плоскости. Это сделано для того, чтобы равнодействующие сил, действующих на диск и катушку, были приложены в одной точке подвижной части и не увеличивали трения в подпятниках. В качестве элемента, создающего компенсирующую силу, в устройстве может быть применен ферродинамический прибор с последовательным соединением подвижной и неподвижной обмоток с той целью, чтобы сила тока в нем была прямо пропорциональна скорости самолета.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на фиг. 1 — "3 которого изображен прибор в трех проекциях с разрезами, на фиг. 4 дан перспективный вид и разрез его с изображением действующих сил, а на фиг. 5 представлена схема включения устройства с автоматическим регулятором силы тока.

Принцип работы предлагаемого устройства заключается в следующем.

В магнитном поле кольцевого электромагнита 1, 2 (фиг. Ц расположена рамка 3, являющаяся частью подвижной системы прибора. Обмотка рамки и катушка

4, питающая электромагнит, соединены последовательно. Взаимодействие между магнитным полем электромагнита и током в рамке создает вращающий момент (относительно оси А — А — фиг. 2), действующий на подвижную систему прибора; величина этого момента зависит от силы тока. Скоростной напор, создаваемый воздушным потоком по направлению стрелки на фиг. 1, действует на диск 5, зак репленный внутри рамки 3. Вели чина вращающего момента, испытываемого подвижной снстемдй вследствие этого аэродинамического воздействия, зависит от ско:?6 64318 росги воздушного потока. Моменты, создаваемые воздушным пото. ком и электромагнитными силами, направлены противоположно. При помощи реостата, включенного в цепь прибора, сила тока автоматически регучируется так, что при данной скорости движения электромагнитные силы уравновешивают действие воздушного потока и подвижная система занимает определенное положение равновесия.

При увеличении скорости потока и, следовательно, при увеличении аэро.динамического воздейс вия на .циск 5, в качушку и рамку прибора должна быть послана большая сила тока для удержания подвижной системы в том же положении равновесия. Вот эта то сила тока, измеренная достаточно точным миллиамперметром, включенным в ту же цепь, служит мерой скорости движения.

Предлагаемое устройство имеет следующую конструкцию. Электромагнит прибора состоит из цилиндрической катушки 4 и .

- двух железных цилиндров — внешнего 1 и внутреннего 2, которые скреплены (свинчены) коаксиально..

В кольцевом зазоре между поверхностями железных цилиндров находится упомянутая цилиндрическая

Ъ атушка 4, которая пере . свинчиванием этих цилиндров надевается на цилиндр 2 (катушка 4 имеет .1200 витков изолированного медного провода диаметром 0,4 мм).

Стенки наружного цилиндра в .полюсной области на протяжении .

12 мм утолщены (внутрь). Междуполюсное пространство представляет собой кольцевой воздушный промежуток, ширина которого в радиальном направлении равна

2 мм, а длина (в направлении образующей цилиндра) — 12 мм. В этом коль цеобразном промежутке создается радиальное магнитное поле, в котором расположена подвижная цилиндрическая рамка 3. Каркас рамки 3 представляет собой легкий алюминиевый цилиндрик (с толщи ной стенок 0,2 мм). На этот каркас намотано 60 витков изолированногомедного провода (диаметром 0,27

0,28 мм). Рамка скреплена с легкой алюминиевой трубочкой 6 (наружный диаметр трубочки — 2,5 мм), монтированной поворотно относительно оси A — А.

Взаимодействие электромагнитного поля с воздушным потоком выражается в следующем (фиг. 2).

Концентрически (коаксиально) расположенные кольцеобразные магнитные полюсы обусловливают радиальный и симметричный характер поля. Цилиндрическая форма рамки и положение ее в этом поле (фиг. 1 и 2) обусловливают то, что направление тока во всех элементах рамки перпендикулярно линиям поля, а элементы обмотки (рамки) находятся в зоне с практически одинаковой плотностью магнитного потока.

При работе прибора подвижная система колеблется в некоторых пределах, но эти отклонения рамки в ту или другую сторону от положения равновесия не превышают

1 — 1,5 мм, и ь этих пределах плотность магнитного потока практически одинакова. Магнитное поле не вращает рамку (которая получает импульс к поступательному перемещению, согласно правилу левой руки), а выталкивает или втягивает ее, в зависимости от направления тока и, таким образом, создает вращающий момент, деиствующий на подвижную систему относительно оси А — A Благодаря такой конструкции прибора, почти вся обмотка рамки, находясь по всей своей длине в поле с одинаковой плотностью потока, является активной. Вырез в конце наружного железного цилиндра нужен для введения (при сборке) и колебаний алюминиевой трубки б.

В том же цилиндре — диаметрально противоположно с первым вырезом — сделан такой же второй вырез, прежде всего, для сохранения симметрии поля, благодаря чему равнодействующая сил, действующих на все элементы рамки, будет приложена в центре рамки.

Кроме того вследствие некоторого уменьшения площади действу|ощего сечения воздушного проме— 3 № 64318 жутка, получается более выгодное соотношение между площадью поперечного сечения воздушной части магнитной цепи и площадью поперечного сечения железа (при той же индукции в воздушном промежутке получается менее высокая индукция в железе). Один конец обмотки рамки проходит(изолированно) внутри алюминиевой трубки 6 (фиг. 1) и выходит через боковое отверстие В в этой трубке на очень небольшом расстоянии от оси качаний А — A. Второй конец обмотки припаян к латунной пластинке 7, скрепленной с алюминиевой трубкой 6. Ток к рамке подводится посредством серебряных,.безмоментных" ленточек 8 и 9. Токоподводящая ленточка 8 соединяет первый конец обмотки с изолированным (посредством пертинаксовой втулки) штифтом 10, монтированным в стенке корпуса прибора. Токоподводящая ленточка 9 припаяна одним концом к осевой латунной втулке 1), а другим концом †латунной шпильке 12, ввинченной (или заклеванной) в корпус прибора, и соединяет (электрически) с этой шпилькой подвижную трубку 6 и вместе с этим один из концов подвижной рамки.

Так как токоподводящие ленточки, соединены с подвижной системой почти у самой оси качаний, где амплитуда колебаний очень мала (0,1 — 0,2 мм), то эти

„безмоментные" ленточки практически не оказывают никакого противодействия колебаниям подвижной системы.

Один из концов (начало) неподвижной обмотки — катушки 4 — припаян к тому же изолированному штифту 20, к которому подключен один из концов рамки. Такйм образом неподвижная катушка и подвижная рамка соединены посл едовательно. Ко второму концу катушки 4 и к шпильке 12 подведены (припаяны) гибкие изолированные проводники 13 и 14, посредством которых катушка и рамка включаются в цель источника тока. Внутри рамки 3 закреплен тонкий алюминиевый диск 5 таким образом, что плоскость диска параллел ьиа виткам рачки и центр диска совпадает с центром рамки.

В собранном приборе диск 5 расположен внутри внутреннего >келезн"го цилин <ра 2 так, что между диском и внутренней поверхностью цилиндра остается зазор одинаковой IIIHpl ны в 0,5 мм. Воздушный i оток, проникая чере:— п1иемную трубку 15 и далее — через трубчатый сердечник 2, действует на диск 5 и создает вращающий момент, действующий на подвижную систему в направлении, пр >тивоположном действию электромагнитной силы. При этом аэродинамическая сила и электромагнитн. я сила противоположно направлены и действуют в одной точке (в центре диска), а, следовательно, никакой нагрузки на ось качания не производят. Подвижная система монтирована на кернах и подпятниках. Ось 16 подвижной системы стальная и имеет тонко отполированные керны.

Опорные винты 17 изготовлены из латуни, подпятники сделаны из твердого камня (сапфира или агата).

Радиусы закруглений кернов и дно кратеров опорных камней подобраны в соответствии с весом подвижной системы и условиями работы прибора. Монтаж на кернах позволяет получить очень незначителлное трение, тем более, что ось прибора вертикальна. Допускается также вместо установки на кернах применять установку на цапфах. !одвижная система сбалансирована; она с,онструирована и рассчитана так, что ее центр тяжести совпадает с осью качаний.

Это необходимо для того, чтобы не только при вертикальном, но и при всяком ином положении оси качаний сила тяжести не создавала вращающего момента и не оказывала влияния на показания прибора. Сбалансированность подвижной системы важна еще и потому. что уравно ешенную систему внешние сотрясения и колебания не так легко могут привести в интен ивное колебательное движение относительно корпуса прибора. № 64318

Латунные мягко пружинящие пла. стинки 19а и 19Ь и вмонтированные в стенках корпуса прибора изолированные (в пертинаксовых втулках) контактные винты 20а и

20b представляютсобой контактное устройство, необходимое для автоматического регулирования силы тока, протекающего через рамку и неподви>кнуй катушку прибора.

В соответствующих местах напаяны серебряные (или платиновые) контакты. Зазоры между контактными пластинками и винтами мо>кно регулировать г утем ввинчивания последних, При равновесном положении подвижной системы величина этих зазоров — порядка 0,3—

0,5 мм. От контактов 20а и 20b выведены изолированные мягкие проводники 21 a и 21Ь, которые подключаются к автоматическому регулятору силы тока. Что касается контактных пластинок 19а и 19Ь, то они оказываются включенными в цепь реле регулятора благодаря тому, что соединены с трубко" 6 и, следовательно,с проводником 14, Когда моменты, создаваемые аэродинамическими и электромагнитными силами по величине равны между собой, подвижная система занимает положение равновесия (плоскость диска 5 перпендикулярна оси сердечника 2) и показание миллиамперметра, включенного в цепь прибора, соответствует данной скорости движения самолета или скорости движения воздуха в аэродинамической трубе.

Если скорость движения увеличивается или уменьшается, то от изменения аэродинамического воздействия на диск 5 подвижная система отклоняется в ту или другую сторону, замыкая при этом один из контактов 120а или 20b) и, приведя, таким образом, в действие автоматический регулятор силы тока, благодаря чему сила тока изменяется до величины, достаточной только для уравновешивания нового аэродинамического момента.

Включенный в цепь прибора миллиамперметр. градуирован на м, сек. или кмис час и его показания непосредственно дают величину скорости движения. Корпус прибора составляют наружный железный цилиндр и привинченная к нему коробка 22 прямоугольного сечения, изготовленна из дюралюминия (толщина стенок 1 мм). Одн, i из стенок 23 корпусной коробк.. приставная. Вырез в наружной чести цилиндра 1 в собранном приборе закрыт тонкой дюралюминиевой пластинкой. Опорные винты

17 монтированы в .латунных ил:: дюралюминиевых пластинках 24а и

24Ь, которые привинчены к стенкам корпуса. Отверстия в стенка через которые проходят винтики для крепления пластинок 24а и 24h, имеют элиптическую форму, что лает возможность при сборке прибора точно отрегулировать поло>кение подвижной систе lbt.

Пластинка 24Ь вместе с опорным винтом крепится (в виде мостика) при снятой стенке 23. Таким образом установку подвижной cv-стемы, регулирование ее положения и вообще весь монтаж внутри прибора очень удобно делать, благодаря тому, что прибор во время этой работы совершенно открыт. Все четыре проводника 13, 14, 21а и 21b проходят внутри корпусной коробки и перед выходом из последней сплетены в один шнур. Посредством этого четырех-проводникового шнура, толщина которого 1,5 — 2 мм, осуществляется соединение прибора (приемника) с источником тока, миллиамперметром и автоматом. Когда прибор отрегулирован, привинчивают стенку 23 и надевают алюминиевую крышку 25, пропустив предварительно через отверстие в последней упомянутый выше четырехпроводниковый шнур.

Предлагаемое устройство предназначено для измерения относительной скорости движения самолета. Весь прибор (приемник) укрепляется в горизонтальном положении внутри крыла самолета таким образом, что снаружи остается только часть приемной трубки

l5. Наружная часть приемной трубки расположена параллельно нап№ 64318 равлению воздушного потока. Чтобы исключить возможность глубокого проникания дождевых капель в приемную трубку, последняя имеет плавный изгиб (в вертикальной плоскости). С этой же целью можно внутри канала приемной трубки вделать тонкую металлическую сетку. Наружную часть приемной трубки легко отеплить посредством спирали, питаемой от от общего источника тока. Так ка к из крыла выступает только часть тонкой трубки, расположенная, к тому же, параллельно воздушному потоку, то сопротивление движению практически ничтожно.

Упомянутый выше четырехпроводниковый электрический шнур включен в резиновую трубочку и проведен внутри крыла от приемника к аккумулятору и миллиамперметру. Последний представляет собой магнитоэлектрический прибор с равномерной круговой шкалой на — 300, градуированный на м/сек или км1час, имеющий форму и размеры, принятые для авиаприборов, и монтирова нный на том же щите, что и прочие авиационные приборы.

На фиг. 5 дана схема автоматического приспособления для регулирования силы тока. Маленький электромотор М (мощностью в несколько ватт) посредством червячной передачи А может вращать круговой реостат R в том или другом направлении, в зависимости от направления тока в обмотке якоря или магнитов электромотора. Ползунок В остается неподвижным.

Две металлические пружинящие пластинки С и С, смонтированы (изолированно) на колонке и скреплены (также изолированно) с железной пластинкой Е, которая может перемещаться в зазоре между двумя маленькими электромагнитами Я и S,. Концы пластинок С и С, с серебряными (или-платиновыми) напайками расположены между двумя парами контактов Р и F Контакты

F u F соединены между собою так, как в обыкновенном лабораторном коммутаторе; к этим контактам подключе« якорь электромотора М.

Один из концов обмотки магнитов электромотора соединен с пластинкой С; другой конец обмотки магнитов электромотора и пластинка С, под!;,ëþ÷åïû к полюсам аккумулятора. Из схемы видно. что ток течет через электромотор только тогда, когда олин из электромагнптов1S пл«S;) пр«тягивает железную пластинку Е, приж«мая таким ооразом пластинки С и С, к той llлп другой и,".ре ко«тактоз

1Г или F, 1, причем «;,è1 а«ление тока в обмотке маг«,т0!: .;.отор, . всегда одно и то же, в:.;:;,равление тока в якоре и, следовзгельно. направление вращения реостата R зависит от того, какой именно электром".ãнит притягивает пласти«ку Р. К одному из полюсов аккумулятора подведено по одному конц обмотки каждого из электромагнитов S и S; другие концы обмотки этих электромагнитов соединяются (посредством проводников 21 a и 21Ь) с изолированнымн контактами 20а и 20Ь ферродинамического прибора (ф«г. 1).

Реостат R и миллиамперметр включены последовательно в цепь обмотки последнего.

Устройство работает следующим образом: когда сила тока (питающего катушку и рамку анемометра) уравновешивает аэродинамическое воздействие, подвижная система анемометра (приемника) занимает положение равновесия; поэтому через электромагниты автомата ток не идет и реостат остается неподвижным. При силе тока большей или меньшей, чем это нужно для уравновешивания аэродинамических сил (дейстующих на подвижную систему .приемника" ), и,. следовательно, замыкании в приемнике соответствующего контакта, электрический ток потечет через соответствующий электромагнит (S или S ). Тогда реостат повернется на некоторый угол в том или другом направлении и изменит, таким образом, силу тока до величины, достаточной только для уравновешивания действующих на приемный диск аэродинамических

X б4318 сил. Таким образом прибор сам устанавливается, приведя стрелку миллиамперметра (градуированного на единицы скорости) к делению, соответствующему данной скорости движения. Проводники

13, 14, 21а и 21b, как это видно из фиг. 1, выведены из приемника.

Приемник и автоматическое приспособление можно питать от одного аккумулятора (напряжение—

6 в; максимальная потребляемая мощность 8 — 10 ватт).

Перед известными измерителями скорости самолета (например, трубка Пито) описываемый ферродинамический прибор имеет ряд преимуществ, из которых наиболее важные следующие, Прибор имеет равномерную шкалу, в силу самого принципа измерения, между тем, как вследствие квадратичной зависимости между давлением и скоростью, измеритель скорости с трубкой Пито имеет неравномерную шкалу; последняя в начальной части сжата тем более, чем на большие скорости рассчитан измеритель. Если, например, обычный измеритель скорости рассчитан на скорость до 400 †5 км/час, то при средних скоростях он мало чувствителен, а определить скорость порядка посадочной почти невозможно, Что же касается разных выравнивающих шкалу механизмов, то они не вполне достигают цели и сопряжены с дополнительным трением, вредно отражающимся на чувствительности и точности прибора.

Вторым весьма важным преимуществом предлагаемого прибора является полное отсутствие воздушных трубопроводов, неизбежных при трубке Пито и являющихся, обычно, источником ошибок, вследствие недостаточной герметичности. Это же обстоятельство позволяет расположить описываемый приемник на любом расстоянии от фюзеляжа в месте, где поток наименее возмущен. Устройство обладает большой точностью и имеет хорошую защиту от атмосферных осадков.

Описываемый ферродинамическ измеритель скорости может быть также с успехом применен в аэродинамических лабораториях и вообще для аэрометрических работ. При помощи его можно с большой точностью измерять скорость воздушного потока в аэродинамических трубах. В аэродинамической трубе прибор монтируется так, что в воздушный поток введена только часть приемной трубки, весь же прибор находится вне трубы. Ясно, что приемная трубка прибора будет меньше возмущать поток, чем трубка Пито с державкой.

Если прибор предназначен для измерения малых скоростей, то некоторым увеличением диаметра диска 5 можно достичь значительного увеличения вращающего момента прибора. Например, если вместо диска с диаметром б мм установить диск, диаметр которого равен 8 м, то вращающий момент прибора возрастет, примерно, в 2 раза.

Измерителем силы тока при этих условиях работы может служить обыкновенный магнитоэлектрический, достаточно точный, миллиамперметр лабораторного типа с зеркальной шкалой. Целесообразно взять подобный миллиамперметр, имеющий несколько пределов измерений; соответствующий магнитоэлектрический прибор на три предела измерений легко подобрать.

Предмет изобретения

1. Устройство для измерения относительной скорости самолетов, основанное на компенсации давления воздушного потока силой, создаваемой электрическим током, автоматически регулируемым при нарушениях равновесия электродвигателем, отл и ч а ю щеес я тем, что диск, подвергающийся воздействию воздушной струи, и катушка с током, уравновешивающая давление воздушной струи, расположены коаксиально и в одной плоскости, с той целью, чтобы равнодействующие сил, действующих на диск и катушку, были

«% 64318 ,i+i

3

Фиг. 5

n $

14 и иангпаипу 20 а

Техн. редактор М. В. Смольякова

Ота. редактор Д, А. Михайлов, И2311. Подписано к печати 20/1Х 1946 г. Тираж 500 экз. Цена 65 коп. Зак. 219

Типография Госпланнздата, им, Воровского, Калуга