Измеритель параметров воздушного потока на летательных аппаратах

 

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

Измеритель параметров воздушного потока на летательных аппаратах Измеритель параметров воздушного потока на летательных аппаратах Измеритель параметров воздушного потока на летательных аппаратах Измеритель параметров воздушного потока на летательных аппаратах Измеритель параметров воздушного потока на летательных аппаратах Измеритель параметров воздушного потока на летательных аппаратах Измеритель параметров воздушного потока на летательных аппаратах 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к навигационному приборостроению и может быть использовано для измерения скорости судна и пройденного пути.Целью изобретения является повышение точности за счет.компенсации погрешности , вызванной изменением плотности морской воды

Изобретение относится к навигационным устройствам и может быть использовано в гидродинамических лагах

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скоростей потоков жидкостей и газов

Изобретение относится к измерительной технике ,в частности, к устройствам измерения расхода газа или жидкости

Изобретение относится к навигационному приборостроению

Изобретение относится к турбомашиностроению

Изобретение относится к термоанемометрическим устройствам

Изобретение относится к технике измерений параметров воздушного потока, скорости ветра, температуры воздуха и их пульсаций

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для одновременного измерения в одной точке двух ортогональных компонент турбулентных пульсаций скорости движущихся сред

Изобретение относится к средствам для определения параметров полета летательных аппаратов или параметров потока в аэродинамических трубах

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения параметров пространственного течения жидких и газообразных сред или для определения параметров движения твердых тел, судов, самолетов относительно текучих сред

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров пространственного течения жидких и газообразных сред или для определения параметров движения твердых тел, судов, самолетов относительно текучих сред

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров пространственного течения жидких и газообразных сред или для определения параметров движения твердых тел, судов, самолетов относительно текучих сред

Изобретение относится к измерению давления и расхода текучих сред, например, в закрытых трубопроводах, имеющих большое поперечное сечение, при возможности легкого передвижения устройства вдоль трубопровода

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров пространственного течения жидких и газообразных сред или для определения параметров движения твердых тел, судов, самолетов относительно текущих сред

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения параметров пространственного течения жидких и газообразных сред или для определения параметров движения твердых тел, судов, самолетов относительно текущих сред

Изобретение относится к технической физике, измерительной технике и технике воздухоплавания, а именно к измерителям высотно-скоростных параметров (ВСП) полета, и может быть использовано в летных испытаниях летательной техники в части оценки погрешностей измерения ВСП
Наверх