Способ определения аэродинамических погрешностей приемников воздушных давлений в летных испытаниях самолета
Изобретение предназначено для оценки погрешностей измерения высотно-скоростных параметров. Техническим результатом является повышение точности определения аэродинамических погрешностей приемников воздушных давлений (ПВД). На высотах не более 500 м измеряют текущие значения восприятия статического давления, высоты, температуры воздуха, атмосферного давления при изменении геометрической высоты. Определяют истинное давление из уравнения статики атмосферы, атмосферных условий на уровне аэродрома и относительной высоты полета. Затем производят измерение параметров при выполнении квазистационарных режимов полета на различных высотах более 500 м и вариациях скорости полета и угла атаки. В послеполетной обработке погрешностей их аппроксимируют и определяют функции относительной аэродинамической погрешности ПВД в зависимости от числа М, угла атаки на высотах менее 500 м, более 500 м, на разных высотах с точностью до постоянной величины, а также при условии непрерывности и дифференцируемости во всем диапазоне числа М, угла атаки определяют приведенную функцию относительных погрешностей от различных высот полета к аэродинамической относительной погрешности для всего диапазона скоростей, числа М и угла атаки по формулам, приведенным в описании. 3 ил.
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.
Известен скоростной способ [1] определения аэродинамических погрешностей восприятия статического давления, заключающийся в измерении воздушной скорости на режимах горизонтального установившегося полета с выдерживанием высоты и скорости при движении со взаимно-противоположными курсовыми углами, определении истинного числа M, определении погрешности измерения числа М, оценке относительной погрешности измерения статического давления P/P(M,) в зависимости от числа M и угла атаки . Однако для реализации данного способа необходимо дополнительно знать значения температуры воздуха на высоте полета. Вторым условием является принятие гипотезы отсутствия потерь полного давления. Известен барометрический способ [2] определения аэродинамических погрешностей измерения ВСП (прототип), заключающийся в непосредственном сравнении измеряемого и истинного значений статического давления Pа = Pизм - Pист. При этом истинное атмосферное давление на высотах полета hг-hга < 500 м определяется из уравнения статики атмосферы на основании граничных атмосферных условий на уровне hга аэродрома (значений статического давления Pа и температуры Tа и значений относительной геометрической высоты (hг-hга) полета. На высотах hг-hга > 500 м для определения истинного статического давления из уравнения статики атмосферы необходимо знать фактическое изменение температуры в зависимости от высоты. Для чего проводят зондирование атмосферы с помощью шара-зонда. В некоторых случаях для определения истинного давления используют также самолет-зондировщик или самолет-эталон. Вместе с тем, даже использование шара-зонда часто по техническим или экономическим возможностям является затруднительным. Использование же данных зондирования, проводимых метеослужбами на больших расстояниях от места проведения летных испытаний, может давать большие погрешности в значениях истинного статического давления. К существенным погрешностям могут приводить и изменения состояния атмосферы за время от момента зондирования до выполнения режимов полета в летных испытаниях, что снижает точность измерения ВСП. Целью изобретения является повышение точности измерения высотно-скоростных параметров полета летательного аппарата за счет повышения точности определения аэродинамических поправок, погрешностей, восприятия статического давления приемника воздушных давлений. Поставленная цель достигается тем, что в летных испытаниях самолета определяют зависимость погрешностей восприятия статического давления от числа Маха полета на заданных скоростях и углах атаки на высотах менее 500 м барометрическим методом. Производят определение истинного давления Pист из уравнения статики атмосферы и атмосферных условий на уровне аэродрома hга и относительной высоты полета hг = hг - hга. При этом измеряют текущие значения восприятия статического давления Pизм, геометрическую высоту hг, температуру воздуха T, определяют аэродинамическую погрешность PH1 = Pизм - Pист. Согласно изобретению, на высотах более 500 м выполняют квазистационарные режимы полета с выдерживаем высоты Hi в диапазоне Hi 500 м при вариациях скорости полета и угла атаки, из условия постоянства атмосферного давления за время выполнения режимов на высоте Hi производят измерение параметров, при этом значения истинного статического давления Piист(Hi) определяют с погрешностью не более 0.01Pi. Затем при наземной обработке измерений аппроксимируют и определяют функции аэродинамической относительной погрешности ПВД в зависимости от числа М и угла атаки на высотах менее 500 м - PH1/PH1 (M, ), на высотах Hi более 500 м с точностью до постоянной величины consti - PHi/PHi (M, ), а при условии непрерывности и дифференцируемости функции во всем диапазоне M, (M<1) определяют приведенную функцию аэродинамических относительных погрешностей ПВД в эксплуатационном диапазоне для различных высот к истинной относительной аэродинамической погрешности для всего диапазона числа M и углов атаки PH/PH(M, ) по следующим формулам: PH1/PH1(M,) = PH/PH(M,) - для высоты менее 500 м, (1) PHi/PHi(M,) = PH/PH(M,)+consti - для высот более 500 м, (2) - для всего диапазона M, (M < 1), (3) где f1(),f2() - полиномы от с коэффициентами, определяемыми из условия минимума ср. кв. отклонения от математического ожидания экспериментальных значений погрешностей восприятия статического давления. При |P/P(M,)|<0,01 для определения куска функции Pi/Pi(M,) с точностью до константы в эксплутационном на высоте hгi диапазоне значений чисел M истинное статическое давление на высоте выполнения режимов hгi определяют с точностью ~ 0,01Pi, где Pi - истинное давление на высоте hгi, тогда искомая функция Pi/Pi(M,) будет иметь вид: Pi/Pi(M,) = P/P(M,)+const+(M,), где переменная составляющая (M,) будет пренебрежимо малой величиной 10-4. В данном случае при определении функции Pi/Pi в качестве истинного может быть, например, взято значение измеряемого статического давления на режимах горизонтального установившегося полета с наименьшими значениями числа M, приведенное к средней геометрической высоте hгi ср. полета по всем режимам, выполненным на данной высоте. При этом измеряемые в каждом режиме значения статического давления должны быть также приведены к средней высоте hгi ср.. Приведение осуществляется на основании уравнения статики атмосферы. Следует отметить, что для уменьшения погрешности определения функции P/P (M, ) в эксплутационном диапазоне значений M, в летных испытаниях необходимо предусмотреть режимы, обеспечивающие полноту вариаций угла атаки при фиксированных значениях числа M. Варьирование значений при фиксированных M может быть осуществлено путем проведения летных испытаний с различными весами самолета (Gmin . .. Gmax), выполнения специальных режимов с перегрузкой: в виде виражей, движения по кругу в горизонтальной плоскости; горок, синусоидального движения в вертикальной плоскости и т.д. Структура функциональной зависимости (3): где f1(), f2() определяют в летном эксперименте, получаются на основании решения аэродинамической задачи оценки малых возмущений, вызываемых движением тонкого тела в установившемся потоке газа, и определяют физический характер зависимости относительной погрешности P/P (M, ) от числа M и угла атаки. Использование структуры зависимости (3) повышает точность определения искомой относительной погрешности P/P (M, ), в особенности при ограниченном объеме экспериментальных данных. На фиг. 1 показана относительная погрешность P1/P1 (M, ), определенная барометрическим методом в виде экспериментальных точек и аппроксимаций при углах атаки = 1, 4, 7 градусов соответственно. На фиг. 2 показаны куски функций Pi/Pi (M, ), определенные с точностью до констант. На фиг. 3 показана полная функциональная зависимость P/P (M, ), определенная путем сращивания полученных кусков с функцией P1/P1 (M, ) из условия непрерывности и дифференцируемости функции во всем диапазоне M, (M < 1). Для пояснения рассмотрим пример реализации способа по данным летного эксперимента на летающей лаборатории ИЛ-76. В летных испытаниях в 5 полетах были выполнены режимы горизонтального установившегося полета на высотах hг = 200 м, hг = 6000 м, hг = 9000 м, hг = 12000 м, с различными фиксированными значениями скорости в эксплутационном диапазоне для каждой высоты. В эксперименте измерялись воспринимаемые значения давления плитами статического давления, установленными на боковой поверхности фюзеляжа самолета. На фиг. 1 показана функциональная зависимость P1/P1 (M, ), определенная барометрическим методом по данным выполненных режимов на высоте hг = 200 м в виде экспериментальных точек и аппроксимаций при углах атаки = 1, 4, 7 градусов соответственно. На фиг. 2 показаны куски функций Pi/Pi (M, ), определенные с точностью до констант Ci из условия постоянства статического давления на высотах hгi = 6000 м, 8500 м, 9000 м, 12000 м во время выполнения режимов полета с различными скоростями на данных высотах соответственно. На фиг. 3 показана полная функциональная зависимость P/P (M, ) во всем эксплуатационном диапазоне чисел M, , определенная путем сращивания полученных кусков с функцией P1/P1 (M, ) из условия непрерывности и дифференцируемости функции во всем диапазоне M, (M < 1):Литература
1. М.Г. Котик и др. Летные испытания самолетов. Машиностроение. Москва. 1965. 68 стр. 2. М.Г. Котик и др. Летные испытания самолетов. Машиностроение. Москва. 1965. 70 стр.
Формула изобретения
Рн1=Ризм-Рист,
отличающийся тем, что выполняют квазистационарные режимы полетов на различных высотах более 500 м с выдерживанием высоты Нi в диапазоне Нi500 м при вариациях скорости полета и угла атаки, из условия постоянства атмосферного давления за время выполнения полетов на высоте Hi производят измерения параметров, при этом значения истинного статического давления Рiист(Нi) определяют с погрешностью не более 0,01Рiист, после чего при наземной обработке измерений, аппроксимируют и определяют функции относительной аэродинамической погрешности ПВД в зависимости от числа Маха и угла атаки на высотах менее 500 м - Рн1/Рн1(М, ), на высотах более 500 м с точностью до постоянной величины consti - Рнi/Рнi (М, ), при условии непрерывности и дифференцируемости функции во всем диапазоне М, (М<1) определяют приведенную функцию аэродинамических относительных погрешностей ПВД от различных высот к истинной относительной аэродинамической погрешности для всего диапазона числа М и углов атаки Рн/Рн (М, ) по следующим формулам:
Pн1/Pн1(M,) = Pн/Pн(M,) - для высоты менее 500 м,
Pнi/Pнi(M,) = Pн/Pн(M,)+consti - для высот более 500 м,
для всего диапазона М, (М<1),
1(), f2() - полиномы от с коэффициентами, определяемыми из условия минимума ср. кв. отклонения от математического ожидания экспериментальных значений погрешностей восприятия статического давления.
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3