2. Приборное оборудование

При­бо­ры кон­тро­ля авиа­ци­он­ных дви­га­те­лей.

Для кон­тро­ля ре­жи­мов авиа­ци­он­ных дви­га­те­лей (АД) не­об­хо­ди­мо иметь ин­фор­ма­цию о тем­пе­ра­ту­ре и дав­ле­нии ра­бо­чих тел (га­зов, жид­ко­стей) в раз­лич­ных сис­те­мах АД, об уг­ло­вой ско­ро­сти вра­ще­ния ва­ла га­зо­вой тур­би­ны, о рас­хо­де то­п­ли­ва в еди­ни­цу вре­ме­ни. Кро­ме то­го не­об­хо­ди­мо иметь све­де­ния о ко­ли­че­ст­ве ос­тав­ше­го­ся то­п­ли­ва в то­п­лив­ных ба­ках ЛА. Ука­зан­ные па­ра­мет­ры кон­тро­ли­ру­ют­ся эки­па­жем ЛА с по­мо­щью со­от­вет­ст­вую­щих при­бо­ров.

Для из­ме­ре­ния тем­пе­ра­ту­ры ши­ро­ко при­ме­ня­ют­ся элек­три­че­ские тер­мо­мет­ры тер­мо­ре­зи­стор­но­го и тер­мо­элек­три­че­ско­го ти­па.

Прин­цип дей­ст­вия тер­мо­ре­зи­стор­ных тер­мо­мет­ров ос­но­ван на за­ви­си­мо­сти элек­три­че­ско­го со­про­тив­ле­ния про­вод­ни­ков или по­лу­про­вод­ни­ков от тем­пе­ра­ту­ры. Чув­ст­ви­тель­ным эле­мен­том авиа­ци­он­но­го тер­мо­мет­ра яв­ля­ет­ся тер­мо­ре­зи­стор, вы­пол­нен­ный из ни­ке­ле­вой про­во­ло­ки.

Тер­мо­элек­три­че­ские тер­мо­мет­ры ос­но­ва­ны на из­ме­ре­нии э.д.с., воз­ни­каю­щей при на­гре­ва­нии об­щей точ­ки двух сва­рен­ных или спа­ян­ных про­во­дов из раз­ных ме­тал­лов (тер­мо­па­ры).

В ка­че­ст­ве чув­ст­ви­тель­ных эле­мен­тов из­ме­ри­те­лей дав­ле­ния (ма­но­мет­ров) ис­поль­зу­ют­ся ма­но­мет­ри­че­ские ко­роб­ки (р<0.3 Мпа), гоф­ри­ро­ван­ные мем­бра­ны (р<10 МПа) и ма­но­мет­ри­че­ские труб­ки (р>10 МПа). Под воз­дей­ст­ви­ем из­ме­ряе­мо­го дав­ле­ния осу­ще­ст­в­ля­ет­ся пе­ре­ме­ще­ние под­виж­но­го цен­тра чув­ст­ви­тель­но­го эле­мен­та, это пе­ре­ме­ще­ние пре­об­ра­зу­ет­ся в элек­три­че­ский сиг­нал, ко­то­рый затем из­ме­ря­ет­ся элек­три­че­ским при­бо­ром.

Та­хо­мет­ры ис­поль­зу­ют­ся для из­ме­ре­ния час­то­ты вра­ще­ния ва­ла дви­га­те­ля.

Ши­ро­кое при­ме­не­ние по­лу­чи­ли маг­ни­то­ин­дук­ци­он­ные та­хо­мет­ры. Дат­чи­ком та­ких та­хо­мет­ров яв­ля­ет­ся трех­фаз­ный ге­не­ра­тор с ро­то­ром в ви­де по­сто­ян­но­го маг­ни­та, со­еди­нен­ным с ва­лом дви­га­те­ля. При ра­бо­те дви­га­те­ля в об­мот­ке ста­то­ра на­во­дит­ся э.д.с. с час­то­той, про­пор­цио­наль­ной ско­ро­сти вра­ще­ния ва­ла. Это на­пря­же­ние по­да­ет­ся на об­мот­ку ста­то­ра дви­га­те­ля-ука­за­те­ля.

В ре­зуль­та­те угол от­кло­не­ния стрел­ки дви­га­те­ля-ука­за­те­ля бу­дет пря­мо про­пор­цио­на­лен час­тоте вра­ще­ния ва­ла авиа­дви­га­те­ля.

Ос­но­вой то­п­ли­во­из­ме­ри­тель­ных сис­тем яв­ля­ет­ся то­п­ли­во­мер или рас­хо­до­мер.

Авиа­ци­он­ные то­п­ли­во­ме­ры слу­жат для из­ме­ре­ния мас­сы то­п­ли­ва. В них не­по­сред­ст­вен­но из­ме­ря­ет­ся уро­вень то­п­ли­ва, свя­зан­ный с его ко­ли­че­ст­вом. На­хо­дят при­ме­не­ние глав­ным об­ра­зом по­плав­ко­вые и ем­ко­ст­ные то­п­ли­во­ме­ры. Прин­цип дей­ст­вия ем­ко­ст­но­го то­п­ли­во­ме­ра ос­но­ван на из­ме­ре­нии ем­ко­сти спе­ци­аль­но­го кон­ден­са­то­ра, за­ви­ся­щей от уров­ня то­п­ли­ва в ба­ке.

Рас­хо­до­ме­ры ис­поль­зу­ют­ся для из­ме­ре­ния мгно­вен­но­го ли­бо сум­мар­но­го рас­хо­да то­п­ли­ва. При из­вест­ных се­че­ни­ях тру­бо­про­во­да и плот­но­сти то­п­ли­ва его рас­ход про­пор­цио­на­лен ско­ро­сти по­то­ка. Из­ме­ре­ние ско­ро­сти по­то­ка то­п­ли­ва про­из­во­дит­ся с по­мо­щью крыль­чат­ки, по­ме­щае­мой в то­п­лив­ную ма­ги­ст­раль. Из­ме­ре­ние сум­мар­но­го рас­хо­да то­п­ли­ва сво­дит­ся к ин­тег­ри­ро­ва­нию во вре­ме­ни дан­ных о мгно­вен­ном рас­хо­де. Эта опе­ра­ция вы­пол­ня­ет­ся под­сче­том им­пуль­сов, час­то­та ко­то­рых про­пор­цио­наль­на ско­ро­сти вра­ще­ния крыль­чат­ки.

Обыч­но ука­за­те­ли рас­хо­до­ме­ров по­ка­зы­ва­ют не­из­рас­хо­до­ван­ное, ос­тав­шее­ся ко­ли­че­ст­во то­п­ли­ва.

Аэ­ро­мет­ри­че­ские при­бо­ры и сис­те­мы.

На бор­ту ЛА при­ме­ня­ет­ся груп­па при­бо­ров и сис­тем, даю­щих ин­фор­ма­цию о вы­сот­ных и ско­ро­ст­ных па­ра­мет­рах на ос­но­ве из­ме­ре­ния встреч­но­го по­то­ка воз­ду­ха.

В эту груп­пу вхо­дят: ба­ро­мет­ри­че­ский вы­со­то­мер, ука­за­те­ли при­бор­ной и ис­тин­ной ско­ро­сти, ука­за­тель чис­ла М и ва­рио­метр (ука­за­тель вер­ти­каль­ной ско­ро­сти).

Все эти при­бо­ры ис­поль­зу­ют кос­вен­ные ме­то­ды из­ме­ре­ний. Сущ­ность этих методов состоит в том, что на ос­но­ве пер­вич­ной ин­фор­ма­ции о ста­ти­че­ском и пол­ном дав­ле­ни­ях, а также о тем­пе­ра­ту­ре встреч­но­го воздушного по­то­ка вы­чис­ля­ют­ся ве­ли­чи­ны вы­сот­ных и ско­ро­ст­ных па­ра­мет­ров, ха­рак­те­ри­зую­щие пи­ло­таж­но-на­ви­га­ци­он­ный ре­жим ЛА.

Для функ­цио­ни­ро­ва­ния аэ­ро­мет­ри­че­ских при­бо­ров и сис­тем, ос­но­ван­ных на из­ме­ре­нии па­ра­мет­ров встреч­но­го по­то­ка воз­ду­ха, к ним не­об­хо­ди­мо под­вес­ти пол­ные р_п и ста­ти­че­ское р_ст дав­ле­ния, из­ме­ряе­мые спе­ци­аль­ны­ми при­ем­ни­ка­ми воз­душ­ных дав­ле­ний (ПВД), рас­по­ло­жен­ны­ми вне ЛА. При­ем­ник пол­но­го дав­ле­ния вы­пол­ня­ет­ся в ви­де труб­ки, на­прав­лен­ной от­кры­тым кон­цом на­встре­чу воз­душ­но­му по­то­ку, а при­ем­ник ста­ти­че­ско­го дав­ле­ния в ви­де от­вер­стий, рас­по­ло­жен­ных на по­верх­но­сти фю­зе­ля­жа ЛА или труб­ках, в точ­ках, где дав­ле­ние рав­но ста­ти­че­ско­му. Как пра­ви­ло, ПВД яв­ля­ет­ся ком­би­ни­ро­ван­ным уст­рой­ст­вом, вос­при­ни­маю­щим пол­ное и ста­ти­че­ское дав­ле­ния. Труб­ка пол­но­го дав­ле­ния (рис. 1) от­кры­тым кон­цом на­прав­ле­на на­встре­чу на­бе­гаю­ще­му по­то­ку воз­ду­ха. От­вер­стия 3 слу­жат для от­бо­ра ста­ти­че­ско­го дав­ле­ния. Дав­ле­ния р_п и р_ст с по­мо­щью шту­це­ров 4 и 5 по­сту­па­ют в со­от­вет­ст­вую­щие воз­душ­ные ма­ги­ст­ра­ли. Для ис­клю­че­ния об­ле­де­не­ния име­ет­ся элек­тро­обог­ре­ва­тель­ный эле­мент 6.

Для измерения высоты полета применяются ба­ро­мет­ри­че­ские вы­со­то­ме­ры. В за­ви­си­мо­сти от уров­ня от­сче­та раз­ли­ча­ют ис­тин­ную, от­но­си­тель­ную и аб­со­лют­ную вы­со­ту по­ле­та ЛА.

Рис. 1. Схема трубки полного давления

Ис­тин­ная вы­со­та - вы­со­та над про­ле­тае­мой по­верх­но­стью.

От­но­си­тель­ная вы­со­та - вы­со­та по­ле­та от­но­си­тель­но ка­ко­го-ли­бо ус­лов­лен­но­го мес­та (на­при­мер, аэ­ро­дро­ма).

Аб­со­лют­ная вы­со­та - вы­со­та по­ле­та от­но­си­тель­но уров­ня мо­ря, с па­ра­мет­ра­ми, от­ве­чаю­щи­ми стан­дарт­ной ат­мо­сфе­ре:

• дав­ле­ние р₀ = 101325 Па = 760 мм рт.ст.;

• тем­пе­ра­ту­ра Т₀ = 288,15 К;

• плот­ность r₀ = 1,225 кг/м³;

• ус­ко­ре­ние сво­бод­но­го па­де­ния g₀ = 9,80­665 м/с²;

• ско­рость зву­ка а₀ = 340,294 м/c.

Прин­цип дей­ст­вия ба­ро­мет­ри­че­ско­го вы­со­то­ме­ра ос­но­ван на из­ме­ре­нии ат­мо­сфер­но­го дав­ле­ния, свя­зан­но­го с вы­со­той од­но­знач­ной за­ви­си­мо­стью. Для вы­сот от 0 до 11000 м за­ви­си­мость ат­мо­сфер­но­го дав­ле­ния вы­ра­жа­ет­ся стан­дарт­ной ба­ро­мет­ри­че­ской фор­му­лой

(1)

где: р_н - ат­мо­сфер­ное дав­ле­ние на вы­со­те H;

t = 0,0065 K/м - тем­пе­ра­тур­ный гра­ди­ент;

R - га­зо­вая по­сто­ян­ная.

Ба­ро­мет­ри­че­ский вы­со­то­мер пред­став­ля­ет со­бой ма­но­метр аб­со­лют­но­го дав­ле­ния (рис. 2). Чув­ст­ви­тель­ным эле­мен­том при­бо­ра яв­ля­ет­ся ане­ро­ид (мем­бран­ная ко­роб­ка) А, из ко­то­рой от­ка­чан воз­дух. Ане­ро­ид по­ме­щен в гер­ме­ти­че­ском кор­пу­се, ко­то­рый со­об­ща­ет­ся тру­бо­про­во­дом с ПВД.

Рис. 2. Манометр абсолютного давления

С из­ме­не­ни­ем вы­со­ты ме­ня­ет­ся ста­ти­че­ское дав­ле­ние р_ст, при этом ме­ня­ет­ся и ве­ли­чи­на уп­ру­гой де­фор­ма­ции ане­рои­да. Пе­ре­ме­ще­ние ее под­виж­но­го цен­тра с по­мо­щью пе­ре­да­точ­но­го ме­ха­низ­ма (ПМ) пе­ре­да­ет­ся ука­за­тель­ной стрел­ке. В на­стоя­щее вре­мя на­хо­дят при­ме­нение вы­со­то­ме­ры ти­па ВД-17, ВД-20 и др.

Ско­рость по­ле­та ЛА мож­но из­ме­рить по от­но­ше­нию к воз­душ­ной сре­де или от­но­си­тель­но зем­ли.

Раз­ли­ча­ют ис­тин­ную воз­душ­ную, при­бор­ную, пу­те­вую и вер­ти­каль­ную ско­ро­сти.

Ис­тин­ной воз­душ­ной ско­ро­стью V на­зы­ва­ет­ся ско­рость дви­же­ния ЛА от­но­си­тель­но воз­ду­ха.

При­бор­ной ско­ро­стью V_пр на­зы­ва­ют­ся ис­тин­ная воз­душ­ная ско­рость, при­ве­ден­ная к нор­маль­ной плот­но­сти воз­ду­ха.

Пу­те­вой ско­ро­стью W на­зы­ва­ет­ся го­ри­зон­таль­ная со­став­ляю­щая ско­ро­сти ЛА от­но­си­тель­но зем­ли. Пу­те­вая ско­рость рав­на гео­мет­ри­че­ской сум­ме го­ри­зон­таль­ных со­став­ляю­щих ис­тин­ной воз­душ­ной ско­ро­сти и ско­ро­сти вет­ра U.

Вер­ти­каль­ной ско­ро­стью на­зы­ва­ет­ся вер­ти­каль­ная со­став­ляю­щая ско­ро­сти дви­же­ния ЛА от­но­си­тель­но зем­ли.

Для из­ме­ре­ния ис­тин­ной и при­бор­ной воз­душ­ной ско­ро­сти при­ме­ня­ют­ся ком­би­ни­ро­ван­ные ука­за­те­ли ско­ро­сти ти­па КУС 2000, КУС-2500 и др. Прин­цип их дей­ст­вия по­яс­ня­ет­ся на рис. 3.

Рис. 3. Схема ком­би­ни­ро­ван­ного ука­за­те­ля ско­ро­сти ти­па КУС 2000

Пол­ное дав­ле­ние р_п по­сту­па­ет во внутрь ане­рои­да 1, а ста­ти­че­ское дав­ле­ние р_ст - внутрь гер­ме­ти­че­ско­го кор­пу­са при­бо­ра. В ре­зуль­та­те под­виж­ной центр ане­рои­да 1 пе­ре­ме­ща­ет­ся на ве­ли­чи­ну, про­пор­цио­наль­ную ди­на­ми­че­ско­му дав­ле­нию р_д = р_п - р_ст. Ли­ней­ное пе­ре­ме­ще­ние ане­рои­да 1 пре­об­ра­зу­ет­ся в уг­ло­вое пе­ре­ме­ще­ние стрел­ки ука­за­те­ля V_пр.

Ис­тин­ная и при­бор­ная воз­душ­ные ско­ро­сти свя­за­ны со­от­но­ше­ни­ем

(2)

где: - плотность атмосферы на высоте;

- давление атмосферы на высоте;

- температура атмосферы на высоте.

Ма­но­мет­ри­че­ский ука­за­тель ис­тин­ной воз­душ­ной ско­ро­сти (ИВС), так­же как и ука­за­тель при­бор­ной ско­ро­сти, ос­но­ван на из­ме­ре­нии ди­на­ми­че­ско­го дав­ле­ния встреч­но­го по­то­ка воз­ду­ха.

Од­на­ко, в ука­за­те­ле ИВС ав­то­ма­ти­че­ски вво­дит­ся по­прав­ка на из­ме­не­ние плот­но­сти воз­ду­ха. По­во­рот стрел­ки ука­за­теля ИВС кор­рек­ти­ру­ет­ся с по­мо­щью ане­рои­да 2 че­рез по­вод­ко­вую пе­ре­да­чу П. С уве­ли­че­ни­ем H пле­чо l₁ ста­но­вит­ся мень­ше пле­ча l. Сле­до­ва­тель­но, стрел­ка V от­кло­нит­ся на боль­ший угол, т.е. V>V_пр.

С при­бли­же­ни­ем ско­ро­сти ЛА к ско­ро­сти зву­ка его аэ­ро­ди­на­ми­че­ские ха­рак­те­ри­сти­ки ухуд­ша­ют­ся и за­ви­сят не от ско­ро­ст­но­го на­по­ра встреч­но­го воз­ду­ха (pV²/2), а от чис­ла М.

Чис­ло М пред­став­ля­ет со­бой от­но­ше­ние воз­душ­ной ско­ро­сти к ско­ро­сти зву­ка а.

(3)

Ско­рость зву­ка за­ви­сит прак­ти­че­ски толь­ко от тем­пе­ра­ту­ры воз­ду­ха

(4)

где: - температура атмосферы на высоте.

По­это­му вы­ра­же­ние (3) мож­но пред­ста­вить в ви­де

(5)

В ка­че­ст­ве из­ме­ри­те­ля чис­ла М по­ле­та ЛА мож­но ис­поль­зо­вать ука­за­тель при­бор­ной ско­ро­сти, по­ка­за­ния ко­то­ро­го не­пре­рыв­но кор­рек­ти­ру­ет­ся в со­от­вет­ст­вии со ста­ти­че­ским дав­ле­ни­ем p_ст.

При­бо­ры, из­ме­ряю­щие вер­ти­каль­ную ско­рость подъ­е­ма или сни­же­ния, на­зы­ва­ют­ся ва­рио­мет­ра­ми. Дей­ст­вие ва­рио­мет­ра ос­но­ва­но на из­ме­ре­нии из­бы­точ­но­го дав­ле­ния (раз­ре­же­ния), соз­да­вае­мо­го при из­ме­не­нии вы­со­ты по­ле­та внут­ри замк­ну­то­го объ­ек­та, со­об­щаю­ще­го­ся с ат­мо­сфе­рой че­рез капиллярную труб­ку.

Уст­рой­ст­во и прин­цип дей­ст­вия ва­рио­мет­ра по­яс­ня­ет­ся рис. 4. Ва­рио­метр со­сто­ит из ане­рои­да М, внеш­няя по­верх­ность ко­то­ро­го вос­при­ни­ма­ет дав­ле­ние, дей­ст­вую­щее внут­ри кор­пу­са: внут­рен­няя по­лость на­хо­дит­ся под дей­ст­ви­ем ат­мо­сфер­но­го дав­ле­ния, вво­ди­мо­го при по­мо­щи труб­ки. Пе­ре­ме­ще­ние цен­тра ане­рои­да пе­ре­да­ет­ся стрел­ке че­рез пе­ре­да­точ­ный ме­ха­низм.

Рис. 4. Схема вариометра

При подъ­е­ме ЛА ат­мо­сфер­ное дав­ле­ние не­пре­рыв­но па­да­ет и воз­дух из кор­пу­са вы­те­ка­ет че­рез ка­пил­ляр К на­ру­жу, в ре­зуль­та­те дав­ле­ние внут­ри кор­пу­са па­да­ет. Од­на­ко, из-за со­про­тив­ле­ния ка­пил­ля­ра дав­ле­ние внут­ри кор­пу­са не успе­ва­ет стать рав­ным ат­мо­сфер­но­му и внут­ри кор­пу­са об­ра­зу­ет­ся из­бы­точ­ное дав­ле­ние, ве­ли­чи­на ко­то­ро­го тем боль­ше, чем бы­ст­рее ЛА на­би­ра­ет вы­со­ту. Под влия­ни­ем об­ра­зую­щей­ся раз­но­сти дав­ле­ний, ане­ро­ид М сжи­ма­ет­ся и пе­ре­дви­га­ет че­рез пе­ре­да­точ­ный ме­ха­низм стрел­ку вверх от ну­ля. Как толь­ко подъ­ем ЛА пре­кра­тит­ся, ат­мо­сфер­ное дав­ле­ние пе­ре­ста­нет ме­нять­ся, дав­ле­ние внут­ри кор­пу­са срав­ня­ет­ся с ат­мо­сфер­ным, и стрел­ка воз­вра­тит­ся на ну­ле­вую от­мет­ку шка­лы.

Ва­рио­мет­ры ис­поль­зу­ют­ся для вы­дер­жи­ва­ния го­ри­зон­таль­но­го по­ле­та ЛА.

Сис­те­мы воз­душ­ных сиг­на­лов (СВС) пред­став­ля­ют со­во­куп­ность уст­ройств для вы­чис­ле­ния ос­нов­ных аэ­ро­ди­на­ми­че­ских па­ра­мет­ров по­ле­та ЛА и вы­да­чи сиг­на­лов о них по­тре­би­те­лям. СВС за­ме­ня­ют боль­шое ко­ли­че­ст­во дат­чи­ков от­дель­ных па­ра­мет­ров, чис­ло ко­то­рых уве­ли­чи­ва­ет­ся с рос­том по­тре­би­те­лей. В СВС вы­чис­ля­ют­ся М, V, V_пр, Т, Н (истинная высота), Н_а (высота над уровнем моря).