3.3 Расчет капилляра.

Внутренний объем герметичного корпуса вариометра:

U =  r_в²  ℓ_в  K_o , (3.22)

где r_в – внутренний радиус корпуса прибора,

ℓ_в – глубина корпуса,

K_o – коэффициент, учитывающий объем деталей вариометра

(при проектировании можно полагать, что K_o= 0,70,8 .

Геометрические размеры вариометра должны быть выражены в метрах. Далее задаются временем запаздывания показаний прибора –  в пределах от 1 до 3 секунд и средней высотой полета – H. Для выбранной высоты полета по данным таблицы 2 определяют давление р , температуру Т , и плотность воздуха за бортом  .

Перепад давлений, измеряемый упругим ЧЭ при максимальной вертикальной скорости полета V_y , определенной в задании на проектирование, составляет:

  р  U  V_y

р = , (3.23)

(U + Np) R T

где R = 29,27 м/ - универсальная газовая постоянная.

Затем задаются соотношением между длиной капилляра ℓ и его диаметром D:

ℓ

 =  , (3.24)

D

причем эта величина должна удовлетворять неравенству  ≥ 100.

Тогда диаметр капилляра можно определить по формуле:

₃ 128  U      V_y

D =

  p  R  m  T_o , (3.25)

где  = 17,54  10^-6 нс/м² - абсолютная вязкость воздуха (при Т_о = 288К),

m – число капилляров.

При первоначальном расчете полагают m = 1.

Длину капилляра определяют как:

ℓ =   D , (3.26)

Полученные результаты должны удовлетворять условиям:

D ≥ 0,4 мм

ℓ ≤ 60 мм (3.27)

Если условия (3.27) не выполняются, то необходимо увеличить число капилляров m и повторить расчет, начиная с формулы (3.25).

Кроме неравенств (3.27), параметры капилляра должны удовлетворять еще двум условиям, для проверки которых необходимо определить среднюю скорость потока воздуха в капилляре V_кап . Величину V_кап находят путем решения квадратного уравнения:

  V²_кап 32    ℓ

 +   V_кап = р , (3.28)

2 D²

Скорость потока воздуха в капилляре должна быть такой, чтобы число Рейнольдса Re было меньше 1000, то есть должно выполняться неравенство:

V_кап  D  

Re =   1000 (3.29)

2 

Вторым условием является неравенство:

  V_кап  D²

 ≤  , (3.30)

64   ℓ

где  = 0,03  0,04 .

При нарушении условий (3.29) , (3.30) необходимо увеличить число капилляров m и повторить расчет, начиная с уравнения (3.25).

4 РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ ПРИБОРА

Надежность – это свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки.

Основной характеристикой надежности объекта (прибора, системы) является вероятность Р(t) его безотказной работы в течение времени t. Для определения Р(t) удобно использовать понятие интенсивности отказов (t), т.е. число отказов в единицу времени.

Приборы и датчики считают работоспособными, если они функционируют в условиях эксплуатации с заданной точностью, т.е. если их погрешности не выходят за пределы установленных эксплуатационных допусков.

По своей конструкции любой прибор или датчик состоит из многих деталей и узлов в количестве n. Внезапный отказ любого элемента может привести к отказу прибора в целом.

Приборы и датчики считают работоспособными, если они функционируют в условиях эксплуатации с заданной точностью, т.е. их погрешности не выходят за пределы установленных эксплуатационных допусков.

В зависимости от характера изменения погрешности на выходе прибора отказы делят на внезапные и постепенные.

Причинами внезапного отказа могут быть поломка деталей, обрыв электрической цепи, заклинивание подшипников и т.д.

Постепенные отказы связаны с износом деталей, деформациями при температурных изменениях или вибрациях, изменении емкости конденсатора и т.д.

Учитывая интенсивность возможных отказов деталей, узлов и элементов конструкции можно определить интенсивность отказов прибора в целом  по формуле:

k

 =  m_j  _j  а_j (4.1)

j=1

где k – число групп однотипных элементов в приборе, например: винты, пружины, зубчатые колеса и др.

m_j – число элементов в приборе j–той группы;

_j – интенсивность отказов элементов j–той группы;

а_j – эксплуатационный коэффициент, учитывающий влияние условий эксплуатации (влажность, давление, плотность, температура и др.) на интенсивность отказов элементов j–той группы.

Вероятность безотказной работы Р прибора в течение заданного промежутка времени определяется по формуле:

Р = 1 –   t (4.2)

где t – время безотказной работы прибора (ресурс), час

Если в задание на проектирование требуется определить время безотказной работы прибора с заданной вероятностью, то формулу преобразуют к виду:

1

t = (1 – Р) (4.3)



Данные по интенсивности отказов и эксплуатационные коэффициенты см. Приложение 3.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1