МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
РСФСР
ЛЕНИНГРАДСКИЙ ИНСТИТУТ АВИАЦИОННОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ
Методические указания к выполнению
лабораторной работы (основные сведения из теории)
Ленинград
1988
Составители: В.Г.Васильев, А.Д.Кречетов.
Рецензенты: кафедра радиопередающих и телевизионных устройств
Ленинградского института авиационного приборостроения;
кандидат технических наук доцент Б.Т.Никитин.
Приведены методические указания к выполнению лабораторной работы "Допплеровский измеритель скорости и угла сноса" (ДИСС). Даны краткие сведения о составе аппаратуры лабораторной установки и принципах построения ДИСС.
Предназначены для студентов специальности "Радиотехника" дневного, вечернего и заочного факультетов, а также факультета целевой интенсивной подготовки.
Подготовлены к публикации кафедрой радиотехнических систем по рекомендации методической комиссии радиотехнического факультета Ленинградского института авиационного приборостроения.
Ленинградский институт авиационного приборостроения
1988
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучение принципов построения, основных тактико-технических характеристик и методики экспериментальных исследований допплеровских измерителей скорости и угла сноса (ДИСС) .
Методические указания по подготовке к работе
Перед выполнением лабораторной работы студенты должны получить зачёт по коллоквиуму. При подготовке к коллоквиуму необходимо изучить принципы построения ДИСС, ознакомиться с составом аппаратуры лабораторной установки и задачами экспериментальных исследований.
Описание лабораторной установки
Лабораторная установка включает действующий комплект аппаратуры ДИСС, имитатор сигналов и помех (два генератора стандартных сигналов в диапазоне допплеровских частот и генератор шума), измеритель частоты и осциллограф.
2.1.Назначение дисс
Для решения различных задач навигации летательных аппаратов (ЛА) необходимо знать величину и направление вектора скорости относительно поверхности Земли (или иной планеты). Зная скорость и направление движения, можно управлять полётом ЛА. Кроме того, путём интегрирования составляющих вектора скорости в заданной системе координат можно определить текущие координаты ЛА.
Для определения вектора скорости ЛА широко применяется радиоаппаратура, использующая эффект Допплера. Наиболее часто допплеровские устройства применяются в автономных самолётных системах навигации, обеспечивающих полёт самолёта по заданному маршруту. Обычно такой полёт происходит на постоянной высоте, при этом вертикальная составляющая скорости равна нулю. В этом случае необходимо определять только две составляющие вектора скорости в горизонтальной плоскости или величину горизонтальной скорости и угол сноса. Отсюда и название – допплеровский измеритель скорости и угла сноса (ДИСС).
В настоящее время ДИСС применяются для решения широкого круга задач. Условно их делят на два типа – самолётные и вертолётные. Вертолётные ДИСС, в отличие от самолётных, определяют полный вектор скорости ЛА, т.е. дополнительно к горизонтальным определяют ещё и вертикальную составляющую вектора скорости.
Указанное деление ДИСС является условным. К примеру, ДИСС самолётного типа используются на экранопланах и судах на воздушной подушке, а «вертолётные» – в системах мягкой посадки космических аппаратов на Луну и Марс. В дальнейшем будем рассматривать самолётные ДИСС.
Введём некоторые понятия, связанные с решением задач навигации при движении самолёта по маршруту (рис. 1).
Линия пути – это проекция траектории ЛА на земную поверхность;
Wп - вектор путевой скорости (горизонтальная составляющая полного вектора скорости ЛА относительно земной поверхности). Путевой скоростью можно назвать также скорость перемещения проекции центра тяжести ЛА вдоль линии пути;
Vг - горизонтальная составляющая вектора воздушной скорости ЛА (относительно масс воздуха);
Uг - горизонтальная составляющая вектора скорости ветра;
с - угол сноса – угол в горизонтальной плоскости между проекцией продольной оси самолёта и вектором путевой скорости;
K - курс самолёта – угол в горизонтальной плоскости между северным направлением меридиана и проекцией продольной оси самолёта;
п - путевой угол – измеряется в горизонтальной плоскости между направлением на север и направлением вектора путевой скорости;
ск – угол аэродинамического скольжения – между горизонтальной проекцией продольной оси самолета и вектором Vг;
ВТ – угол сноса ветром – между векторами Vг и Wп.
Положительные направления перечисленных углов – по часовой стрелке.
При полёте самолёта направление движения обычно не совпадает с направлением продольной оси, т.е. путевой угол не равен курсу, и самолёт перемещается в заданном направлении «боком» (рис. 1). Происходит это вследствие двух причин – сноса самолёта ветром и аэродинамического скольжения (проскальзывания самолёта в боковом направлении при крене и в других случаях). В соответствии с этим угол сноса равен
с = ск + ВТ
Ддя тяжёлых скоростных самолётов при полёте по маршруту ск 0 и может не учитываться, тогда с ВТ. Вектор путевой скорости определяется суммой векторов воздушной скорости и скорости ветра
Wп = Vг + Uг
Три этих вектора образуют так называемый треугольник скоростей. Самолётный ДИСС определяет угол сноса с и путевую скорость Wп. Для определения путевого угла необходимо знать также курс K самолёта, поскольку
п = K +с
При помощи магнитного компаса измеряют магнитный курс Км. Для перехода к истинному курсу K необходимо внести поправку на магнитное склонение в данной местности
К = Км + м .
Км измеряется по часовой стрелке между северным направлением магнитного меридиана и горизонтальной проекцией продольной оси самолета; м – угол между истинным и магнитным меридианами.
ДИСС и курсовая система, определяющая курс, являются основными датчиками для автономного навигационного устройства самолёта (АНУ). АНУ представляет собой счётно-решающую аппаратуру, которая определяет пройденное расстояние и текущие координаты самолёта. Во время полёта ЛА из-за воздействия дестабилизирующих факторов (например, изменения силы ветра), а также вследствие пилотирования, значения K, с и Wп непрерывно изменяются во времени. В АНУ определяются две составляющие вектора путевой скорости в прямоугольной системе координат, у которой ось У направлена на север, а ось Х – на восток
Текущие координаты находят путём интегрирования составляющих вектора скорости
,
где X0, Y0 координаты в момент t0, например, в точке старта.
Пройденное расстояние определяют в результате интегрирования путевой скорости
,
До разработки ДИСС приборов для измерения угла сноса не существовало: он измерялся штурманом косвенным путём с большими погрешностями. В последнее время разработаны также корреляционные измерители путевой скорости и угла сноса, которые успешно конкурируют с ДИСС.