- •Глава 11. Канал измерения высоты и скорости полета ла
- •11.1. Барометрический канал измерения высоты полёта ла, математическая модель атмосферы
- •11.2.Основные источники методических погрешностей при измерении барометрической высоты
- •11.3. Аэрометрический канал измерения скорости, числа Маха. Математическая модель измерителей приборной скорости и числа Маха
- •11.4. Вариометры
- •11.5. Погрешности указателей скорости и числа м
- •11.6.Системы приема воздушных давлений (пвд)
11.3. Аэрометрический канал измерения скорости, числа Маха. Математическая модель измерителей приборной скорости и числа Маха
Скорость полета ЛА измеряют относительно воздуха и относительно Земли. При этом различаю истинную воздушную скорость V – скорость полета относительно воздуха, путевую скорость W – скорость относительно Земли, и приборную (индикаторную) скорость Vi – скорость полета в предположении, что скоростной напор постоянный на всех высотах. Безразмерной характеристикой скорости полета является число М полета, равное отношению истиной воздушной V к скорости звука а, т.е. М=V/а.
Путевая скорость равна геометрической сумме горизонтальных составляющих истиной воздушной скоростии скорости ветра, т.е.
. (11.21)
Скорость полета является векторной величиной, для определения которой необходимо знать модуль и направление. Направление вектора истиной воздушной скорости в системе координат, связанной с осями ЛА, определяется углами атаки и скольжения . Следовательно, для полного определения вектора воздушной скорости необходимо измерять модуль вектора и угла атаки и скольжения.
В целях удобства пилотирования отдельно измеряют вертикальную скорость VH, являющуюся вертикальной составляющей скорости полета ЛА, причем .
Приборы, предназначенные для измерения указанных выше скоростей, называются соответственно указателями истиной воздушной скорости, числа М, а приборы, измеряющие вертикальную скорость, называются вариометрами.
Для измерения истиной воздушной скорости, индикаторной скорости и числа М полета применяются аэрометрический, манометрический, термодинамический, тепловой, турбинный и ультраакустический методы.
Аэрометрический метод основан на измерении скоростного (динамического) напора, функционально связанного со скоростью.
Принцип действия указателя скорости основан на измерении динамического напора полностью заторможенного потока воздуха.
Из уравнения Бернулли в предположении одинаковых нивелирных высот
, (11.22)
где р1, 1, V1 и р2, 2, V2 – соответственно давление, весовая плотность, скорость набегающего и заторможенного потоков.
При полном торможении (V2=0)
. (11.23)
При малых скоростях полета (V<400 км/ч) воздух можно считать несжимаемым. Полагая 1=2=, получаем
. (11.24)
Величина называется динамическим или скоростным напором, а давлениер2=рП – полным давлением. Оно равно сумме статического давления р1=рСТ и скоростного напора р.
При больших скоростях полета (V>400 км/ч) с учетом адиабатического сжатия и внутренней энергии вместо уравнения (11.23) получаем
, (11.25)
где k=1,4 – показатель адиабаты для воздуха.
Если воспользоваться уравнением адиабаты
(11.26)
и исключить из уравнений (11.25) и (11.26) величину 2, то после преобразования получим
, (11.27)
где =k/(k-1).
Отсюда находим разность давлений р=рП-рСТ=р2-р1
, (11.28)
или, воспользовавшись уравнением состояния 1=р1/RT1
, (11.29)
где р1 и Т1 – статическое давление и температура на высоте полета.
Решая уравнение (11.29) относительно V, найдем
. (11.30)
Видно, что для измерения скорости V необходимо измерять скоростной напор р, статическое давление р1 и температуру Т1 на высоте полета.
Если учесть, что скорость звука а в воздухе равна
(11.31)
то можно определить
, (11.32)
где М=V/a – число М полета.
По формуле (11.32) градуируются указатели числа М полета, причем в этом случае необходимо измерять только р и р1.
На сверхзвуковых скоростях полета часть энергии скоростного напора тратится на образование ударных волн, поэтому разность давлений р с учетом потерь на прямой скачок уплотнения перед носком трубки ПВД будет
, (11.33)
где . (11.34)
Если в (11.33)положить k=1.4, то
.
Чувствительным элементом комбинированного указателя скорости является манометрическая коробка, помещенная внутри герметичного корпуса. Полость коробки соединена с приемником полного давления, а корпус прибора — с приемником статического давления. В полете на упругий элемент действует разность полного и статического давлений, т. е. динамическое давление рд=рп—рст
Рассмотрим работу комбинированного указателя скорости(см. рис. 11.4) При подачи полного давления в манометрический блок 18 он деформируется под действием разности полного и статического давления (скоростного напора). Деформация блока посредством жесткого центра 19, тяги 20, поводка 21 с зажимом поворачивает ось 10. Далее движение передается через поводки 22 и 5 на ось 4. Сектор 3 на оси 4 через трибку 26 передает вращение на стрелку 2 приборной скорости. Отсчет показаний производится по шкале 1.
Для получения истинной воздушной скорости прибор дополняется анероидным блоком 16 с соответствующим передаточным механизмом. При деформации анероидного блока движение передается через жесткий центр 17, тягу, поводок 14с зажимом на ось 12. Далее через поводки 23 и 24 вращается ось передаточного сектора 27. Последний через трибку 26 вращает стрелку 29 истинной воздушной скорости. Необходимый для получения истинной воздушной скорости сигнал скоростного напора передается с оси 10 через поводки 9 и 8. Регулировка передаточного отношения от анероидного блока к оси 10 производиться с учетом изменения температуры с высотой по МСА.
11.4. Кинематическая схема комбинированного указателя скорости:1— шкала циферблата; 2 — стрелка приборной скорости; 3, 27 — зубчатые секторы; 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 22, 23, 24 — поводки; 11, 15, 20 — тяги; 12; 25 — оси; 13; 14 — вилки-. 16 — анероидная коробка; 17 — верхний центр анероидной коробки; 18 — манометрическая коробка; 19— верхний центр манометрической коробки; 21 — кривошип; 26, 28 — трибки; 29 — стрелка истинной скорости
Указатель числа М по своему устройству аналогичен указателю воздушной скорости (рис.11.4), но в нем отсутствуют элементы учитывающие температуру окружающей среды.
Так как число М является функцией отношения динамического рд к статическому давлению рст на высоте полета, то кинематический механизм прибора выполняет деление величины рд, измеренной с помощью манометрической коробки, на величину рст, которую измеряет анероидная коробка.