Теория аэродинамического метода измерения скорости полета

Применим уравнение Бернулли к струйке воздушного потока, действующего на открытую часть приемника воздушных давлений:

V₁²/2g + p/γ₁ = V₂²/2g + p_п/γ₂ (1)

где g — ускорение силы тяжести; р, γ₁, V₁, и p_п, γ₂, V₂ — соответст­венно давление, весовая плотность и скорость набегающего и за­торможенного потоков.

При полном торможении потока (V₂ = 0) выражение принимает вид

p_п/γ₂ - p/γ₁ = V₁²/2g (2)

При малых скоростях полета (V≤400 км/ч) воздух можно счи­тать несжимаемым. Полагая γ₁ = γ₂ = γ и V₁ = V, получим

Δp = р_п – р = γV²/2g (3)

Величина Δр называется динамическим давлением или скоростным напором, а давление р_П — полным. Оно равно сумме давле­ний: р - в набегающем потоке и Δр — скоростного напора.

Из выражения (3) следует, что для измерения скорости полета V необходимо определить разность давлений Δр = р_п - р и извлечь квадратный корень из этой величины. Разность давлений измеряют следующим образом. В герметичный корпус 4 прибора подается статическое давление р от приемника воздушных давлений 1 по трубопроводу 2, а внутрь манометрической коробки 5 — полное давление р_п от ПВД по трубопроводу 3.

Манометрическая короб- 7

ка деформируется в соот- 6

ветствии с разностью давле-

ний Δр = р_п - р , а извлечение

корня из этой величины для

получения скорости V

осуществляется в передаточном механизме.

Стрелка 6 показывает по шкале

7

Рис.44.

измеряемую скорость полета.

Для скоростей более 400км/ч, но

не превышающих скорость звука, необходимо пользоваться формулой с учетом сжимаемости воздуха.

Комбинированные указатели скорости. Измерение истинной воздушной Vист и приборной (индикаторной) Vnp (V_i) скоростей осуществляется анероидно-манометрическими приборами.

В основу принципа действия этих приборов положено измерение динамического давления.

При полете со скоростями, не превышающими 400 км/ч, динамическое давление р_д, равное разности полного и статического р_н давлений, пропорционально воздушной скорости полета V:

Р_д = Р_п — Р_Н = ρ_нV²_ист : 2=ρ₀ V²₀ : 2

где р₀, р_н — плотности воздушной среды у земли и на высоте Н.

С учетом сжимаемости воздуха при полетах с большими ско­ростями закономерности более сложные и являются функцией числа М и температуры Тн среды.

V_ист=

V_ист=V_прρ_н Тн : ρ₀ Т₀

где Т₀ и Т_н — значения абсолютных температур у земли и на высоте Н.

Приборы для измерения скорости полета называются указателями скорости. Они делятся на следующие типы:

-указатели индикаторной скорости;

-указатели истинной воздушной скорости.

Наряду с указателем истинной воздушной скорости применяется указатель числа М. Этот прибор показывает значение истинной воздушной скорости в относительных единицах (по отношению к скорости звука).

Указатель индикаторной скорости (УС) применяется в качестве пилотажного прибора.

Принцип действия его основан на измерении динамического давления встречного потока воздуха с помощью манометрической коробки, деформация которой передается на стрелку специальным механизмом.

Таким образом, указатель индикаторной скорости измеряет скоростной напор Δр = γV²/2g, зависящий не только от скорости полета, но и от плотности воздуха.

Этот прибор будет показывать истинную воздушную скорость только на той высоте, на которой производилась его градуировка. Обычно указатель индикаторной скорости градуируется при нормальной плотности воздуха у -—1,225 кг/м³, поэтому показания прибора будут соответствовать истинной воздушной скорости при полете у земли.

Аэродинамические силы, действующие на самолет в полете, также пропорциональны скоростному напору. Например, величина подъемной силы выражается формулой

Y=C_yS γV²/2g

Где: С_у — коэффициент подъемной силы;

S — площадь несущих поверхностей.

Поэтому для поддержания требуемого режима полета важно знать не истинную воздушную скорость, а индикаторную скорость полета. Следовательно, по указателю индикаторной скорости легко выдерживать нужные режимы полета.

Этот прибор по существу дает информацию о подъемной силе самолета на любой высоте полета, что особенно важно знать тогда, когда подъемная сила приближается к критическому значению.

Указатель индикаторной скорости можно использовать и как навигационный прибор для определения истинной воздушной скорости. В этом случае в его показания нужно вводить поправки.

Указатель истинной воздушной скорости (ИВС) предназначен для измерения истинной воздушной скорости полета. Его принцип действия, так же как и указателя индикаторной скорости, основан на измерении динамического давления встречного потока воздуха. Отличие состоит в том, что в указателе ИВС измеряется также и статическое давление. Кроме того, автоматически вводится комбинированный указатель скорости.

В нем совмещены два прибора - указатель индикаторной скорости и указатель истинной воздушной скорости. Прибор имеет единую шкалу и две стрелки, одна из которых (широкая) показывает индикаторную скорость, а другая (узкая) — истинную воздушную скорость.

Применяемые на самолетах измерители скоростей представляют собой комбинированные приборы, одновременно указывающие как истинную, так и приборную скорости полета.

Комбинированный указатель скорости типа КУС устроен следующим образом. Внутри герметического корпуса раз­мещены манометрическая 6 и анероидная 5 коробки. Внутренняя полость манометрической коробки соединена с самолетной системой полного давления, а внутренний объем корпуса прибора с

Рис.45. Кинематическая схема комбинированного указателя скорости:

1 — стрелка истинной воздушной скорости; 2 — стрелка приборной скорости; 3, 11 — зубчатые секторы; 4, 7, 8, 10 — поводки; 5 — анероидная коробка; 6 — манометриче­ская коробка; 9, 12 — трибки

си­стемой статического давления. Внутри корпуса смонтированы механизмы истинной и приборной скоростей, которые работают от общего чувствительного элемента — манометрической коробки.

Под действием разностного, т. е. динамического давления Р_д = Р_п — Р_Н, манометрическая коробка деформируется. Ли­нейное перемещение ее подвижного центра с помощью тяги, ocи М, поводков 7 и 8, сектора 3 и трибки .9 преобразуется в пово­ротное движение широкой стрелки 2, указывающей приборную скорость полета, т. е. скорость без учета сжимаемости воздуха и изменения его плотности на высоте полета.

Для измерения Vист необходимо учитывать изменения плотности воздушной среды. С этой целью в приборе предусмотрен специальный механизм, чувствительным элементом которого служит анероидная коробка. При изменении статического давления внутри прибора анероидная коробка деформируется.

Линейное перемещение подвижного центра при помощи тяги и оси А передается на поводок 4 и вызывает изменение передаточного отношения между осями М и А. Поскольку на ось И передается угловое перемещение, пропорциональное Vnp, а через поводок 4 — перемещение, пропорциональное изменению плотности, ее поворот прс исходит на угол, соответствующий V_ист. Это перемещение с по мощью поводков 10, сектора 11 и трибки 12 преобразуется в поворотное движение узкой стрелки 1, указывающей по шкале истинную воздушную скорость V_ист.

Поправки на влияние сжимаемости и изменения температуры вводятся автоматически специальными компенсаторами в кинематической схеме прибора.