36. Аэрометрический канал измерения скорости ла. Математическая модель измерителей приборной, воздушной скорости и числа Маха.

Истинная воздушная скорость – V – скорость ЛА относительно воздушной среды.

Путевая скорость – W – скорость ЛА относительно земли.

Приборная (индикаторная) скорость – V_п или V_и – скорость полета, в предположении, что скоростной напор постоянен с изменением высоты.

Вертикальная скорость перемещения – Н – измеряется вариометром.

Число Маха – – отношение истинной скорости полета к скорости звука.

Путевая скорость определяется как геометрическая сумма составляющих:

– горизонтальная составляющая воздушной скорости.

– скорость ветра.

Направление вектора истинной скорости относительно осей ЛА определяется с помощью углов атаки и скольжения.

Приборы для указания соответствующих скоростей:

1. Указатель истинной и приборной воздушной скорости (КУС);

2. Указатель числа М;

3. Вариометр.

Для измерения воздушной скорости применяют аэрометрические, барометрические, ультраакустические, термоэлектрические, турбинные, тепловые и другие измерительные преобразователи.

Способы измерения скорости:

Широко применяют следующие методы:

1. аэрометрический;

2. манометрический;

3. анемометрический;

4. тепловой;

5. ультраакустический (Доплеровский).

Аэрометрический способ основан на измерении скоростного динамического и статического напора.

Манометрический метод основан на измерении давления (P).

Анемометрический – скорость измеряется с помощью крутящейся турбинки (V = f(ω)) – метод используется для измерения малых скоростей.

Тепловой (термоанемометрический) метод – измерение параметра терморезистора – используется для экспериментальных испытаний.

V – скорость;

k – коэффициент теплопроводности;

ρ – плотность воздуха;

С_V – теплоемкость воздуха;

Т_н – температура нити термоанемометра;

Т – температура воздуха;

d – диаметр нити;

R – сопротивление нити;

J – ток через нить.

Доплеровский метод основан на измерении разности фаз сигнала излученного антенной и принятие сигнала, отраженного от земли, соответствующей антенной.

Измерение вертикальной скорости

Измерение вертикальной скорости осуществляется вариометрами. Принцип их работы основан на установлении связи вертикальной скорости ЛА с запаздыванием давления при измерении высоты.

Вариометр.

В герметичный корпус подается Р_ст. Р_ст подается также во внутреннюю полость мембранной коробки через трубопровод, имеющий достаточно большой диаметр сечения d и длину l. При Н = const система находится в статическом состоянии, т.е. давление внутри полости равно давлению в мембранной коробке.

Изменение высоты приводит к изменению давлению мембранной коробки относительно давления внутри корпуса. Это связано с гидравлическим сопротивлением капиллярной трубки относительно давления мембранной коробки.

– внутренне давление в мембранной коробке;

– внутренне давление в корпусе.

Величина отклонения стрелки вариометра характеризуется чувствительностью. Чувствительность определяется конструктивными особенностями, а также параметрами среды.

– коэффициент вязкости воздуха;

– длина капилляра трубки;

D – диаметр капилляра трубки;

V – объем внутренней поверхности вариометра;

R – газовая постоянная;

– температура САХ.

Вариометры имеют высокую чувствительность к температуре воздуха внутри прибора.

Для устранения данной погрешности корпуса вариометра имеют малую теплопроводность. В качестве материала используют карболит, полиамидные смолы.

Кроме температурных погрешностей вариометр имеет динамические погрешности – диметр капиллярной трубки.

Постоянная времени – несколько секунд и повышается с увеличением высоты.

Аэрометрический метод измерения скорости

Принцип действия основан на применении закона Бернулли.

В случае полного затормаживания потока , тогда

При скоростях воздушных потоков менее 400 км/ч считается, что весовая плотность заторможенного и набегающего потока равны. Следовательно

– весовая плотность воздуха;

– заторможенное (полное) давление;

– статическое давление.

– градуировочная характеристика показателя скорости.

При скоростях воздушных потоков более 400 км/ч происходит адиабатическое сжатие воздуха, а, следовательно, и изменение плотности.

Для разных скоростей (до сверхзвуковых) зависимость скорости от перепада давления определяется следующей формулой:

Данная формула определяет истинное значение воздушной скорости на дозвуковых скоростях.

При скоростях V>400 км/ч:

Из формулы видно, что измерение числа Маха зависит от , но не зависит от .

Комбинированный указатель скорости (КУС).

Представляет собой герметичный корпус, в котором находится мембранная коробка, в которую подается P_полн с ПВД. Во внутреннюю полость прибора подается P_статич. Изменение давления приводит в действие систему рычагов и передаточных механизмов, которые передают сигнал на указатель.

Приборная скорость необходима для того, чтобы пилот реализовал подъемную силу.

Для ее измерения вводится анероидная коробка и плотность.

При расширении или сужении анероидной коробки происходит изменение углового положения стрелки, показывающей приборную скорость.

Указатель числа Маха

– конструктивно выполнен как указатель истинной скорости, но отсутствуют элементы, учитывающие Т с изменением высоты.

Погрешности указателей скорости имеют как методический, так и инструментальный характер.

1) Показатели истинной и приборной скорости – только на уровне моря.

2) Методическая погрешность зависит от Т₁, определяемая стандартным атмосферным давлением – устраняется компенсаторами 1-го и 2-го рода.

Погрешности дисбаланса устраняются с помощью противовесов.

ПВД

Для получения информации давления из окружающей среды о P_{динамич} и P_статич используют ПВД.

ПВД – специальное устройство, в виде цилиндрического воздухозаборника, которое имеет два приемника давления.

На дозвуковых самолетах ПВД устанавливают на плоскость крыла или фюзеляж. Для сверхзвуковых самолетов ПВД выносят на штанге.