-
Датчики измерения линейных ускорений
-
Назначение и классификация
-
ИУ, предназначенные для измерения ускорений летательных аппаратов и вращающихся элементов их агрегатов, называются акселерометрами.
Приборы и датчики линейных ускорений применяются в пилотажных и навигационных системах ВС для решения различных задач, в том числе:
а) для формирования сигнала обратной связи, пропорционального ускорению летательного аппарата, в системах телеуправления траекторией полета;
б) для выдачи предупреждающего сигнала при достижении летательным аппаратом предельно допустимой перегрузки; сигнал может быть использован летчиком или системой автоматического ограничения опасных режимов;
в) для выдачи сигнала на отключение коррекции гировертикали при достижении самолетом заданного ускорения;
г) для выдачи сигналов, пропорциональных ускорению летательного аппарата, в инерциальную систему навигации, где они интегрируются с целью определения путевой скорости и местоположения.
В пилотажных системах датчики должны выдавать информацию о линейных ускорениях по осям x, y, z, связанных с ВС; поэтому датчики линейных ускорений пилотажных систем жестко связываются с ВС, а их оси чувствительности ориентируются по главным осям летательного аппарата.
В инерциальных навигационных системах, в зависимости от их типа, датчики линейных ускорений инерциальных систем навигации устанавливаются на гироскопической платформе, стабилизированной в горизонтальной плоскости, или жестко связываются с летательным аппаратом.
Датчики угловых ускорений используются в системах стабилизации летательного аппарата относительно центра масс, где их сигналы воздействуют на рули для компенсации возмущений. Сигналы датчиков угловых ускорений могут интегрироваться, и в этом случае образуются сигналы, пропорциональные угловой скорости летательного аппарата. Оси чувствительности датчиков угловых ускорений ориентируются по главным осям летательного аппарата.
Для получения полной информации о линейных и угловых ускорениях летательного аппарата необходимо иметь шесть датчиков (три линейных и три угловых), оси чувствительности которых ориентированы по главным осям летательного аппарата и каждый из которых воспринимает соответствующую составляющую линейного или углового ускорения.
В системах телеуправления траекторией полета обычно ограничиваются применением двух датчиков, воспринимающих составляющие линейных ускорений по поперечным осям летательного аппарата.
Акселерометры классифицируются по разным признакам:
-
по области применения;
-
по виду подвесов чувствительного элемента;
-
по способу снятия сигналов;
-
по числу измеряемых компонентов ускорения;
-
по виду выходного сигнала и т.д.
-
Методы измерения ускорений
Измерение линейных ускорений возможно инерциальным методом, методом дифференцирования скорости полета и методом двукратного дифференцирования расстояния до неподвижной базы.
-
Инерциальный метод заключается в измерении силы, развиваемой инерционной массой при ее движении с ускорением. Приборы и датчики, основанные на этом принципе действия, называются акселерометрами.
В зависимости от способа измерения силы различают акселерометры пружинные и компенсационные.
В пружинных акселерометрах сила, развиваемая инерционной массой, вызывает упругую деформацию пружины, которая создает противодействующую силу. Деформация пружины служит мерой измеряемого ускорения и при необходимости преобразуется в электрический сигнал.
В компенсационных акселерометрах инерционная сила уравновешивается силой, развиваемой магнитоэлектрическим или другим преобразователем. Эта сила пропорциональна силе тока, которая и служит выходным сигналом. Структурная схема таких акселерометров содержит позиционную отрицательную обратную связь.
Инерциальный метод используется также и в интегрирующих акселерометрах, сигнал которых пропорционален интегралу от линейного ускорения за определенный промежуток времени.
Интегрирующие акселерометры отличаются тем, что противодействующая сила является не позиционной, а скоростной. Интегрирующие акселерометры могут быть прямого измерения, в которых противодействующая сила создается демпфером со стабильным коэффициентом демпфирования, и компенсационные, в которых для создания противодействующей силы применяется скоростная обратная связь.
Существуют также компенсационные акселерометры с двукратным интегрированием ускорений; противодействующая сила создается обратной связью по относительному ускорению инерционной массы.
-
Метод дифференцирования скорости полета заключается в дифференцировании одним из известных способов сигнала датчика скорости полета. Возможно дифференцирование не только электрических сигналов, но и пневматических. Например, если подать полное давление встречного потока воздуха в вариометр, то показания последнего будут функцией продольного ускорения.
-
Метод двукратного дифференцирования расстояния до неподвижной базы пригоден в основном для измерения вертикального ускорения и заключается в двукратном дифференцировании одним из известных способов сигнала высотомера.
Измерение угловых ускорений возможно аналогичными методами.
При инерциальном методе измерения инерционная масса подвешивается на оси с одной степенью свободы, проходящей через центр тяжести этой массы. Измеряется момент инерционных сил, развиваемый массой при ее вращении с угловым ускорением. Применимы те же два способа измерения инерционных сил, что и в линейных акселерометрах, – пружинный и компенсационный.
При определении угловых ускорений методом дифференцирования производится дифференцирование сигнала гироскопического датчика угловых скоростей.
Для определения угловых ускорений методом двукратного дифференцирования используется сигнал гироскопического датчика угла.
На летательных аппаратах основное применение нашел инерциальный метод измерения ускорений.
В пилотажных системах датчики должны выдавать информацию о линейных ускорениях по осям х, у, z, связанным с летательным аппаратом; поэтому датчики линейных ускорений пилотажных систем жестко связываются с летательным аппаратом, а