Измеритель параметров воздушного потока на летательных аппаратах

(51) 5 Е Е ВТОРСКОМ СТ М 35Г. Кравцо виационные приборы. М,:1969, с. 77, 348. 176381, кл. 6 01 Р 5/14,Ь ПАРАМЕТРОВ ВОЗКА НА ЛЕТАТЕЛЬНЫХ тся к устройствам и может быть исления параметров о потока на лета- атаки и его произвига ветра. Цель относихникипредеушног- углаях сд сти вэ,Нэ фигдавления сщий вид;ных отверструктурнаконструкцзователя изасветки фтурная схе. 1 показ пол усф на фиг. 2 стий на я схема ия фотоэ еремеще отоприе ма элекан приемник воздушного ерическим насадком, об - расположение прием- полусфере; на фиг. 3 - измерителя; на фиг, 4 - лектрического преобраний; на фиг, 5 - принцип мника; на фиг. 6 - струк- тронного блока с фотоГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(57) Изобретениеизмерительной тепользовано для онабегающего воздтельный аппаратводных в услови Изобретение относится к устройствам измерительной техники и может быть использовано для определения параметровнабегающего воздушного потока на летательный аппарат (ЛА) - угла атаки и его произвбдных в условиях сдвига ветра.Цель изобретения - повышение точно- измерений и быстродействия устройстизобретения - повышение точности и быстродействия устройства, В преобразователь давления, связанный пневмоканэлами с измерительным насадком, вводится преобразователь перемещений и блок обработки сигналов. Преобразователь перемещений выполняется в виде связанных с корпусом двух сильфонов, торцы которых соединяются между собой жесткой тягой, внутри которой имеется капиллярный канал, При этом торец одного сильфона помещается между источником света и фотоприемником, который выполняется в виде линейного прибора с зарядовой связью, линия фоточувствительности которого пересекает под острым углом плоскость торца сильфона, Блок обработки сигналов позволяет осуществлять уп-. равление прибором с зарядовой связью и производит обработку сигналов. 8 ил. приемником; на фиг, 7 - эпюры напряжении электронного блока; нэ фиг.,8 - расчет пара-; 0 метров преобразователя.Устройство содержит приемник 1 воз- К,) душного давления, выполненный в виде ци- (ь) линдрического тела с полусферическим ) насадком 2 и приемными отверстиями 3 - 5 дсоответственно в центре полусферы, в горизонтальной плоскости и в вертикальной плоскости, которые соединены пневмоканалами 6 с преобразователем 7 - 11 давлений. Преобразователь давлений в канале измерения угла атаки содержит фотоэлектрический преобразователь 7 перемещений и электронный блок 11. Фотоэлектрический преобразователь 7 перемещений выполнен в виде корпуса 12, внутри которого размещены два одинаковых сильфона 13, входы10 30 которых закреплены в противоположных торцах корпуса 12 и соединены пневмоканалэми 6 с приемными отверстиями 5 полусферического насадка 2, а днища 14 сильфонов 13 жестко связаны между собой тягой 15, внутри которой выполнен капиллярный канал, причем днище 14 одного сильфона 13 расположено между линейным источником 16 света и фотоприемнйком 17, выполненным в виде линейного прибора с зарядовой связью, фоточувствительная область 18 которого расположена. по линии, пересекающей под острым углом плоскость днища 14 сильфона 13, Электронный блок 11 содержит формирователь 19 фаз, подключенный выходами к управляющим входам линейного прибора 17 с зарядовой связью, к выходу которого подключены последовательно соединенные фильтр 20 нижних частот, первый дифференцирующий каскад 21, компаратор 22 и первый вход первого триггера 23, второй вход которого соединен с выходом переноса формирователя 19 фэз, а выход первого триггера 23 соединен с первым входом элемента 24 совпадения. амплитудным детектором 25 и счетным входом второго триггера 26. Второй вход элемента 24 совпадения соединен с тактовым выходом Формирователя 19 фаз, а третий вход элемента 24 совпадения соединен с первым выходом второго триггера 26, второй выход которого соединен с входом "Сброс" счетчика 27, а выход амплитудного детектора 25 соединен с вторым дифференцирующим каскадом 28, Выходные сигналы с второго дифференцирующего каскада 28 и счетчика 27 поступают на вычислитель 29,Измеритель работает следующим образом.При взаимодействии приемника 1 с набегающим воздушным потоком в приемных отверстиях 3-5 устанавливаются давления Ро, Р 1, Рг, Рз, Р 4 соответственно, Причем давленИя Рз и Р 4 зависят от угла атаки, Приемные отверстия 3 и 4 соединены посредством пневмоканалов 6 с емкостнцми преобразователями 8 - 10 давлений, соответственно и далее - с вычислителем 29, служащим для косвенного определения угла скольжения, числа М и т,д. Отверстия 5 соединены пневмоканэлами 6 с сильфонами 13 фотоэлектронного преобразователя 7 перемещений, При угле атаки, отличном от О, давление Рз Ф Р 4 и сильфоны 13, соединенные жестко тягой 15, перемещаются в направлении пневмоканала 6 с меньшим давлением, При этом днище 14 одного из сильфонов 13 затеняет большую или меньшую часть фоточувствительной области 18 линейного прибора 17 с зарядовой связью Острый угол, образованный фоточувствительной областью 18 и плоскостью днища 14, необходим для повышения чувствительности преобразователя 7 перемещений,При наличии слабого сдвига ветра разность давлений Рз и Р 4 успевает скомпенсироваться благодаря капиллярному каналу, выполненному в тяге 15 и днище 14.сильфона 13, и остается в прежнем положении. При этом сигнал с гироскопа, несущий информацию об угле тангажа в вычислитель 29, также не изменяется, выход а вычислителя 29 остается без изменений, что предохраняет летчика от ложной тревоги обнаружения сдвига ветра. Если же это небольшое изменение связано с изменением угла атаки(при этом изменяется и тангаж), то постоянная разность давлений Рз и Р 4 будет зафиксирована смещением днища 14 сильфона 13. При воздействии нэ ЛА сильного, резкого порыва (сдвига) ветра капиллярный канал не успевает отработать разность давлений и засветка фотоприемника 17 изменится, При неизменном тангаже вычислитель выдаст информацию о производной угла атаки а без дополнительных вычислений. Предложенный фотоэлектронный . преобразователь 7 перемещений с капиллярным каналом обладает свойствами реального дифференцирующего звена. Сигнал с выхода фотоприемника 17 поступает в электронный блок 11, который служит для.управления прибором 17 с зарядовой связью и вторичной обработки его сигналов, Управление осуществляется подачей тактовых импульсов с формирователя 19 фаз нэ управляющие входы прибора 17 с зарядовой связью (ПЗС). Сигнал с выхода ПЗС 17, представляющий собой последовательность темных и светлых импульсов эпюра 1 на фиг, 7), поступает на фильтр 20 нижних частот, где выделяется огибающая (эпюра 2 на фиг. 7), Первый дифференцирующий каскад 21 вырабатывает импульс на месте наибольшей крутизны огибающей сигнала (эпюра 3 на фиг, 7), Компаратор 22 нормализует импульс (эпюра 4 на Фиг. 7) и подает его на сброс триггера 23, запуск которого осуществляется импульсом переноса с Формирователя 19 фаз (эпюра 5 на фиг, 7). Импульс с триггера 23 подается на первый вход элемента 24 совпадения (эпюра 6 на фиг. 7) и на счетный вход второго триггера 26, который делит входную частоту пополам (эпюра 7 нэ фиг. 7) и дает попеременное разрешение на запуск и сброс счетчика 27 (эпюра 7 и 10 на фиг, 7). На второй вход элемента 24 совпадения поступают такто1679391 вые импульсы с формирователя 19 фаз(эпюра 8 на фиг. 7), На выходе элемента 24 совпадения образуется пачка импульсов (эпюра 9 на фиг, 7), число которых пропорционально смещению границы светотени на ПЗС 17, а значит углу атаки. Это число записывается в счетчик 27 и подается на вычислитель 29, Сигнал с выхода триггера 23 подается также на амплитудный детектор 25, который выделяет постоянную составляющую, зависящую от скважности импульсов с триггера, т,е. От местоположения границы светотени на ПЗС 17, Далее этот сигнал дифференцируется вторым дифференцирующим каскадом 28, дающим информацию о второй производной угла атаки. Эта информация также поступает на вычислитель 29.Расчет чувствительности измерителя производится следующим образом. Как видно из фиг. 8, нормальные составляющие скорости воздушного потока Ч 1 и Чг к плоскости приемных отверстий 5 рассчитываются по формулам: х=д т 9 угде Чо - вектор скорости воздушного потока;Р - угол между осью ПВД и плоскостью бокового отверстия;а - угол атаки,Сила давления воздушного потока со скоростью Ч на площадку равна где р - плотность воздуха (р = 1,293 кг/мз);3 - площадь площадки.Примем площадь днища 14 за 31 площадь сечения капилляра 82. Тогда сила, действующая на одно днище, равна Е 1 = - р (31 - Яг) Ч 1, (4)12 а сила, действующая на второе днище, равна Рг р (З-а) Чг (5) 1 С другой стороны, разность сил Р 1-Ргуравновешивается упругостью сильфона,т.е,2 Кх = Г 1 - Гг, (6) 5где К - коэффициент упругости одного силь- фона;х - смещение днища.Для расчета чувствительности измери теля необходимо, чтобы смещение х соответствовало разрешающей способности ПЗС. Как видно иэ фиг. 5,15где д - шаг ПЗС;у- угол между линией фоточувствительной области ПЗС и плоскостью днища сильфона,20С учетом 1 - 7 можно записать: 2 р(31 52) Чго(зп (ф++а)-зи (Р - а =2 Кд 19 У Рассчитаем минимально допустимоеизменение угла атаки для следующих исходных данных:д = 15 мкм = 15 . 10 м;р = 1,293 кг/м";К = 500 г/мм = 4900 н/м;31=4,96 см =4,96 10 мг;62=1 см =10 мЧо = 200 км/ч = 55,5 м/с;В=45у=1,545 При этом а=0 14Рассчитаем площадь сечения капилляра Яг, необходимую для создания эффектадифференцирования, На основании данныхпо вариометрам, они являются дифференцирующим звеном с постоянной времени; 55 где- коэффициент вязкости воздуха;1- длина капилляра;Ч - объем корпуса сильфона, заполняемого через капилляр (Ч = 31+ 1,где 1 - длина сильфона);й - универсальная газовая постоянная (В = 8,314 х 10 Джхград. х кг х моль);Т - температура воздуха(Т = 273 К);р - весовая плотность воздуха ( р = 1,293 кгl мз); 5О - диаметр капилляра,Зта постоянная времени должна быть сравнима с временем прохождения потока воздуха Чк, вызванного перепадом давлений ЛР от граничной величины сдвига ветра 10 ЛСкорость потока через капилляр равна р 232 Г Ч(14 капиллярах:см = 24,8 при сле 10 з; считаем диаметр х исходных даннь 311. = 4,96 см 5 0,05 мм;гр = 7 м/с (опасным 0=4,1 мм,о р мул а и зоб меритель парам на летательных а риемник воздушн ный в виде цили ующи двиг иэт ре те н и етров воз ппаратах, ого ддвле ндрическо ушного одержаия, вью тела с Из потокащий и полнен Время прохождения потока через капилляр: Разность давле определяется скоростью вертикально, сдвига ветра Игр С учетом (10 - 13) определяем диаметр капилляра, необходимою для срабатывания дифференцирующего звена при граничной величине сдвига ветра,полусферическим насадком, в центре которого и в двух взаимно перпендикулярных плоскостях под равными углами к оси симметрии выполнены приемные отверстия, соединенные пневмоканалами с преобразователем давления, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, он дополнительно содержит преобразователь перемещений и блок обработки сигнала, при этом преобразователь перемещений включает в себя корпус, два сильфона, торцы которых связаны с корпусом и соединены с приемными отверстиями, а днища жестко связаны между собой тягой, внутри которой выполнен капиллярный канал, причем днище одного сильфона расположено между источником света и фотоприемником, выполненным в виде линейного прибора с зарядовой связью, линия фоточувствительности которого пересекает под острым углом плоскость днища сильфона, а блок обработки сигнала включает в себя формирователь фаз, подключенный выходами к управляющим входам линейного прибора с зарядовой связью, фильтр нижних частот, два дифференцирующих каскада, компаратор, два триггера, элемент совпадения, амплитудный детектор, счетчик и вычислитель, причем к выходу фотоприемника подключены последовательно соединенные фильтр нижних частот, первый дифференцирующий каскад, компаратор и первый вход первого триггера, второй вход которого соединен с выходом переноса формирователя фаз, а выход первого триггера соединен с первым входом элемента совпадения, входом амплитудного детектора и счетным входом второго триггера, второй вход элемента совпадения соединен с тактовым выходом формирователя фаз, а третий вход элемента совпадения соединен с первым выходом второго триггера, второй выход которого соединен с входом "Сброс" счетчика, при этом выход элемента совпаде ния соединен со счетным входом счетчика,а выход амплитудного детектора - с вторым дифференцирующим каскадом, выход которого соединен с вычислителем, связанным с выходом счетчика.1679391 Фиг, 2 Формация оа е атаки пол нигп е льная цнфог ация Угол тангая оа гироскопа .31679391 едактор О,Хрип Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 каз 3210 ВНИИП Составитель Е,ГуменникТехред М.Моргентал Корректор О. Кравцов Тираж Подписноесударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5