НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙИЙ УНІВЕРСИТЕИТ

ІНСТИТУТ АЕРОКОСМІЧНИХ СИСТЕМ УПРАВЛІННЯ

КАФЕДРА АВТОМАТИЗАЦІЇ ТТА КОМПЮТЕРНО ІНТЕГРОВАНИХ КОМПЛЕКСІВ

БАРОМЕТРИЧНІ ПРИЛАДИ ВИМІРЮВАННЯ ШВИДКОСТІЛІТАКА

МЕТА РОБОТИ:

По закінченню цієї роботи Ви повинні вміти:

• пояснити будову барометричних інструментів;

• пояснити принцип дії альтиметра (висотоміра) та індикатора швидкості польоту;

• перевіряти барометричні інструменти;

• обчислювати дані барометричних висотомірів та індикаторів швидкості польоту;

• враховувати похибки при роботі з барометричними приладами.

ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

ІНДИКАТОР ШВИДКОСТІ ПОЛЬОТУ ЛІТАКА

Швидкість польоту літака може бути виміряна відносно повітряного потоку та поверхні землі. Також існують вертикальний та горизонтальний компоненти польоту.

Дійсна швидкість польоту (англ. True airspeed - TAS) – швидкість польоту відносно атмосфери. Виміряна швидкість польоту (англ.. indicated airspeed - IAS) – швидкість польоту відносно повітряного потоку, але його щільність приймають однаковою на всіх висотах.

Барометричний метод вимірювання швидкості польоту побудований на визначенні динамічного тиску в потоці повітря.

Коли швидкість невелика (V≤400 км/год), то повітря вважається нестисливим. Тоді

(1)

Величину називають динамічним тиском, а величину р_р – тиском Піто. Він дорівнює сумі тиску в щільному повітряному потоці р та динамічного тиску . Так, швидкість літака залежить від динамічного тиску.

Також бачимо швидкість повітряного потоку V, прискорення вільного падіння g, щільність ваги .

Мал. 3 Схематичне зображення датчика швидкості.

Схематична діаграма датчика швидкості польоту представлена на мал.3. Вимірюється різниця між тисками. Статичний тиск р трубки Піто (1) передається трубкою (2) в герметичну камеру (4). Тиск Піто р_р зі статичної трубки Піто передається трубкою (3) на мембранний датчик (5).

Цей датчик деформується під дією динамічного тиску . Перетворення цією величини в швидкість згідно формулою можливе завдяки переміщенню. Стрілка (6) показує швидкість польоту на шкалі (7).

Стисливість повітря має бути врахована при вирахуванні швидкості понад 400 км/год, але не більшої ніж швидкість звуку.

Швидкість звуку в повітрі рівна величині , тоді попередній вираз набуває вигляду:

де – число махів.

Мал.4 Комбінований спідометр

Передня панель датчика швидкості поєднує два прилади – IAS та TAS з парціальним компенсатором температури. Датчик має одну шкалу та дві стрілки. Ширша стрілка показує IAS, вужча – TAS (мал. 4).

На малих висотах стрілки співпадають. При підйомі на більшу висоту TAS перевищує IAS, стрілки рухаються нарізно.

За визначенням IAS не має похибки вимірювання, а TAS має, тому що зміна тиску р та температури Т не передбачені. Також на дані динамічного тиску впливає щільність повітря.

TAS змінюється разом з похибкою, бо при зміні висоти змінюються також тиск р та температура Т. Датчик TAS вимірює динамічний тиск , що залежить не лише від швидкості польоту, а й від щільності повітря.

Чим більша висота, тим більша різниця між дійсною та виміряною швидкістю.

Похибка вимірювання дійсної швидкості польоту з компенсатором парціальної температури викликана двома факторами:

• різниця дійсної та абсолютної температур;

• місце встановлення трубки Піто.

Інструментальна похибка датчика швидкості така ж як у висотоміра. Але у датчика швидкості вона не компенсується, тому що вимоги до точності спідометра не такі високі як до висотоміра. До того ж, у датчика дійсної швидкості є компенсатор температури, що належить до спільної перегородки вимірюваних тисків

ПОХИБКИ ДАТЧИКА ШВИДКОСТІ

За визначенням IAS не має похибки вимірювання, а TAS має, тому що зміна тиску р та температури Т не передбачені. Також на дані динамічного тиску впливає щільність повітря.

TAS змінюється разом з похибкою, бо при зміні висоти змінюються також тиск р та температура Т. Датчик TAS вимірює динамічний тиск , що залежить не лише від швидкості польоту, а й від щільності повітря.

Для малих значень швидкість польоту над рівнем моря встановлюється за формулою:

;

так, значення дійсної швидкості польоту знаходиться за наступним виразом:

Прилад покаже на будь-якій висоті, коли .

Знаходимо відношення між з наступної формули:

чи

.

Похибка приладу буде наступною:

Так, робимо висновок: чим більша висота, тим більша буде різниця між дійсним та вимірюваним значенням швидкості.

Для високих дозвукових швидкостей з рівності випливає наступний вираз:

Так, похибка буде дорівнювати:

Похибка вимірювання дійсної швидкості польоту з компенсатором парціальної температури викликана двома факторами:

• різниця дійсної та абсолютної температур;

• місце встановлення трубки Піто.

Розглянемо перший фактор. З виразу випливає, що швидкість польоту V₁ абсолютною температурою повітря:

Дійсне значення швидкості з урахуванням температури атмосфери Т₂ :

.

Похибка буде наступною:

Інструментальна похибка датчика швидкості така ж як у висотоміра. Але у датчика швидкості вона не компенсується, тому що вимоги до точності спідометра не такі високі як до висотоміра. До того ж, у датчика дійсної швидкості є компенсатор температури, що належить до спільної перегородки вимірюваних тисків

ОГЛЯД

Лабораторний стенд включає в себе:

• індикатор повітряного тиску (АРІ);

• тестовий стенд (ТЕ);

• прилади (висотомір, вертикальний спідометр, індикатор швидкості польоту), що будуть перевірятися.

Індикатор повітряного тиску (англ.. air pressure indicator - АРІ) використовується для вимірювання статичного тиску і тиску Піто (повного аеродинамічного тиску), під яким перебувають прилади, що перевіряються. Головні елементи АРІ – три датчики абсолютного тиску, розташовані в верхньому ряду. Вони включені в систему вимірювання статичного тиску. Два диференціальні манометри використовують для вимірювання тиску Піто, розташовані вони у верхньому ряду API.

Чутливий елемент манометра абсолютного тиску – анероїдні капсули, розташовані в герметичній камері. Внутрішній простір манометра абсолютного тиску з’єднаний зі статичною трубкою.

Чутливі елементи диференціальних манометрів – датчики тиску, розташованих у герметичній камері. Внутрішній простір датчиків тиску з’єднаний з трубкою Піто (трубка, розташована навпроти потоку газу (рідини), відкрита з одного кінця, має отвори майже по всій довжині,), різниця тиску між якими являється мірою швидкості потоку, або швидкості літака). Внутрішній простір герметичної камери з’єднаний з датчиком тиску. Зміщення рухомого центру датчиків тиску викликане різницею тиску в статичній трубці і трубці Піто, (що в свою чергу викликане значенням диференціального тиску)

Мал. 5 Передня панель лабораторної установки.

Висока точність вимірів тиску досягнута мінімізацією рухів та тертя всередині пристрою. Використання сельсинів для руху центра чутливих елементів і відділення виміряних значень тиску теж дає відповідно високу точність.

Окрім датчиків статичного тиску та тиску Піто, на передній панелі АРІ розташовані наступні блоки:

• вимикач живлення стенда;

• клапани «PRESSURE», «VACUUM», «CONNECTING», «ATMOSPHERE»;

• ручки контролю безпеки клапанів та тиску Піто Рр;

• п’ять конекторів «PRESSURE», «VACUUM», «Рр», «Р», «RELEIFE».

• індикатори підсвітки та попередження;

• лампочки перевірки реле тиску;

• індикатор «FAILURE»;

• лічильник часу;

Клапан Рр призначений для контролю значення тиску в статичній системі та максимального значення тиску в трубці Піто, підтримуючи динамічність системи.

Клапан «CONNECTING» призначений для з’єднання статичного тиску та тиску Піто.

Виконання роботи

1. Перевірка стенда

Використовуючи тестовий стенд необхідно дотримуватися наступних тверджень :

• ні при яких обставинах не встановлювати чи спускати статичний тиск чи тиск Піто при вимкненій установці;

• необхідно проводити встановлення чи вирівнювання тиску в системі повільно та лише відповідними клапанами стенда АРІ;

• ніколи не встановлювати тиск у статичній системі АРІ більше 815 мм рт.ст.

Встановлення статичного тиску Р проводиться плавним поворотом клапанів АРІ «VACUUM», «PRESSURE», «ATMOSPHERE» при відкритому клапані «CONNECTING». Значення тиску встановлюється манометром АРІ.

Зміна абсолютного тиску від значення в кімнаті до показника 8 мм рт.ст. проводиться плавним відкриттям клапана «VACUUM». Після встановлення відповідного значення тиску клапан «VACUUM» закривається. Для зміни абсолютного тиску з 8мм рт.ст. до значення його в кімнаті, треба повільно повернути ручку «ATMOSPHERE» клапана «VACUUM».

Повільним обертанням клапана «PRESSURE» показники стенду можна змінити від тиску в кімнаті до тиску в 815 мм рт.ст. Після встановлення відповідного значення тиску клапан «PRESSURE» необхідно закрити.

Поворот ручки «ATMOSPHERE» клапана «PRESSURE» змінює показники тиску АРІ від 815 мм рт.ст. до значення тиску в кімнаті.

Значення тиску в трубці Піто Рр встановлюється при повороті клапанів «PRESSURE» та «ATMOSPHERE» і при закритому «CONNECTING».

Значення тиску Піто контролюється відповідним індикатором АРІ.

Змінити показник індикатора тиску Піто з мінімального значення можна повільно відкривши клапан «PRESSURE». Після встановлення потрібного значення тиску клапан «PRESSURE» необхідно закрити.

Змінити показник індикатора тиску Піто з максимального значення можна повільно повертаючи ручку «ATMOSPHERE» клапана «PRESSURE».

2. Передстартові дії

Виставте всі елементи управління у вихідні положення:

• клапани «PRESSURE», «VACUUM», «CONNECTING», «ATMOSPHERE» закриті;

• вимикач «POWER» вимкнений;

• вимикач Ps у крайньому правому положенні;

• вимикач Рр у положенні «1200».

УВАГА: Значення тиску не має перевищувати показник у 100 м/с згідно з вертикальним спідометром, розташованому на панелі інструментів.

Тестовий стенд використовується як джерело статичного тиску та тиску Піто. Передня панель стенда складається з наступних частин:

• клапан – запобіжник використовується для розвантаження пневматичної помпи від надлишкового тиску та для захисту чутливих елементів від пошкоджень за умови створення тиску в динамічній системі. Клапан – запобіжник має шість положень: «250», «350», «700», «800», «1200», «2000», виставлених згідно з допустимими нормами перевантаження датчика швидкості АІ-250, АІ350, АІ-700, АІ-800, САІ-1200, САІ-2000. Клапан - запобіжник виставлений у положення, відповідне до максимального показника датчика швидкості підчас випробувань.

• клапан – запобіжник використовується для захисту чутливих елементів, на які діє постійний тиск, від пошкоджень. Положення клапана визначається експериментально, враховуючи шкалу вимірів вертикального спідометра. Можлива позиція клапана – запобіжника (коли вертикальний спідометр VSI-70, VSI-150, чи VSI-300 з’єднані з трубою статичного тиску) = 350⁰±10⁰.

• регулювальні клапани використовують для регулювання (створення та зменшення) рівня тиску в системі;

• клапани зменшення тиску використовуються для регулювання рівня тиску в статичній та динамічній системах за допомогою атмосферного тиску;

• клапан – перемикач призначений для з’єднання статичної чи динамічної систем з пневматичним насосом;

• трьохступінчатий перемикач насоса слугує для подачі струму до насоса (позиція ON) та вмикання лампочок на панелі (позиція LIGHTS ON).