Особенности устройства высотомеров

Из барометрических или гипсометрических формул следует, что в барометрическом высотомере измерение высоты сводится к измерению абсолютного давления в атмосфере. На рис.4 приведена принципиальная схема высотомера. В герметичный корпус прибора 1 подводится статическое давление р, под действием которого деформируется анероидная коробка 5. Деформация коробки при помощи передаточного механизма 4 перемещает стрелку 3. Отсчет показаний прибора производится по шкале 2.

Рис.4. Схема высотомера:

1 —корпус; 2 —шкала; 3 —стрелка; 4- передаточный механизм; 5-анероидная коробка; б—трубопровод; 7-отверствия; 8—приемник статического давления; 9—эпюра давления на приемник

Статическое давление в атмосфере, не искаженное частями самолета, воспринимается приемником статического давления 8, вынесенным вперед самолета. Давление внутрь корпуса приемника поступает через боковые отверстия 7. Это давление по трубопроводу 6 подается в корпус высотомера 1. Как видно из эпюры давлений 9, наибольшее давление, равное полному (статическое давление плюс скоростной напор), будет в критической точке лобовой полусферической поверхности приемника. Далее давление вдоль приемника уменьшается и становится равным статическому давлению в зоне приемных отверстий 7. Затем к концу приемника оно может стать меньше статического. Показанная эпюра давлении имеет место только при одной скорости полета. При других скоростях, особенно сверхзвуковых, эпюра может переместиться вдоль оси приемника, в результате чего прибор будет измерять не статическое, а искаженное давление. Особенно трудно получить неискаженное статическое давление одновременно и на дозвуковых и на сверхзвуковых скоростях полета. Поэтому в высотомерах появляются дополнительные погрешности, связанные с неточным измерением статического давления.

Если по результатам испытаний в аэродинамической трубе известен закон перемещения эпюры давлений вдоль оси приемника в функции числа М полета, то в показание высотомера можно ввести поправку для компенсации указанной погрешности. Погрешность Δр неточного измерения статического давления, как указано, зависит от числа М полета, т. е. Δ р=f (М). Но, как будет видно из главы XIV, число М зависит от статического р и динамического р _Д давлений, поэтому погрешность будет

(16)

а) б)

Рис.5 Барометрический двухстрелочный высотомер:

а —общий вид; б —кинематическая схема:

1 —анерондные коробки; 2, 13— зубчатые колеса; 3 —кремальера; 4- шкала высоты;

5 —шкала барометрического давления; 6 —основание; 7 —зубчатый перебор; 8 —полая ось; 9 —трибка; 10— ось; 11— валик; 12 —сектор; 14— регулировочный валик; 15 —пружина противовеса; 16— температурный компенсатор второго рода; 17 —тяга; 18 —противовес; 19— температурный компенсатор первого рода

Общий вид и кинематическая схема двухстрелочного высотомера показаны на рис.5

Механизм прибора смонтирован в герметичном корпусе диаметром 80 мм. Анероидные коробки 1 (две коробки взяты для увеличения чувствительности прибора), являющиеся чувствительным элементом высотомера, реагируют на статическое давление на высоте полета, подаваемое в корпус прибора. При изменении высоты полета коробки деформируются; деформация коробок через укрепленный в верхнем жестком центре биметаллический компенсатор 19 первого рода, тягу 17, биметаллический компенсатор 16 второго рода передается на валик 11. При повороте валика 11 поворачивается зубчатый сектор 12, который вращает трубку 9 и большое зубчатое колесо 2, сцепленное с малым зубчатым колесом 13. На оси колеса 13 укреплена большая стрелка прибора.

Параметры анероидной коробки и передаточного механизма выбираются так, что при подъеме на высоту 1000 м большая стрелка делает один оборот. При этом внешняя шкала прибора проградуирована в сотнях и десятках метров. Для отсчета единиц и десятков километров в высотомере имеется внутренняя шкала, возле которой движется малая стрелка. Если прибор измеряет высоту до 30 км, то при повороте малой стрелки на один оборот большая стрелка делает 30 оборотов. Для получения замедленного движения малой стрелки применен зубчатый перебор 7, выходное колесо которого вращает полую ось 8 с укрепленной на ней малой стрелкой. Передаточное число перебора равно 1:30.

Как следует из формулы (6), показания высотомера справедливы только при постоянном давлении . Поскольку, однако, давление в точке взлета отличается от давления , возникают методические погрешности. Для устранения этих погрешностей весь механизм вместе с анероидными коробками и зубчатыми колесами, за исключением оси сателлитов перебора 7, укреплен на основании 6, которое посредством кремальеры 3 может поворачиваться вокруг оси, совпадающей с осью стрелок. При повороте основания на некоторый угол большая стрелка поворачивается на тот же угол, а малая стрелка - на угол, в 30 раз меньший. Последнее обеспечивается тем, что ось сателлитов укреплена в подшипниках, неподвижных относительно корпуса прибора.

Рис.6 Высотомер ВДИ-30:

1 -индекс; 2 —шестерня; 3 —двигатель ДИД-0,5; 4 —шестерня; 5 —потенциометр

Одновременно с поворотом основания 6 поворачивается шкала барометрического давления 5, оцифровка которой (в мм. рт. ст.) видна через вырез в боковой части шкалы прибора (рис.5 а). При нулевом положении стрелок прибора цифра на шкале барометрического давления показывает абсолютное давление в месте нахождения самолета. Если шкала барометрического давления поставлена на деление 760 мм рт. ст., то стрелки высотомера показывают абсолютную высоту (высоту аэродрома по отношению к уровню моря).

Для статического уравновешивания массы анероидных коробок применён противовес 18, шарнирно соединенный с валиком 11. Плоская пружина 15 служит для выбора люфтов.

Шкала прибора имеет цену деления 10 м.

Погрешность прибора на средних и больших высотах при нормальной температуре не превышает ±2%. На малых высотах погрешности составляют: на нулевой высоте ± 10 м, на высоте 500 м- ±20 м.

На рис.6 показана кинематическая схема высотомера с индикацией команд высоты, отрабатываемых следящей системой. Поскольку кинематическая схема высотомера не отличается от схемы на рис.5, рассмотрим только схему отработки команд высоты. На двигатель 3 типа ДНЯ 0,5 подается сигнал, например, по радиоканалу, в виде напряжения. Двигатель через редуктор вращает шестерню 2, с которой связан индекс 1, перемещаемый возле внутренней шкалы высотомера. Этот индекс указывает пилоту высоту, которую нужно выдерживать.

Одновременно с перемещенном индекса двигатель перемещает щетки по потенциометру 5, который включен в схему моста, ели схема не уравновешена, двигатель вращается в таком направлении, чтобы привести мост в равновесие. В равновесном положении двигатель останавливается, а индекс занимает положение, соответствующее заданной высоте полета.

Выше указывалось, что в ряде случаев возникнет необходимость введения в высотомер корректирующих сигналов для уменьшения погрешностей, вызванных неточным измерением статического давления. Рассмотрим принципиальную схему прибора в котором такая коррекция осуществляется (рис.7).Подобный высотомер включает указатель, блок усилителей, вычислитель аэродинамических поправок (ВАП) и М-реле (реле, включаемое при числе М полёта, удовлетворяющем условию М≥1).

Рис.7. Принципиальная схема прибора

Высотомер градуируется по формулам (6) и (8), а вычислитель аэродинамических поправок формирует компенсации сигнал по формуле (16). Поскольку функция Δр=f(р, р_д) трудно воспроизводима, то ее представляют в виде произведения двух функций f₁(р) и f₂(р_д), т. е. f₂(р, р_д)= f₁(р)f₂(р_д). Вид функций f₁(р) и f₂(р_д) определяется экспери-ментально для каждого типа самолета.

Принципиальная схема вычисления аэродинамических поправок, реализующая зависимость

(17)

показана на рис.8. Формирование зависимостей f₁(р) и f₂(р_д) произ-водится анероидными и манометрическими механизмами профилированными потенциометрами r₁и r ₂, а перемножение функций f₁ и f₂ осуществляется схемой соединения потенциометров. Выход блока трансформаторный.

Указатель высотомера, принципиальная схема которого показана на рис.9, включает блок анероидных коробок 1, биметаллический компенсатор первого и второго рода, индуктивный датчик с якорем 3 и статором 4, двигатель 5 типа ДИД-0,5, редуктор 6, червячную пару 7, кулачок 8, винтовую пару 9 и кулачок 10. Корпус прибора герметичен. При перемещении жесткого центра блока анероидных коробок 1 перемещается якорь 3 ин­дуктивного датчика. Сигнал с датчика, сложенный с сигналом от вычислителя аэродинамических поправок, поступает на уси­литель У и затем на двигатель 5, который через редуктор б, чер­вячную пару 7 и кулачок 8 перемещает статор 4 индуктивного

Рис.8. Схема вычислителя аэродинамических поправок

датчика до тех пор, пока на выходе индуктивного датчика сигнал не станет равным нулю. Одновременно с этим двигатель перемещает стрелку прибора, отсчитывающую десятки и сотни метров высоты, и счетчик, дающий единицы и десятки километров высоты.

Кулачок 8 профилируется в соответствии с градировочными формулами высотомера (6) и (8), при этом обеспечивается зависимость kφ = Н(р), где φ — угол поворота двигателя 5.

Введение давления р_о в точке вылета производится, как в обычных высотомерах, с помощью кремальеры. При повороте кремальеры движение передается через винтовую пару 9 и кулачок 10 червяку 7, который перемещается в осевом направлении. При этом происходит поворот кулачка 8, что приводит к появлению сигнала индуктивного датчика. Кулачок 10 спрофилирован по закону, обеспечивающему необходимую коррекцию высоты Н при изменении давления р _о.

Барометрические высотомеры применяются также в качестве датчиков сигналов высоты в системах управления полетом, в вы­числителях прицелов и других устройствах автоматики. На рис. 13.10 приведена принципиальная схема датчика высоты в автопилотах. Деформация анероидного блока 1 используется для перемещения якоря 2 индукционного датчика, сигнал с кото­рого усиливается в усилителе 4 с трансформаторным выходом 5. После усиления в усилителях 6 и 8 сигнал подается на управляющую обмотку двухфазного асинхронного двигателя 10, ко­торый перемещает статор 3 индуктивного датчика до согласованного с якорем 2 положения, перемещая при этом также щет­ки потенциометров 11 и 14. С потенциометра 11 снимается сум­марный сигнал ΔН + R₁ΔН, а с потенциометра 14 — сигнал высо­ты Н. Блок-схема датчика высоты показана на верхней части рисунка

Рис.9. Принципиальная схема высотомера:

1 — блок анероидных коробок; 2 — пружина; 3— якорь; 4—статор; 5—

двигатель ДИД-0,5; 6— редуктор; 7—червячная пара; 8—кулачок;

9—винтовая пара; 10— кулачок.

Поиск по сайту: