Лекция № 11 Тема 3.1. Автономные приборы измерения высотно-скоростных

Лекция № 11 Тема 3.1. Автономные приборы измерения высотно-скоростных

параметров 1. Виды воздушных давлений (полное, статическое, динамическое) и приемники воздушных давлений 2. Системы статического и полного давлений ВС ГА. 3. Стандартная атмосфера СА-81 и международная стандартная атмосфера МСА 4. Виды высот полета ВС и барокоррекции (QFE и QNH) 5. Барометрические и гипсометрические формулы

воздушного потока (высотно-скоростные параметры), обтекающего ВС во время полета, получили

наименование аэрометрических.

К основным аэрометрическим параметрам относятся:

- абсолютная Hа (или относительная H) барометрическая высота;
истинная V, индикаторная Vи и приборная Vпр
воздушные скорости;
- скоростной напор q
- число M полета;
- вертикальная скорость Vу ;
- углы атаки и скольжения ;
- температура наружного воздуха Tн .

приемники воздушных давлений
Бортовая система питания аэрометрических приборов и систем

предназначена для восприятия, передачи и распределения на аэрометрические приборы и системы статического и полного воздушных давлений во время движения ВС.
Под статическим давлением понимают давление, оказываемое воздушной средой на единицу боковой поверхности тела, движущегося в воздушной среде с ее скоростью

22

приемники воздушных давлений
Под полным давлением рп понимают давление, приходящееся на

единицу поверхности тела, плоскость которого перпендикулярна вектору скорости V набегающего потока. Давление рп равно сумме статического давления р и динамического рдин Рп = Рст + Рд

Воздушный поток со скоростью V тормозится у входа в камеру 1. В результате давление в камере равно давлению Рп, которое через трубку 6, камеру 8, пневмопровод 26 подается на штуцер 21, подключаемый к магистрали полного давления.

21

для отвода влаги из камеры 1. Приемник обогревается элементом 5

из никелевой проволоки, питаемой напряжением, подводимым через штепсельный разъем 19 по проводам 12. Приемник крепится к фланцу 23. Герметичность камеры 14 обеспечивается прокладкой 24.

Приемники полного давления

20

вместо отверстий в фюзеляже применяется стандартная плита с отверстиями. Вместе

с корпусом она образует прибор для восприятия статического давления.

Плита приемника устанавливается на ВС заподлицо с обшивкой. Для исключения влияния скольжения на воспринимаемое давление приемники левого и правого бортов соединены между собой попарно (закольцованы).

Внешний вид плиточного приемника статического давления ПДС-В3 (диапазон скоростей при восприятии Рст до 450 км/ч; масса 0,25 кг; обогрев напряжением постоянного тока 27 В при мощности до 60 Вт)

19

передачи в бортовую систему питания одновременно полного и статического

давлений. В этом приборе совмещены два прибора: приемники Рп и Рст. Конструктивно такие приемники выполнены в виде полой трубки, обращенной открытым концом к набегающему потоку

Схема ПВД с корректирующим конусом

Переключение камер в зависимости от скорости полета осуществляется с помощью пневмопереклю-чателя ПП в зависимости от знака разности давлений в камерах с отверстиями С1 (С2) и С3.

18

При М < 1 - Рст (С3) При М > 1 - Рст (С2,С1)

давления относят аэродинамические погрешности:
- из-за погрешности эксперимента (при снятии характеристик

приемников вследствие неточности средств измерения;
- из-за неточности изготовления приемника;
- вследствие влияния условий в месте установки приемника на самолете. С целью компенсации аэродинамических прогрешностей восприятия статического давления может быть использован вычислитель аэродинамической поправки (ВАП).

17

систем питания входят следующие основные элементы:
- приемники полного давления;
- приемники

статического давления;
- объединенные приемники полного и статического давлений;
- трубопроводы полного и статического давлений;
- коллекторы;
- переключатели;
- распределительные краны;
- влагоотстойники.

16

Влагоотстойники

Коллекторы

для переключения систем питания аэрометрических приборов с «основной» системы на

«резервную». Они устанавливаются в кабинах экипажа.

Переключатели осуществляют непосредственное переключение систем питания. Переключатель представляет собой устройство, позволяющее перекрывать систему полного или статического давления от основного ПВД и соединять указанные системы с соответствующими камерами аварийных приемников, а также переключать с аварийного приемника на основной приемник.

15

Трубопроводы изготовлены из алюминиевых трубок с внутренним диаметром 4 мм. Для удобства технического обслуживания и предотвращения неправильного подключения приборов к системе питания трубопроводы полного давления окрашиваются в черный цвет, а статического давления – в серый. Подсоединение трубопроводов к приемникам и потребителям производится с помощью дюритовых шлангов, на которые наносится дополнительная маркировка: на шланги статической системы наносится голубой эмалевой краской поясок шириной 50 мм, на шланги системы полного давления – такой же поясок красной эмалевой краской.

отечественных разработчиков приборного оборудования заявили о выпуске приемников воздушного давления

нового поколения. Так ОАО «Аэроприбор-Восход» наладило выпуск приемников ПВД-40, ПВД-40-2, ППД-11, ПВД - 43, ПВД-Ш.
Многофункциональный приёмник воздушных давлений ПВД-40 обеспечивает измерение высотно-скоростных параметров полёта, включая статическое и полное давления, угол атаки, число М. При совместной обработке данных с приёмников, установленных симметрично на правом и левом борту ВС, может быть получена информация о текущем значении местного угла скольжения. Использование приёмников ПВД-40 позволяет минимизировать количество приборов, устанавливаемых на фюзеляже.

На базе четырех ПВД-40 разработана архитектура и аэродинамический облик высокоточной и надежной системы измерения воздушных параметров полета, а также созданы алгоритмы системы измерения, обеспечивающие вычисление всего спектра параметров полета, самоконтроль исправности системы и ее отдельных элементов.

14

выполняются следующие работы:
1) продувка магистралей полного и статического давлений;
2) проверка

герметичности систем полного и статического давлений;
3) проверка работоспособности системы обогрева приемников воздушного давления;
4) проверка герметичности и давления срабатывания клапанов пневмопереключателя;
5) проверка наличия конденсата во влагоотстойниках и при необходимости удаление его.
Указанные работы выполняются с использованием контрольно-проверочной аппаратуры КПА-ПВД (КПУ-3), УКАМП.

13

многолетних метеорологических наблюдений была установлена осредненная зависимость изменений параметров воздуха

по высоте - математических моделей атмосферы, совокупность которых получила наименование “стандартная атмосфера”.

Значения параметров атмосферы на нулевой высоте именуются стандартными. Основные из них:
- давление Pс = 101,325 гПа (760 мм рт. ст.);
- температура Tс = 288,15 К (150 С);
- плотность с = 1,225 кг/м3;
- ускорение силы тяжести gс = 9,80665 м/с2 (соответствующее значению gт на широте 450 32 33 );
- скорость звука aс = 340,294 м/с.
Принимается, что стандартным параметрам соответствует средний уровень моря.

12

стандартной атмосферой принимается, что с увеличением высоты в приземном слое

(до 11 000 м) температура воздуха уменьшается в среднем на 6,50 С на каждый км.
На высотах 11 ... 20 км температура считается постоянной (-56,50 С), а на высотах 20 ... 32 км – увеличивается с градиентом +1 С/км.

βi - температурные градиенты по высоте, соответственно равные:
β1 = - 6,5 10-3 К/м, β2 = 0, β3 = 10-3 К/м, T11 = 216,65 К, T20 = T11.

11

расстояние по вертикали от ВС (обычно центра масс, иногда –

нижней точки выпущенного шасси) до некоторого уровня (поверхности), принятого за начало отсчета.
В зависимости от уровня, принимаемого за начало отсчета, различают истинную, относительную и абсолютную высоты

10

в гражданской авиации РФ»: при полетах ниже высоты (эшелона) перехода

используются давления QNH и QFE.
QFE означает давление уровня аэродрома, когда высотомеры на самолете на земле показывают «ноль», QNH – давление, приведенное к уровню моря, когда высотомеры на самолете на земле показывают превышение аэродрома над условным уровнем моря.
QNE – стандартное давление, 760 mmHg; 1013,25 hPA

 В условиях стандартной атмосферы 1 мм ртутного столба соответствует  
11 метрам высоты.
Абсолютной высоте соответствует давление QNH, а относительной – давление QFE.

QNH = QFE +Нф/11

в конкретной стране и авиакомпании, при подготовке к вылету на

высотомере устанавливают текущее значение QNH или QFE аэродрома вылета. Далее в наборе высоты на так называемой высоте перехода, как следует из названия, осуществляется «переход» на стандартное давление (QNE). Высота перехода может быть как своя на каждом аэродроме (как правило, 1000-2000 метров), так и единая на территории государства. Полет по маршруту выше высоты перехода выполняется по давлению QNE, т.е. по стандартному. В снижении, пересекая эшелон перехода, экипаж устанавливает QNH или QFE измеренные на аэродроме посадки. 

У QNH есть единственный обоснованный недостаток: при полете в районе аэродрома требуется постоянно держать в голове превышение этого аэродрома. Гораздо логичнее было бы при посадке увидеть на высотомере ноль, что собственно и дает применение QFE.

параметров атмосферы рассмотрим на высоте h равновесие столбика воздуха в

виде элементарного круглого цилиндра с площадью основания S и образующей dh, направленной по вертикали. Столбик находится в равновесном состоянии при равновесии действующих на него вертикальных сил давления (P + dP)S, PS и тяжести Sdhgт :

7

dPS + Sdhgт = 0

Уравнение статики атмосферы

Для воздуха как для идеального газа

где Rуд - удельная газовая постоянная, для воздуха до высот  100 км она остается постоянной (287,05287 Дж/кг.К)

(1)

(2)

и высоты по прежнему остаются две переменные, зависящие от высоты:

gт и T.

Представим Землю в виде сферы и на основе закона тяготения

r3 - условный радиус Земли (6 356 766 м), при котором gт = gс

(3)

С целью упрощения решения дифференциального уравнения (3), ”заморозим” величину gт , полагая ее на всех высотах постоянной и равной стандартному значению gт = gс . Для этого введем новую переменную Hг с размерностью высоты из условия
gт dh = gc dHг.

gт

dh = gc dHг.
Переменная Hг имеет вполне определенный физический смысл

Величина, стоящая в числителе выражения (4), равна работе, необходимой для подъема единичной массы от уровня моря до высоты h, т. е. потенциалу поля силы тяжести Ф, или геопотенциалу

Таким образом, переменная Hг пропорциональна геопотенциалу и имеет размерность высоты. Она определяется как отношение геопотенциала в данной точке к стандартному ускорению свободного падения и получила наименование геопотенциальной высоты Hг:

(4)

Геопотенциал Ф выражает удельную (отнесенную к единице массы) потенциальную энергию частиц атмосферы относительно нулевого уровня (среднего уровня моря).

гипсометрические формулы
4
Таким образом, Hг  h, т. е. геопотенциальная

высота всегда меньше геометрической (они равны только в нулевой точке), причем разность ∆Hг = h – Hг составляет

С увеличением высоты величина Hг растет .
При полете в нижних слоях атмосферы различие между h и Hг невелико.
Например, для h = 5 км Hг составляет 4 м, для высот 16 и 20 км соответственно 16 и 63 м.

h к геопотенциальной Hг
5. Барометрические и гипсометрические формулы
3
Будем полагать,

что температура Т с подъемом на высоту изменяется в соответствии со стандартной атмосферой

(5)

где i - температурные градиенты по высоте, соответственно равные: 1 = - 6,5 10-3 К/м, 2 = 0, 3 = 10-3 К/м, T11 = 216,65 К, T20 = T11.

барометрическими формулами стандартной атмосферы. Они устанавливают зависимость по СА-81 атмосферного

(статического) давления от геопотенциальной высоты.

11 км < Hг < 20 км

20 км < Hг < 32 км

P11 = 22,632 гПа (169,75 мм рт.ст.)

P20 = 5474,9 гПа (41,07 мм рт.ст.)

для градуировки барометрических высотомеров.
1
Высота Hа , которая ставится по формулам

(6)...(8) в соответствие фактическому статическому давлению Pст , называется в авиации абсолютной барометрической высотой.
Из (6)...(8) после преобразований получим, заменяя Hг на Hа :

(9)

(10)

(11)