ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК СВЕРХМАЛЫХ ВЫСОТ ПОЛЕТА ГИДРОСАМОЛЕТА Российский патент 2003 года по МПК B64D43/00 G01F23/26 

Изобретение относится к области авиационного приборостроения и может быть использовано для точного измерения сверхмалой (меньше размаха крыла летательного аппарата (ЛА)) высоты полета гидросамолета как над водным зеркалом, так и над взволнованной морской поверхностью, а также параметров морского волнения в месте посадки гидросамолета.

Известны различные конструкции измерителей сверхмалых высот полета гидросамолета, базирующиеся на емкостном методе (см. А.С.Мушенко. К вопросу автоматического регулирования вертикальной скоростью гидросамолета перед приводнением. Сборник "Динамика, прочность и надежность механических систем", деп. в ВИНИТИ N 3145В99 от 22.10.1999, г.Таганрог).

Для любой из них чувствительность датчика прямо пропорциональна отношению ΔС/Со, где Со - емкость "антенны" на крыло (корпус) самолета, a ΔC - ее же емкость на воду. С уменьшением высоты полета емкость Со не меняется, а ΔC - возрастает. Следовательно, чем больше указанное отношение для данной высоты полета, тем больше и чувствительность датчика. Слово "антенна" взято в кавычки, поскольку этот элемент датчика не излучает электромагнитные волны, что является основным назначением антенны, а выполняет функцию одной из обкладок конденсатора. Второй его обкладкой является крыло самолета. Чувствительность датчика можно повысить, если, не меняя Со, увеличить ΔС либо, не меняя ΔС, уменьшить Со. Однако увеличить ΔС и уменьшить Со не удается.

Известен датчик стержневой конструкции (см. А.С.Мушенко. Оценка емкостного метода измерений сверхмалых высот полета гидросамолета. Сборник "Динамика, прочность и надежность механических систем", деп. в ВИНИТИ N 3145В99 от 22.10.1999, г.Таганрог), который имеет высокую чувствительность, потому что у него мала емкость Со, но ему свойственен и весьма существенный недостаток: его установка ухудшает аэродинамические характеристики ЛА. Создание же устройства, позволяющего выдвигать такую "антенну" из корпуса ЛА на нужном этапе полета, существенно увеличивает вес и усложняет его конструкцию.

Известен также дисковый датчик сверхмалых высот полета, не ухудшающий аэродинамику ЛА (см. А. С. Мушенко. Определение сверхмалой высоты полета гидросамолета. Сборник докладов III международной научной конференции по гидроавиации "Гидросалон-2000", г.Москва, 2000). Конструкция датчика представляет собой тонкий металлический диск, расположенный на нижней поверхности крыла ЛА, но отделенный от нее тонким слоем диэлектрика. Анализ работы датчика с таким чувствительным элементом показывает, что заметный рост отношения ΔС/Со наблюдается при довольно малых высотах полета. Это обусловлено тем, что в такой конструкции резко возрастает емкость Со, т.е. датчик такой конструкции обладает низкой чувствительностью.

Задачей предлагаемого изобретения является достижение наибольшей чувствительности емкостного датчика при сохранении аэродинамических характеристик гидросамолета.

Поставленная задача достигается тем, что в емкостном датчике сверхмалых высот полета гидросамолета, представляющем собой конденсатор, одной обкладкой которого является крыло гидросамолета, а второй - металлическая пластина, расположенная в снабженном диэлектриком отверстии, выполненном на нижней поверхности крыла, на верхней поверхности крыла над пластиной размещено второе отверстие, размер которого обеспечивает необходимое уменьшение величины емкости С, добиваясь наибольшей чувствительности датчика, а диэлектрик выполнен в виде вкладыша, заполняющего полость крыла между нижним и верхним отверстиями и имеющего, например, сотовую структуру.

В сравнении с известными конструкторскими решениями, базирующимися на том же принципе измерений и одновременно не меняющих аэродинамических свойств ЛА, предлагаемый датчик в силу его наибольшей чувствительности позволяет начинать отсчет точных значений высоты полета над водной поверхностью с высот, равных размаху крыла.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где изображен емкостный датчик.

Емкостный датчик представляет собой конденсатор, одной обкладкой которого является крыло 1 гидросамолета, а второй - металлическая пластина 2, установленная на нижней поверхности крыла 1 гидросамолета в отверстии 3, снабженном диэлектрическим вкладышем 4. На верхней поверхности крыла 1 напротив пластины 2 выполнено второе отверстие 5. Полость 6 между верхним 5 и нижним 3 отверстиями крыла 1 гидросамолета заполнена диэлектриком в виде вкладыша 4, имеющим решетчатую (сотовую) конструкцию.

Полость 6 крыла 1 между его верхней и нижней поверхностями заполнена диэлектрическим вкладышем 4, к нижней поверхности которого закреплена металлическая пластина 2.

Вкладыш 4 может увеличить емкость Со датчика, т.е. уменьшить его чувствительность, в силу того, что относительная диэлектрическая проницаемость ε материала вкладыша 4 больше единицы. Но даже если диэлектрическая проницаемость вкладыша 4 будет невелика, почти равна единице, т.е. будет иметь, практически, наименьшее возможное значение, то величина емкости Со при реальных размерах пластины и толщине крыла 1 не может быть достаточно малой, обеспечивающей требуемую чувствительность датчика.

Чтобы устранить этот недостаток на верхней поверхности крыла 1 напротив пластины 2 выполнено отверстие 5. Его наличие является тем геометрическим параметром, размер которого существенно влияет на величину емкости Со, следовательно, меняя размеры отверстия 5, можно изменять и величину емкости Со, добиваясь требуемой чувствительности датчика.

Чтобы отверстие 5 отрицательно не повлияло на аэродинамические свойства крыла 1 гидросамолета, полость 6 крыла 1 заполнена диэлектрическим вкладышем 4 так, что аэродинамическая поверхность крыла 1 сохраняет свою геометрию.

Однако материал вкладыша 4 может иметь большую диэлектрическую проницаемость, что, увеличивая емкость Со, уменьшает чувствительность датчика. Кроме того, наличие самого вкладыша 4 может отрицательно сказаться на весе конструкции крыла 1.

Для устранения этих нежелательных явлений конструкция вкладыша 4 выполнена решетчатой (сотовой) и представляет собой, например, набор отдельных тонких горизонтальных пластин, соединенных вертикальными тонкими ребрами. Жесткость и прочность подобной конструкции остается такой же, как у монолита, но вес ее уменьшается пропорционально отношению V_d/V, где V - весь объем, занятый вкладышем, a V_d - часть объема V, занятая диэлектриком. В этом же отношении уменьшается и эффективная диэлектрическая проницаемость ε_эф вкладыша, влияющая на величину емкости Со. Для ε_эф можно получить оценку
1<ε_эф<1+(ε-1)V_d/V.

Величина емкости Со практически пропорциональна значению ε_эф.

Изобретение может быть использовано для создания систем автоматизированного управления параметрами полета, зависящими от его текущей высоты, в частности для автоматизации посадки (приводнения) гидросамолета.

Изобретение относится к области авиационного приборостроения. Датчик выполнен в виде конденсатора, одной обкладкой которого является крыло гидросамолета, а второй - металлическая пластина, расположенная в заполненном диэлектриком отверстии на нижней поверхности крыла. На верхней поверхности выполнено второе отверстие, размер которого обеспечивает необходимое уменьшение величины емкости. Диэлектрик выполнен в виде вкладыша, заполняющего полость крыла между нижним и верхним отверстиями и имеющего сотовую структуру. Изобретение направлено на повышение чувствительности датчика. 1 ил.

Емкостный датчик сверхмалых высот полета гидросамолета, представляющий собой конденсатор, одной обкладкой которого является крыло гидросамолета, а второй - металлическая пластина, установленная в снабженном диэлектриком отверстии, расположенном на нижней поверхности крыла, отличающийся тем, что на верхней поверхности крыла над пластиной размещено второе отверстие, размер которого обеспечивает необходимое уменьшение величины емкости Со, добиваясь наибольшей чувствительности датчика, а диэлектрик выполнен в виде вкладыша, заполняющего полость крыла между нижним и верхним отверстиями, и имеющего, например, сотовую структуру.