ИЗМЕРИТЕЛЬ АЭРОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ Советский патент 1994 года по МПК G01P5/00 

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для использования в системах информационного обеспечения полетов винтокрылых летательных аппаратов (ЛА), преимущественно вертолетов.

Целью изобретения является повышение надежности и расширение информативности.

На фиг.1 представлена обобщенная функциональная схема измерителя аэрометрических параметров; на фиг.2 - полная функциональная схема; на фиг.3 - структурная схема блока управления и коммутации; на фиг.4 - графическая интерпретация алгоритма режима работы блока управления и коммутации.

Измеритель аэрометрических параметров (см. фиг.1) состоит из ориентируемого приемника давления (ОПД), преобразователя пневматических сигналов (ППС), блока формирования информативных сигналов (БФИС), блока управления и коммутации (БУК).

Ориентируемый приемник давления (фиг.2) содержит две проточные трубки: проточную трубку 1, имеющую приемные отверстия 2 дросселированного давления, и проточную трубку 3 с приемной трубкой 4 полного давления, сообщающейся с осредняющейся полостью 5. Проточные трубки 1, 3 разнесены относительно оси симметрии штанги 6 на одинаковые расстояния и стянуты пилоном 7 в плоскости, совпадающей по направлению с вертикальной пластиной 8 (9 - горизонтальная пластина) аэродинамического стабилизатора 10.

Карданный подвес 11 позволяет ориентироваться приемнику давления в двух взаимно ортогональных плоскостях. Выходы узла 12 съема сигналов, установленного на опоре 13, по полному и дросселированному давлению через пневматические каналы 14, 15 связаны с входами капиллярного делителя давления 16, отвод 17 которого сообщен с выходом преобразователя пневматических сигналов по статическому давлению и с глухой камерой 18 через первый струйный преобразователь расхода 19 с двумя анемочувствительными элементами 20, 21 по каналу вертикальной составляющей вектора воздушной скорости, соединенных с двумя входами блока формирования информативных сигналов 22, 23. Входы 24, 25 этого блока соединены с анемочувствительными элементами 26, 27 второго и третьего струйных преобразователей 28, 29 расхода по каналу воздушной скорости v, входы которых сообщены с источником условно-статического давления Р_у. Выход второго преобразователя 28 соединен с первым входом струйного инвертора 30, второй вход которого сообщен с каналом полного давления и через первый вход электропневмоклапана 31 связан с выходом преобразователя пневматических сигналов по полному давлению Р_п, при этом выход струйного инвертора сообщен с источником условно-статического давления. Выход третьего преобразователя 29 непосредственно связан с каналом дросселированного давления и через второй вход электропневмоклапана 31 сообщен с выходом преобразователя пневматических сигналов по дросселированному давлению.

Электропневмоклапан 31 управляется блоком управления и коммутации 32.

Блок управления и коммутации содержит входы 33, 34 по угловому положению приемника давления, выход 35 по управлению электропневмоклапаном и выход 36, с которого происходит управление ключами блока формирования информативных сигналов.

Блок управления и коммутации (см. фиг.3) состоит из каналов оценки положения приемника давления по двум угловым координатам α и β, содержащих по два компаратора, три элемента И, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и формирователь границ угла β. Вход канала оценки по угловой координате α соединен с входом АЦП 37 и двумя компараторами 38, 39 этого канала, выходы которых соединены с первым и вторым входами элемента И 40 канала оценки по угловой координате α, выход которого соединен с управляющим входом ключа 41, соединяющего АЦП с формирователем 42 границ угла β. Вход канала оценки по угловой координате β соединен с двумя первыми входами компараторов 43, 44, вторые входы которых соединены с выходами формирователя 42 границ угла β. Выход компараторов 43, 44 соединен с первым и вторым входами элемента И 45 этого канала. Выходы элементов И обоих каналов соединены с первым и вторым входами выходного элемента И 46, выход которого является выходом блока управления и коммутации. Входы блока связаны с входами 47, 48 блока формирования информативных сигналов по угловому положению приемника давления, которые в свою очередь связаны с соответствующими выходами узла съема сигналов.

Блок формирования информативных сигналов состоит из электрических цепей формирования воздушной скорости v и ее вертикальной v_y, продольной v_x и боковой v_z составляющих с содержащимися в них ключами, соединенными с выходом блока управления и коммутации.

Входы электроизмерительных схем 49 электрической цепи формирования воздушной скорости v соединены с соответствующими входами блока формирования информативных сигналов, а их выходы соединены с входами суммирующего усилителя 50, выход которого через нормально разомкнутый ключ 51 цепи v связан с выходом 52 блока формирования информативных сигналов по v.

Входы электроизмерительных схем 53 цепи формирования v_y соединены с соответствующими входами блока формирования информативных сигналов, а их выходы соединены с входами дифференциального усилителя 54, выход которого соединен с двумя ключами 55, 56 цепи v_y, первый из которых, нормально разомкнутый, соединен с первым входом блока 57 статистической обработки, выход которого соединен с вторым нормально замкнутым ключом, и выходом 58 блока формирования информативных сигналов по v_y.

Второй вход блока статистической обработки через третий нормально разомкнутый ключ 59 цепи формирования v_y сообщен с выходом умножителя 60 цепи формирования v_y, первый вход которого вместе с первым входом умножителя 61 цепи формирования сигнала по v_x связан с выходом блока формирования информативных сигналов по цепи v, а второй вход - с выходом синусного преобразователя 62, вход которого через четвертый нормально разомкнутый ключ 63 цепи формирования v_y соединен с входом по угловому положению приемника давления, а через косинусный преобразователь 64 - с вторым входом умножителя цепи v_z и третий вход связан с выходом косинусного преобразователя 65, вход которого соединен через пятый нормально разомкнутый ключ 66 цепи формирования v_x с входом по угловому положению приемника давления, а через синусный преобразователь 67 связан с вторым входом умножителя 68 цепи v_х и непосредственно с третьим входом умножителя цепи v_х, выход которого сообщен через функциональный преобразователь 69 и нормально замкнутый ключ 70 цепи формирования v_х с входом по угловому положению ориентируемого приемника давления и непосредственно с выходом 71 блока формирования информативных сигналов по цепи v_х.

Первый вход умножителя цепи v_z связан с выходом блока формирования информативных сигналов по цепи v, а его выход сообщен через функциональный преобразователь 72 и нормально замкнутый ключ 73 цепи формирования v_z с входом по угловому положению приемника давления и непосредственно с выходом 74 по цепи v_z.

Измеритель аэрометрических параметров работает в двух режимах измерения: режим 1 измерения при нахождении ориентируемого приемника давления внутри вихревой колонны, режим 2 измерения, когда приемник давления находится вне вихревой колонны.

Идентификация режима измерения осуществляется посредством оценки с помощью блока управления и коммутации углового положения приемника давления, характеризующегося углами α, β. Для каждого типа винтокрылых ЛА и для конкретного места установки ориентируемого приемника давления можно получить по результатам летного и аэродинамического эксперимента множество значений α и β, при которых приемник давления находится в створе вихревой колонны. Если это множество значений α и β перенести в прямоугольную систему координат α, β, то получим область D (см. фиг.4), ограниченную замкнутой линией α, которая разделяет все пространство значений α и β на две области, соответствующие двум режимам измерения, когда ориентируемый приемник давления находится внутри или вне вихревой колонны.

Таким образом, в основе принципа работы блока управления и коммутации лежит оценка: где находится точка А текущих значений α_i, β_i, вне или внутри области D. Напряжения U, U, пропорциональные соответственно текущим значениям U, U, получаемым на выходе узла 12 съема сигналов, подаются на вход блока управления и коммутации. При этом напряжение U, пропорциональное текущему значению α_i, сравнивается на компараторах 38, 39 с эталонными значениями (установками) U и U, соответствующими граничным значениям α_в, α_н, определенным при β=0 (по фиг.4). В случае выполнения неравенства U ≅ U ≅ U оба компаратора 38, 39 срабатывают, что приводит к срабатыванию связанного с ними элемента И 40, который, сработав, выдает сигнал, соответствующий логической "1", на первый вход элемента И 46, а также сигнал команды на замыкание ключа 41, через который на вход формирователя 42 границ угла β подается цифровой сигнал с АЦП 37, который пропорционален текущему значению U. При этом на выходе формирователя 42 формируются два эталонных значения напряжения U , U , соответствующих граничным значениям угла (верхнее и нижнее ), отвечающим текущему значению β_i.

Напряжение U , пропорциональное текущему значению β_i, сравнивается на входах компараторов 43, 44 с эталонными напряжениями U U, соответствующими своим граничным значениям , . В случае выполнения неравенства U U ≅ U, оба компаратора 43, 44 срабатывают, что приводит к срабатыванию элемента И 45, на выходе которого появляется сигнал, соответствующий логической "1". Этот сигнал поступает на второй вход элемента И 46, который, сработав, выдает управляющий сигнал, обеспечивающий состояние ключей 51, 55, 56, 59, 63, 66, 70, 73, необходимых для работы измерителя в режиме 1, что соответствует режиму околонулевых скоростей (как показано на фиг.2).

В случае нарушения одного из неравенств, характеризующих нахождение точки А ( α_i, β_i) внутри области D, на выходе блока управления и коммутации сигнал управления соответствует уровню логического "0", что приводит к соответствующей коммутации ключей 51, 55, 56, 59, 63, 66, 70, 73, а следовательно, к переходу работы измерителя в режим 2, характеризующий режим больших скоростей.

Режим 1. В этом режиме мерой составляющих вектора воздушной скорости v_x, v_z являются углы отклонения продольной оси приемника давления в связной системе координат, определяемые направлением вектора результирующей воздушной скорости , положение которого относительно фюзеляжа зависит от направления и величины поступательной скорости v_nЛА. На режиме околонулевых скоростей приемник давления за счет аэродинамического стабилизатора ориентирован по направлению вектора результирующей воздушной скорости , определяющейся векторной суммой поступательной скорости ЛА и вектора скорости индуктивного потока , образованного вследствие работы несущей системы ЛА.

Напряжения U, U, пропорциональные текущим значениям α_i, β_i, с узла 12 съема сигналов поступают на вход блока управления и коммутации, группа ключей которого 56, 70, 73 замкнута, а группа ключей 51, 55, 59, 63, 66 разомкнута. Ключ 51 канала воздушной скорости разомкнут, так как на режиме околонулевых скоростей значение вектора скорости результирующего воздушного потока близко к значению вектора скорости индуктивного потока . Через замкнутые ключи 70, 73 соответственно каналов v_х, v_z электрические сигналы U, U поступают на функциональные преобразователи 69, 72, где формируются сигналы v_x = f_x(U); v_z = f_z(U), которые следуют на выходы 71, 74 блока формирования информативных сигналов. Пневматические сигналы с каналов полного 14 и дросселированного 15 давлений поступают на капиллярный делитель 16 давления с отводом 17 по статическому давлению Р_ст, поступающему непосредственно на выход преобразователя пневматических сигналов потребителям информации по статическому давлению, а через преобразователь 19 расхода с двумя анемочувствительными элементами 20, 21 - на глухую - камеру 18. С анемочувствительных элементов 20, 21 через входы 22, 23 блока формирования информативных сигналов сигналы поступают на электроизмерительные схемы 53 и далее на входы дифференциального усилителя 54 канала измерения v_y, с выхода которого через нормально замкнутый ключ 56 информации по v_y поступает на выход блока формирования информативных сигналов по цепи формирования v_y.

Таким образом режим 1 характеризуется следующим алгоритмом:
где α, β - углы отклонения продольной оси ориентируемого приемника давления;
v_x, v_y, v_z - соответствующие составляющие вектора воздушной скорости в связной системе координат;
Δ Р - информативный перепад давления;
Кv_y - коэффициент пропорциональности по вертикальной составляющей воздушной скорости;
Р_от - статическое давление с отвода делителя давления.

Режим 2. В этом режиме составляющие вектора воздушной скорости ЛА находятся путем того, что блок формирования информативных сигналов обеспечивает реализацию следующего алгоритма без учета углового положения плоскости диска несущего винта относительно фюзеляжа:

В данном режиме за счет работы блока управления и коммутации ключи 51, 55, 59, 63, 66 замкнуты. Кроме того, в блок управления и коммутации подается управляющий сигнал на срабатывание электропневмоклапана 31, и пневматические сигналы по полному Р_п и дросселированному Р_в давлениям поступают к другим потребителям информации по динамическому напору с соответствующих выходов преобразователя пневматических сигналов.

Информация по воздушной скорости v измеряется следующим образом. Пневматический сигнал по каналу 14 полного давления проходит через струйный инвертор 30, с которого в критическом сечении отбирается инвертированное давление, вызывающее протекание воздуха через струйный преобразователь 28 с анемочувствительным элементом 26, массовый расход которого пропорционален полному давлению Р_п. Пневматический сигнал, передаваемый по каналу 15 дросселированного давления, вызывает перетекание воздуха через преобразователь 29 с анемочувствительным элементом 27, массовый расход которого пропорционален дросселированному давлению Р_в.

Электрические сигналы с анемочувствительных элементов 26, 27 через соответствующие входы 24, 25 поступают на электроизмерительные схемы 49 и далее на суммирующий усилитель 50, с выхода которого информация через замкнутый ключ 51 поступает на выход по цепи v блока формирования информативных сигналов.

Информация по продольной составляющей воздушной скорости формируется следующим образом. На первый вход умножителя цепи поступает информация по воздушной скорости v с выхода 52, на второй его вход с входа блока формирования информативных сигналов по угловому положению приемника давления U через замкнутый ключ 63 и косинусный преобразователь 64 поступает информация по cos α, а на третий его вход поступает информация по cos β, сформированная путем поступления информации U с входа блока формирования информативных сигналов по угловому положению приемника давления через замкнутый ключ 66 и косинусный преобразователь 65. В результате на выходе умножителя имеем информацию по v_х, которая поступает на выход 71.

Информация по вертикальной составляющей воздушной скорости v_хформируется следующим образом. На первый вход умножителя 60 цепи v_yпоступает информация по воздушной скорости v с выхода 52 по v блока формирования информативных сигналов, а на второй его вход поступает информация по sin β , сформированная синусным преобразователем 62 по сигналу U , поступающему с входа 47 по угловому положению приемника давления через замкнутый ключ 63 и на третий вход умножителя 60 цепи v_yпоступает информация по cos β, сформированная косинусным преобразователем 65, по поступающему с входа 48 сигналу U по угловому положению приемника давления через замкнутый ключ 66. Таким образом, на выходе умножителя по цепи v_y сформированный сигнал по v_y через замкнутый ключ 59 поступает на вход блока 57 статистической обработки, на другой вход которого с цепи формирования v_y через замкнутый ключ 55 поступает информация по измеренному значению v_y. В блоке статистической обработки происходит осреднение информации по v_y по двум значениям: измеренному и вычисленному значению v_y.

Информация по боковой составляющей воздушной скорости v_zформируется следующим образом. Сигнал U с входа 48 блока формирования информативных сигналов через замкнутый ключ 66 поступает на синусный преобразователь 65, с выхода которого информация по sin β поступает на вход умножителя 60 по цепи v_z, на другой вход которого поступает информация с выхода ключа 51 блока формирования информативных сигналов по воздушной скорости. Таким образом, на выходе умножителя 60 формируется сигнал по боковой составляющей вектора воздушной скорости v_z, поступающей на выход 74 блока формирования информативных сигналов.

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для использования в системах информационного обеспечения полетов винтокрылых летательных аппаратов, преимущественно вертолетов. Целью изобретения является повышение надежности и расширение информативности. Измеритель аэрометрических параметров работает при нахождении ориентируемого приемника давления (ОПД) внутри и вне вихревой колонны. Идентификация режима измерения осуществляется посредством оценки с помощью блока управления и коммутации углового положения ОПД, характеризующегося углами α и β, множество значений которых можно получить по результатам летного и аэродинамического экспериментов, при которых ОПД находится в створе вихревой колонны. 3 з.п.ф., 4 ил.

1. ИЗМЕРИТЕЛЬ АЭРОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ, содержащий приемник давления, закрепленный на штанге, установленной на карданном подвесе и имеющей аэродинамический стабилизатор, пластины которого расположены в вертикальной и горизонтальной плоскостях, блок съема сигналов, выходы по давлению которого соединены с преобразователем пневматических сигналов, выходы которого вместе с выходами по угловому положению приемника давления связаны с блоком формирования информативных сигналов, источник условно-статического давления, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и расширения информативности, в него введен блок управления и коммутации, три струйных преобразователя расхода, электропневмоклапан, струйный инвертор, приемник давления выполнен в виде двух трубок, стянутых пилоном и установленных в вертикальной плоскости на одинаковых расстояниях от продольной оси штанги, трубки имеют профилированные по контуру Вентури проточные каналы, в одном из проточных каналов установлена трубка полного давления, а в другом в плоскости критического сечения просверлены приемные отверстия дросселированного давления, причем в преобразователе пневматических сигналов установлен капиллярный делитель давления, входы которого соединены с выходами блока съема сигналов по полному и дросселированному давлениям, а отвод связан с выходом преобразователя пневматических сигналов по статическому давлению и через первый струйный преобразователь расхода канала вертикальной составляющей воздушной скорости - с глухой камерой, выход струйного преобразователя расхода канала вертикальной составляющей воздушной скорости соединен с первым и вторым входами блока формирования информативных сигналов, третий и четвертый выходы которого соединены с входами второго и третьего струйных преобразователей расхода канала воздушной скорости, выход второго струйного преобразователя расхода соединен с первым входом струйного инвертора, второй вход которого соединен с каналом полного давления и через первый вход электропневмоклапана соединен с выходом преобразователя пневматических сигналов, выход третьего струйного преобразователя расхода соединен с каналом дросселированного давления и через второй электропневмоклапан соединен с выходом измерителя, при этом входы второго и третьего струйных преобразователей расхода и выход струйного инвертора соединены с источником условно статического давления. 2. Измеритель по п.1, отличающийся тем, что блок формирования информативных сигналов содержит электрические цепи формирования воздушной скорости и ее вертикальной, боковой и продольной составляющих с содержащимися в них ключами, соединенными с выходом блока управления и коммутации, при этом входы электроизмерительных схем цепей формирования воздушной скорости соединены с соответствующими входами блока формирования информативных сигналов, а их выходы соединены с входами суммирующего усилителя, выход которого через нормально разомкнутый ключ цепи формирования воздушной скорости соединен с выходом блока формирования информативных сигналов по воздушной скорости, а входы электроизмерительных схем цепи формирования вертикальной составляющей воздушной скорости соединены с соответствующими входами блока формирования информативных сигналов, а их выходы соединены с входами дифференциального усилителя, выход которого соединен с первым и вторым ключами цепи формирования вертикальной составляющей воздушной скорости, первый из которых нормально разомкнут и соединен с первым входом блока статистической обработки, а второй нормально замкнут и соединен с выходом блока статистической обработки и выходом блока формирования информативных сигналов по вертикальной составляющей воздушной скорости, причем второй вход блока статистической обработки через третий нормально разомкнутый ключ цепи формирования вертикальной составляющей воздушной скорости соединен с выходом блока умножения цепи формирования вертикальной составляющей воздушной скорости, первый вход которого вместе с первым входом блока умножения цепи формирования сигнала по продольной составляющей воздушной скорости соединен с выходом блока формирования информативных сигналов по цепи формирования воздушной скорости, а второй вход - с выходом синусного преобразователя, вход которого через четвертый нормально разомкнутый ключ цепи формирования вертикальной составляющей воздушной скорости соединен с входом по угловому положению ориентируемого приемника давления, а через косинусный преобразователь - с вторым входом блока умножения цепи формирования продольной составляющей воздушной скорости, а третий вход соединен с выходом косинусного преобразователя, вход которого соединен через пятый нормально разомкнутый ключ цепи формирования вертикальной составляющей воздушной скорости с входом по угловому положению ориентируемого приемника давления, а через синусный преобразователь соединен с вторым входом блока умножения цепи формирования боковой составляющей воздушной скорости и непосредственно с третьим входом блока умножения цепи формирования продольной составляющей воздушной скорости, выход которого соединен через функциональный преобразователь и нормально замкнутый ключ цепи формирования продольной составляющей воздушной скорости с входом по угловому положению ориентируемого приемника давления и непосредственно с выходом блока формирования информативных сигналов по цепи формирования продольной составляющей воздушной скорости, первый вход блока умножения цепи формирования боковой составляющей воздушной скорости соединен с выходом цепи формирования воздушной скорости блока формирования информативных сигналов, а его выход соединен через функциональный преобразователь и нормально замкнутый ключ цепи формирования боковой составляющей воздушной скорости с входом по угловому положению ориентируемого приемника давления и непосредственно с выходом по цепи формирования боковой составляющей воздушной скорости. 3. Измеритель по п.1, отличающийся тем, что блок управления и коммутации состоит из каналов оценки положения ориентируемого приемника давления по двум угловым координатам, содержащих по два компаратора, три элемента И, аналого-цифровой преобразователь и формирователь границ по второй угловой координате, при этом выход аналого-цифрового преобразователя через ключ соединен с формирователем границ по второй угловой координате, при этом вход канала оценки по первой угловой координате соединен с входом аналого-цифрового преобразователя и двумя компараторами этого канала, выходы которых соединены с первым и вторым входами элемента И канала оценки по первой угловой координате, а его выход соединен с управляющим входом ключа, причем вход канала оценки по второй угловой координате соединен с двумя первыми входами компараторов этого канала, вторые входы которых соединены с выходами формирователя границ по второй угловой координате, а выход обоих компараторов соединен с первым и вторым входами элемента И этого канала, выход которого и выход элемента И по первой угловой координате соединены с первым и вторым входами выходного элемента И, выход которого является выходом блока управления и коммутации.