Оценка манометрического способа измерения скорости

За критерий оценки манометрического способа измерения скорости примем ожидаемую погрешность. Судя по характеру зависимости скорости от динамического давления согласно формуле (3.11), самым сложным является диапазон малых, околонулевых скоростей.

В основе принципа действия манометрического способа лежит баланс сил:

f_дв = f_тр , (3.16)

где f_дв – движущая сила манометрической коробки; f_тр – приведенная сила трения механизма прибора. В свою очередь, движущая сила зависит от приращения динамического давления, приходящегося на единицу скорости и площади манометрической коробки:

, (3.17)

где F_эф – эффективная площадь, равная

,

где r – радиус жесткого центра, R – радиус мембраны манометрической коробки.

Величина приращения ΔР зависит от приращения скорости Δv и от градиента давления по скорости при данном ее значении:

. (3.18)

Поскольку нас интересует диапазон околонулевых скоростей, то градиент dP_д/dv определим из формулы (3.11) при ε = 0, ξ = 1:

. (3.19)

Подставляя значение градиента по формуле (3.19) в формулу (3.18), а значение ΔР_д после этого в формулу (3.17), получим значение движущей силы манометрической коробки в виде:

. (3.20)

Приняв Δv за погрешность измерения, получим ее значение по (3.16) и (3.20):

, м/с, (3.21)

[f_тр] в кг, [F_эф] в метрах квадратных, [ρ] в , [v] в м/с.

Таблица 3.7

v,
Рд, мм вод. ст.		0,1	0,5	1,1	1,9		4,3	5,9	7,7	9,8	12,1	17,4	48,4
,	-	0,02	0,08	0,11	0,13	0,16	0,25	0,35	0,38	0,42	0,46	0,56	0,94

В таблице 3.7 приведены величины давлений и градиента динамического давления по скорости в диапазоне малых скоростей. Из нее видно, что эти величины чрезвычайно малы. Для создания необходимой движущей силы по формуле (3.20) следует увеличивать эффективную площадь, что влечет за собой увеличение габаритов указателя. Стремление получить манометрическую коробку с приемлемыми характеристиками приводит к неразрешимым технологическим проблемам: материал коробки должен быть сверхтонким для получения требуемой величины перемещения центра на малых скоростях. Такая коробка на больших скоростях становится неработоспособной.

В настоящее время производство России выпускает много приборов с различными диапазонами измерения скорости. Но все они начинают измерять скорость не менее, чес с 50 км/ч. Например, указатели Ус-250, УС-350, УС-450, УС-700 начинают измерять с 50 км/ч, УС-800 – со 100 км/ч; УС-2 – с 80 км/ч; УС-1, УС-1600 – со 150 км/ч.

Рис. 3.21. Типовая зависимость погрешности указателя индикаторной скорости от измеряемой величины

На рис. 3.21 приведена типовая зависимость инструментальной погрешности указателя индикаторной скорости в диапазоне измерения согласно формуле (3.21). При нулевой скорости погрешность стремится к бесконечности. При увеличении скорости к бесконечности погрешность стремится к нулю. Практически уже на средних скоростях нет проблем в достижении требуемой точности указателей, датчиков и сигнализаторов скорости.

3.3. Тенденции развития приборов для измерения скоростных параметров

Указателю приборной скорости уделено большое внимание в силу его принципиальной важности как пилотажного прибора, используемого на самых ответственных этапах полета – взлете и посадке. В связи с внедрением экранной индикации утвердилась тенденция, при которой истинная воздушная скорость и число Маха не применяется на борту пассажирского самолета в виде отдельных приборов, как это было на самолетах с аналоговым оборудованием. Их индикация производится на экранах СЭИ. В основе такого решения лежит тот факт, что истинная скорость и число М являются менее ответственными параметрами на этапах взлета и посадки. Истинная скорость вычисляется по уже известным формулам (3.11) и (3.12). При этом учитываются как плотность, так и температура воздуха, которые меняются с изменением высоты полета.

При больших скоростях полета устойчивость, управляемость и экономичность самолета становятся все больше зависимыми от числа М. Для этого на борту самолета имеется индикация о числе М [13, 14]. Число М подсчитывается по формуле на дозвуковой скорости

, (3.22)

и по формуле на сверхзвуковой скорости

. (3.23)

Таблица 3.8

	Высота, км	Диапазон измерения, число М	Допустимые погрешности, число М
	от 0,6 до 1,3	± 0,04
	от 0,6 до 2	± 0,07
	от 0,6 до 2,4	± 0,07
	от 0,6 до 2,5	± 0,07
	от 0,8 до 2,5	± 0,09
	от 1,5 до 2,5	± 0,09
Рис. 3.22. Механический указатель М-2,5		от 1,1 до 2,5	± 0,14

Указатель М-2,5 применяется на сверхзвуковых самолетах в качестве резервного прибора.

Рис. 3.23. Механизм указателя М-2,5

Для самолетов различных классов производство России выпускает механические приборы с индикацией как одного воздушного параметра, так и нескольких параметров: только v_пр; только М; только v_ист; v_пр+ v_ист ; v_пр+ М. Совмещение делается с целью экономии информационного поля приборной доски самолета и удобства считывания информации.

На рисунке 3.24 показан индикатор комбинированного прибора КУС 730/1100, который указывает v_пр по внешней шкале и v_ист по внутренней шкале. Самым интегрированным индикатором из всех скоростных приборов является индикатор электромеханического прибора УСИМ. Он является предвестником электронной индикации. Прибор показывает приборную скорость по внешней шкале и числа М с помощью шкалы на диске, вращающемся в окошке. Кроме измеряемых параметров индицируются: заданное значение скорости (белый треугольник), предельное значение скорости (стрелка-зебра), критическое значение скорости (v_{max max} , треугольник за стрелкой-зеброй), отказ максимально допустимой скорости (бленкер v_мд в окошке), отказ заданного значения скорости (бленкер v_зад в окошке), отказ канала числа М (бленкер-шторка на фоне шкалы числа М).

Рис. 3.24. Комбинированный указатель КУС 730/1100	Рис. 3.25. Комбинированный Указатель УСИМ

Общая идеология авионики такова:

- если позволяет степень надежности, то все параметры индицировать на экранах СЭИ;

- особо ответственные параметры (особенно пилотажные) индицировать с помощью механических приборов. К ним относятся приборная скорость, высота полета, вертикальная скорость, магнитный курс. Следует только отметить, что такая идеология полностью относится к гражданским большим пассажирским самолетам.

Сравнительные характеристики отечественных и зарубежных указателей скорости представлены в таблице 3.9 и на графике рис. 3.26.

.

Рис. 3.26. Графики погрешностей указателей приборной скорости