ИЗМЕРЯЕМЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

Физические величины, измеряемые при летных испытаниях, по назначению принято классифицировать следующим образом:

· кинематические параметры движения летательного аппарата,

· параметры оценки состояния и контроля режимов работы систем и агрегатов самолета,

· аэродинамические и прочностные параметры, характеризующие работу конструкции самолета,

· параметры, измеряемые при различных специальных физических исследованиях.

Весьма разнообразны параметры оценки состояния систем и агрегатов. При летных испытаниях современной системы управления измеряется большое число параметров различной физической природы.

При прочностных летных испытаниях измеряются механические напряжения в элементах конструкции, вибрации конструкции самолета, температура наиболее теплонапряженных элементов самолета.

Важнейшими измеряемыми параметрами при летных испытаниях управляемости самолета являются усилия на органы управления и параметры контроля режимов работы бустерных систем.

К параметрам контроля состояния окружающей среды относятся температура и давление наружного воздуха, скорость и направление ветра.

Перечисленные параметры далеко не охватывают всего состава измеряемых величин, который устанавливается в конкретных видах летных испытаний исходя из целей, задач и методов испытаний, наличия и возможности размещения измерительных средств на самолетах, на трассе полета и т.п.

Часть параметров, на основании которых оцениваются режимы и условия полета самолета, измеряются практически при всех видах летных испытаний и исследований, в то время, как измерение других, определяется задачами летных испытаний.

Значительная доля параметров измеряется непосредственно, но некоторые параметры не могут быть измерены непосредственно, а получаются на основании косвенных измерений. При этом одни и те же параметры и характеристики могут быть получены с использованием различных методов и технических средств, что повышает надежность и достоверность результатов эксперимента за счет функциональной избыточности. Таким образом, объем поля измерения, хотя и зависит от перечня измеряемых физических величин, но может и не совпадать с объемом этого перечня.

С точки зрения специалистов, параметры, измеряемые при летных испытаниях, удобно классифицировать в зависимости от физической природы измеряемых величин на:

· давление,

· температуры,

· угловые и линейные перемещения,

· линейные и угловые скорости,

· линейные и угловые ускорения,

· деформации,

· вибрации,

· силы и моменты,

· электрические сигналы и т.п.

Такая классификация удобна для унификации и разработки нормальных рядов технических средств и, в первую очередь, – датчиков информационно–измерительных систем летных испытаний. Она принята в международных, государственных и отраслевых стандартах.

Измеряемые при летных испытаниях величины могут быть сосредоточенными или распределенными.

Распределенные параметры определяются измерениями в дискретных точках в пространстве измерений, количество и местоположение которых выбираются в зависимости от предполагаемой (расчетной) формы распределения, ее изменения по времени (режимам полета), требуемой точности восстановления распределенной величины по ее дискретным измерениям в пространстве и физической реализуемости (возможность препарирования объекта и размещения датчика, информативность информационно–измерительной системы). Таким образом, непрерывно распределенные параметры при летных испытаниях оцениваются множественными измерениями дискретных в пространстве сосредоточенных физических величин.

Физические величины, измеряемые при летных испытаниях, имеют самую различную ширину спектра от долей герца до десятков и даже сотен килогерц. Условно их принято подразделять на низкочастотные с верхней частотой спектра до 5 Гц и высокочастотные с широким спектром. Первые получили название медленноменяющихся параметров (ММП), вторые – быстроменяющихся параметров (БМП).

Непрерывное совершенствование систем и агрегатов самолетов, повышение маневренности, усложнение конструкции и условий полета, проведение тонких физических исследований в полете, применение современного статистического аппарата и быстродействующих ЭВМ для получения результатов привело к тому, что разделение измеряемых параметров по ширине спектра на две группы постепенно теряет смысл. Однако, знание ширины спектра физической величины необходимо для разработки технических средств измерений и при обработке результатов измерений.

Одним из важнейших признаков классификации измеряемых параметров является форма сигнала. Параметры могут быть:

· аналоговыми, т.е. непрерывными по величине и аргументу (времени),

· аналого–цифровыми – непрерывными по величине и дискретными по времени,

· цифровыми – квантованными по величине и дискретными по времени,

· и, наконец, импульсными или уровневыми.

Аналоговые параметры при летных испытаниях до последнего времени занимали большую часть объема поля измерений. Развитие систем автоматического управления с БЦВМ и введение быстродействующих цифровых вычислителей в бортовые системы регулирования двигателя, электроснабжения и др. привело к непрерывному увеличению объема цифровых измерений. Часть из этих сигналов может быть отнесена к аналого–цифровым.

Импульсные параметры составляют незначительную часть в общем объеме измерений. Они характеризуют факты (моменты), включения или срабатывания тех или иных агрегатов.

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ

В практике измерений при летных испытаниях под измерением принято понимать процесс, методы, способы и технические средства получения количественного значения измеряемой величины.

Более строгим является определение, сформулированное и считающееся классическим, где предлагается называть измерением познавательный процесс, состоящий в сравнении измеряемой величины в физическом эксперименте с некоторым ее значением, принятым за единицу сравнения.

В зависимости от подхода (структурный, конструктивный или информационный) предлагаются различные определения понятий измерений. Например, в самом общем случае измерение представляет собой сравнение измеряемой величины с тем или иным образом построенной шкалой возможных значений этой величины, и результат измерения состоит в выборе одного интервала из множества интервалов этой шкалы. При этом основная особенность результата измерения состоит в том, что он никогда не может представлять собой точного значения измеряемой величины, а является лишь указанием более или менее узкого интервала возможных значений.

Наиболее приемлемое понятие измерения – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью технических средств.

Метод измерения – совокупность приемов использования, принципов и средств измерений.

Принцип измерения – совокупность физических явлений, на которых основаны измерения.

Средства измерения – технические средства, используемые при измерении и имеющие нормированные метрологические характеристики.

В соответствии с этим определением классическое уравнение измерений имеет вид

, (2.1)

где Р_И – числовое значение физической величины Р, полученное в результате измерений; – текущее (измеряемое) значение физической величины Р; – единица измерения физической величины Р.

Результат измерения получается сравнением измеряемой величины с некоторой мерой (эталоном), имеющей ту же физическую природу, что и измеряемая величина, т.е. сведением к минимуму некоторой функции , обращающейся в ноль при удовлетворении равенства (2.1). Таким образом, при определенных, но достаточно общих допущениях, результат измерения может быть представлен в виде

.

Здесь – диапазон изменения измеряемой величины Р.

В соответствии с этим процедура (алгоритм) измерения может быть представлена в виде дифференциального или разностного уравнения

, (2.2)

(2.3)

где – последовательность положительных чисел, убывающих с ростом i (положительная убывающая функция времени); – последовательные отсчеты величины Р.

Выражения (2.2) и (2.3) наглядно показывают принципиальное свойство процесса измерений – итеративность, а также неминуемость погрешности измерений, связанную с конечностью процесса измерений, что полностью соответствует выше приведенному определению.

В классической метрологии все измерения методически подразделяются на прямые и косвенные. К прямым измерениям относятся те, результаты которых получаются непосредственным сравнением с мерой в соответствии с выражением (2.1).

Измерения при летных испытаниях практически всегда относятся к классу косвенных.

По природе измерения могут быть детерминированными или статистическими. Измерения при летных испытаниях (имея в виду вероятностную структуру работы объекта испытаний, случайный характер внешних факторов, воздействующих на ЛА и технические средства информационно–измерительных систем, случайные технологические отклонения при изготовлении элементов и т.п.) в большинстве случаев – статистические. В свою очередь, в статистических измерениях можно различать, в зависимости от задачи, элементарные и комплексные измерения. Первые представляют собой составную часть вторых.

К элементарным измерениям относятся:

· обнаружение полезного сигнала на фоне шума, имеющее самостоятельное значение, например, в системах сигнализации;

· распознавание образов (диагностика состояния объекта);

· точечная (мгновенная) оценка измеряемой величины (полученной прямым или косвенным методом измерения);

· оценка измеряемой величины в функции времени;

· оценка статистических характеристик измеряемой величины.

К комплексным измерениям относится определение характеристик испытуемого ЛА – нахождение оценки оператора объекта.

Измерения при летных испытаниях, будучи по содержанию комплексными, могут быть разделены на элементарные. В отдельных случаях именно элементарные измерения составляют цель измерений.