控制系统元件之2 (1)

2020 4 19 2 2 空气动力学参量的测量 空速与马赫数测量 空速传感器 概念 空速 AirSpeed 指飞机相对于空气的运动速度 测量飞机的空速并输出相应电信号的仪表称为空速传感器或空速管 空速管也成为皮托管或总压管 是飞机上非常重要的参数测量仪表 空速管测量到的速度并非飞机相对于地面的飞行速度 而是相对于空气的飞行速度 飞机上的空速仪表具有两根指针 一根指示 表速 另一根指示 空速 2020 4 19 3 2 空气动力学参量的测量 空速与马赫数测量 空速传感器 作用 可用于判断飞机的空气动力情况 还可根据空速 风速 风向来计算地速 再由地速和距离来计算飞行时间 理论基础 空速管的工作是基于流体连续方程和伯努利定律的 是通过测量相对气流的压力来间接测量飞行速度 2020 4 19 4 2 空气动力学参量的测量 空速与马赫数测量 空速传感器 工作原理 空速仪表由空速管 开口膜盒 放大传动机构 表盘等组成 它应该安装在飞机上受气流扰动比较小的位置 其工作原理为 空速管感受气流产生的总压和静压 总压接到膜盒内部 静压接到膜盒外部 膜盒内外压力差即为动压 当动压变化时 膜盒产生形变位移 带动传动机构运动 从而改变指针的位置 2020 4 19 5 2 空气动力学参量的测量 空速与马赫数测量 马赫数传感器 概念 马赫数是飞行速度与飞机所在高度的声音速度的比值 当飞机速度过快时 由于空气压缩及激波的出现 空速管已经无法真实反映飞机的真实空速 必须借助马赫数传感器来测量空速Ma 马赫数传感的结构的原理与空速传感器基本接近 但内部元件和结构存在差异 2020 4 19 6 2 空气动力学参量的测量 迎角和侧滑角测量 概念 迎角是飞机机翼弦线与迎面气流的夹角 迎角的大小与飞机的升力和阻力密切相关 所以对该角度的测量十分重要 侧滑角是飞机速度矢量与飞机对称平面间的夹角 2020 4 19 7 2 空气动力学参量的测量 迎角和侧滑角测量 概念 实际情况下 在飞机上对真实迎角进行测量是非常困难的 原因 由于飞机外形结构的影响 飞机机身周围的气流流场与理想流场存在较大差别 层流 紊流 带来了较大干扰 实际测量误差较大 实际测量到的夹角是迎角传感器与周围某状态气流的夹角 且波动较大 解决办法 当飞机迎角改变时 机翼上下表面的压力将发生变化 上下的压力差与迎角存在一定关系 可利用此关系获得迎角的大小 2020 4 19 8 2 空气动力学参量的测量 迎角和侧滑角测量 分类 风标式迎角 侧滑角 传感器 压差管式迎角 侧滑角 传感器 探头式迎角 侧滑角 传感器 2020 4 19 9 2 空气动力学参量的测量 迎角和侧滑角测量 风标式迎角 侧滑角 传感器 组成 翼形叶片 风标 传动机构 电位计 工作原理 当正对气流方向时 迎角 0 叶片没有偏转 当存在某个偏角a时 则传动机构也带动电位计连接端杆也偏转a角度 即测出了迎角的大小 当改变电位计连接杆的长度 则改变该杆在电位计的运动角位移 从而改变了放大增益 为 V G a辅助改进措施 I 增加阻尼装置 使叶片运动更加稳定 II 增加加热除冰装置 防止叶片表面结冰 精度 0 1 0 2 若将叶片改为对称形式 并安装在机体坐标轴系Oxz平面上 则可测量侧滑角 2020 4 19 10 2 空气动力学参量的测量 迎角和侧滑角测量 压差管式迎角 侧滑角 传感器 组成 压差管 开口膜盒式压力传感器 工作原理 当正对气流方向时 迎角 0 p1 p2 膜盒无形变 电位计在中位 输出为0 当存在某个偏角a时 p1 p2 膜盒内外存在压差 产生形变 则电位计产生对应位移 输出对应电压 精度 0 1 改进措施 如在压差管前方在开一个总压孔 侧方再开两个静压孔 则可用于测量侧滑角 2020 4 19 11 2 空气动力学参量的测量 迎角和侧滑角测量 零压差式迎角 侧滑角 传感器 组成 敏感探头 变换传动部分 气道 气室和桨叶 输出部分和温控部分 工作原理 将其按探头轴线平行与机体坐标轴系Y轴安装 当迎角为0时 两排测压孔均正对气流方向 压差为0 探头内上下腔无压差 桨叶便无转动 电位计输出为0 当迎角不为0时 上下测压孔产生压差 该压差带动桨叶旋转 直到重新平衡为止 此时电位计输出对应角度的比例电信号 精度 0 1 改进措施 当将其按探头轴线平行于机体坐标轴X轴安装时 便可测量侧滑角 2020 4 19 12 2 空气动力学参量的测量 大气数据计算机 通过前面的讨论 可知利用总压 静压等大气参数便可对高度 空速 迎角和侧滑角等飞行参数进行测量 在传统式飞机仪表系统中 存在多种仪表 它们需要多套皮托 总压 静压测量系统来对大气参数进行测量 这就造成了测量系统结构相当复杂 在现代飞行仪表系统中 则采用单套皮托 静压系统 余度设计时为多套 对大气参数进行测量 由大气数据计算机进行计算出各个飞行参数 2020 4 19 13 2 空气动力学参量的测量 大气数据计算机 分类 模拟式大气数据计算机 数字式大气数据计算机 混合式大气数据计算机 2020 4 19 14 2 空气动力学参量的测量 大气数据计算机 模拟式大气数据计算机 组成 压力传感器 总温传感器 迎角传感器和伺服解算机构 各部分功能 伺服式静压传感器可直接输出高度和高度的变化率 伺服式动压传感器可直接输出空速 再通过伺服解算装置可计算得到Ma数和大气密度 迎角传感器可输出局部迎角信号 经Ma数修正后可得到真实迎角 真实迎角信号又可去修正静压 2020 4 19 15 2 空气动力学参量的测量 大气数据计算机 数字式大气数据计算机 组成 传感器 输入接口 CPU 输出接口 自检与故障监测系统 BIT 各部分功能及对象 传感器分为总静压传感器 总温传感器和迎角传感器 功能为测量大气参数 输入接口 将各种类型的信号调理为计算机可识别的数字信号 CPU 完成程序指令执行和计算任务 输出接口 将CPU计算的数字信号结果转换为某种格式的输出信号 供仪表及控制系统使用 自检与故障监测系统 自检指在运行过程中不断检测计算机运行是否正常 故障监测则对数据计算机系统的各个部分的故障进行判断和处理 2020 4 19 16 2 空气动力学参量的测量 大气数据计算机 数字式大气数据计算机 参数计算原理 I 升降速度Vz计算 标准气压高度曲线斜率 静压变化率 2020 4 19 17 2 空气动力学参量的测量 大气数据计算机 数字式大气数据计算机 参数计算原理 II 马赫数Ma及马赫数变化率计算 2020 4 19 18 2 空气动力学参量的测量 大气数据计算机 数字式大气数据计算机 参数计算原理 III 真实空速Vt计算原理 真实空速Vt是马赫数Ma和总温Tt的函数 即 2020 4 19 19 2 空气动力学参量的测量 大气数据计算机 数字式大气数据计算机 参数计算原理 IV 大气静温计算原理 大气静温Ts是大气总温Tt和马赫数Ma的函数 即 2020 4 19 20 2 空气动力学参量的测量 大气数据计算机 数字式