2.2.Системы свс-пн с бесконтактным вычислителем

В системах СВС — ПН в бесконтактном аналоговом вычислителетеле решаются расчетные формулы относи­тельно высоты Н, скорости V_H, числа М соответственно. Для вычисле­ния истинной воздушной скорости V используется формула, получен­ная следующим образом.

Как указывалось, температура торможения

(2.1)

Учитывая, что скорость звука ,выражение (2.1) можно переписать как

(2.2)

Поскольку то с учетом формулы (2.2) расчетная зависимость для скорости

(2.3)

Относительная барометрическая высота

Н_отн = Н - Н_з

где Н_з - абсолютная барометрическая высота на уровне Земли, относительно которой отсчитывается Н_отн.

Отклонения числа М, скорости V_Ht высоты Н от заданных значе­ний М_зад, V_изад, Н_зад находятся из выражений:

Элементы входящие в состав систем типа СВС — ПН, представле­ны на рис. 2.3. В состав систем СВС—ПН могут входить также вы­числители аэродинамических поправок (ВАП), законы формирова­ния которых зависят от типа самолета.

Вычислитель скорости, числа М и высоты ВС MB работает при по­даче на его вход сигналов: давлений р и р_п от приемников воздушных давлений; температуры торможения Т_т в виде сопротивления R_Т от приемника температуры заторможенного потока; высоты Н_з задан­ного уровня Земли от указателя относительной барометрической вы­соты УВО. Ввод сопротивления, пропорционального высоте Н_з как функции давления р₃ на заданном уровне Земли, осуществляется функциональным потенциометром, воспроизводящим функцию Н_з = f(p), при вращении ручки ввода давления р₃ на лицевой части ука­зателя УВО.

Рис. 2.3. Структурная схема системы типа СВС-ПН

Вычислитель питается через фильтр Ф переменным током (115 В, 400 Гц) и через блок питания БП постоянным током. Напряжения, про­порциональные параметрам Н, Н_отн, V, преобразуются в соответст­вующие сопротивления блоками БПнП.

Сигналы в каналах Н_отн, V, М усиливаются блоками питания с усилителями БЛУ, работающими в комплектах с указателями УВО, воздушной и путевой скорости УСВПк, числа М УМ. При соответст­вующей установке переключателя, на указателе УСВПк системы СВС — ПН дают возможность индикации путевой скорости V_n no данным доплеровского измерителя ДИСС.

Вычислитель ВСМВ. Он предназначен для решения и выдачи в виде напряжений сигналов, пропорциональных Н, H_отн, M и V. Вычис­литель ВСМВ (рис. 2.4) состоит из индукционных датчиков статиче­ского и динамического давления ДДСИ и ДДДИ, функциональных преобразователей напряжения ПНФ, полупроводниковых усилите­лей У, трансформаторов Т. В вычислителе ВСМВ при решении при­веденных выше зависимостей используется метод суммирования электрических сигналов. Этим объясняется логарифмирование па­раметров, входящих в расчетные зависимости.

Зависимости прогибов УЧЭ датчиков ДДСИ и ДДДИ от давлений меняются по логарифмическому закону. Характеристики индукцион­ных преобразователей этих датчиков являются линейными. В связи с этим характеристики датчиков ДДСИ и ДДДИ по давлениям в целом меняются по логарифмическому закону. В целях упрощения изложе­ния в тексте и на рис. 2.4 коэффициенты пропорциональности опу­щены.

Рис. 2.4. Функциональная схема вычислителя ВСМВ

_{Рис. 2.5. схема умножения с помощью трансформатора}

Основные функциональные преобразования в соответствии с расчетными формулами осуществляются преобразователями ПНФ (ПНФ1 и ПНФ2 — АЛЯ ДДСИ, ПНФЗ — ддя ДДДИ). С помощью ПНФ4 получается сигнал в виде напряжения U₉, пропорциональный числу М. ПНФ5 в канале скорости V позволяет получить сигнал в виде напряжения

(2.4)

Этот сигнал подается через усилитель У11 на первичную обмотку трансформатора ТЗ, реализующего формулу (2.3). Ввод величины обеспечивается за счет изменения входного сопротивления транс­форматора ТЗ при изменении сопротивления R_т, подключенного к его вторичной обмотке L2 (рис. 2.5).

Сопротивление, приведенное к первичной обмотке L1 трансформато­ра с коэффициентом трансформации K_T, R’_T = R_T/ K²_T.

На выходе трансформатора ТЗ (без учета входного сопротивления усилителя У12 и сопротивлений обмоток трансформатора) напряжение

(2.5)

В приведенной схеме напряжение U_вх пропорционально функции f (M)v а отношение R’_T / (R + R’_T) пропорционально величине . Поэтому выражение (2.5) определяет скорость V. После суммирова­ния с начальным напряжением U₀₆ это напряжение (U₁₃) через усили­тель У12 и размножающий трансформатор Т4 поступает к потреби­телям (см. рис. 2.4).

Полупроводниковые усилители У1...У2 предназначены для уси­ления сигналов по мощности и напряжению. С трансформаторов на­чальных значений, не показанных на рис. 2.4, в каналы параметров Н, Н_отн, V, числа М вводятся сигналы U₀₁ — U₀₆ начальных напря­жений для компенсации ненулевых остаточных сигналов и фазовых ис­кажений в каналах системы.

На входы усилителей У1, У4, У6 могут подаваться контрольные сигналы U_эт1 и U_эт2 встроенного контроля, соответствующие тесто­вым значениям р и р_дин. К вторичной обмотке трансформатора ТЗ вместо сопротивления R_Т подключается в этом случае сопротивление R_Т.

Датчики ДДСИ и ДДДИ. Эти датчики имеют одинаковые принципи­альные схемы и отличаются лишь УЧЭ: в ДДСИ применяется анероидная коробка, а в ДДДИ—манометрическая коробка. В датчике ДДСИ (рис. 2.6) имеются два индукционных преобразователя. Каждый ин­дукционный преобразователь состоит из двух неподвижных первичных обмоток L1, L2 (L3, L4), включенных встречно, и подвижной вторич­ной обмотки L5 (L6), Вторичная обмотка перемещается жестким цент­ром анероидной коробки Е. Обмотки L5, L6 включены последователь­но. Перемещение жестких центров анероидных коробок встречное, что позволяет исключить погрешности от ускорений вдоль осей обмоток. Изменение статического давления р приводит к перемещению под­вижных обмоток относительно неподвижных. В них наводятся ЭДС, которые суммируются. С выхода датчика снимается напряжение U₁ = f (lgp).

Для уменьшения температурных погрешностей датчика использует­ся термостатирование с помощью нагревательного элемента В, реле К5 и биметаллических термоэлементов S1 и S2. Поддерживаемая температура (45±5) °С. При увеличении температуры элемент S1 разрывает цепь питания реле К5. При отказе элемента S1 и темпера­туре 60 °С срабатывает элемент S2.

Смещение нуля выходного сигнала устраняется мостиковым термокомпенсатором первого рода, состоящим из резисторов R9 — R12. Изменение наклона характеристики датчика компенсируется термокомпенсатором второго рода с помощью резисторов R7, R8.

Преобразователи ПНФ. Заданная функция U_вых = f (U_BX) в пре­образователях ПНФ воспроизводится методом кусочно-линейной ап­проксимации. Преобразователи ПНФ состоят из отдельных ячеек, каж­дая из которых рассчитана на аппроксимацию функции одним отрез­ком. Так как все решаемые зависимости, кроме соотношения (2.3), на рабочих участках представляются вогнутыми либо выпуклыми, рассмотрим преобразователи ПНФ для воспроизведения этих двух ви­дов функций.

_{Рис. 2.6. Принципиальная схема датчика статического давления типа ДДСИ}

В схеме ПНФ постоянного тока (рис. 2.7, а) при U_вх = 0 все ячей­ки заперты опорными напряжения­ми источников G1 — GN. При уве­личении U_BX напряжение U_вых на выходе растет линейно, причем на­клон первого участка (рис. 2.7, б) определяется резисторами R1, R_н. При U_вх = U_t ≥ U_G1 диод VI открывается и резистор R2 шун­тирует резистор R_н. Крутизна ха­рактеристики меняется. Остальные ячейки работают так же.

Схема ПНФ переменного тока для воспроизведения выпуклых функций (рис. 2.8, а) состоит из ячеек с резисторами и диодами. Количество ячеек соответствует числу аппроксимирующих отрезков. Выходное напряжение снимается с резистора R. Конденсатор С предназначен для регулировки фазы U_BX.

Рассмотрим работу схемы на примере работы первой ячейки, состо­ящей из резисторов R2, r1, r’1 и диодов VI, V’I. Опорные напряжения U_{о оп1} и U’_оп1 равны между собой. Резисторы rl и г'1 образуют две па­раллельные цепи, питаемые через диоды VN и V’N опорным напряже­нием U_on. Пусть в положительный полупериод синфазных напряже­ний U_BX и U_on потенциалы на элементах схемы распределены так, как это показано на рис. 2.8, а. Диод VN открыт. В результате возникает опорное напряжение U _оп1.

Диод V1 при 0 < U_вых < U _оп1 закрыт опорным напряжением U _оп1, а V’1 закрыт напряжением U_вых. При отрицательном полупе­риоде напряжений U_вх и U_оп (потенциалы указаны в скобках) диод V’N открыт. Функции запирающих напряжений поменяются, диоды V1 и V’1 будут закрыты, ток по резистору R2 не протекает.

С ростом U_ьх при U_вых > U _оп1 диод V1 (V’1) откроется, резистор R_н зашунтируется резистором R2. Крутизна характеристики U_вых = f (U_вх) на втором участке уменьшится. При U_BbIX > U_оп2 откроет­ся вторая ячейка и подключится резистор R3 и т. д.

Схема ПНФ для воспроизведения вогнутых функций (рис. 2,8,б) работает аналогично. Отличие от схемы ПНФ по рис. 2.8, а состоит лишь во включении резистора R_H. Условием отпирания первой ячейки ПНФ здесь служит неравенство U_вх — U_вых> U _оп1.

Крутизна характеристики U_вых = f (U_вх)возрастает, так как шунтирующий резистор R2 подключается параллельно ограничиваю­щему резистору R1.

Преобразователь ПНФ5 (см. рис. 2.4) для воспроизведения зави­симости f(M)v, приведенной на рис. 2.8, в, представляет комбинацию двух ПНФ (рис. 2.8, г), один из которых служит для воспроизведе­ния вогнутых, а другой — выпуклых функций. С увеличением U_вх первыми открываются диодные ячейки, шунтируемые резистором R1, а затем ячейки, шунтируемые резистором R2.

Точность воспроизведения характеристик зависит от числа аппрок­симированных участков заданной функции, а следовательно, числа ячеек ПНФ.

Блок БПнП. Он построен по принципу самобалансирующейся мостовой схемы. Блок (рис. 2.9, а) состоит из электрического моста, усилителя У, двигателя-генератора ДГ потенциометра отработки П_ос, выходных потенциометров П_вых.

Поступающее на вход напряжение U_вх из вычислителя сравнивает­ся с помощью мостовой схемы с напряжением, снимаемым с потенцио­метра Ясс- Сигнал рассогласования через усилитель У поступает на управляющую обмотку двигателя-генератора ДГ вращение которого передается на щетки потенциометров П_ос и П_вых и продолжается,

Рис. 2.9. Функциональные схемы блоков БПнП (а) и БКМЭ (б)

пока существует это рассогласова­ние. Сопротивление потенциомет­ров П_вых при этом соответствует входному напряжению.

В схеме используется лекаль­ный корректор (на рисунке не по­казан), предназначенный для ком­пенсации систематических инстру­ментальных погрешностей. Допол­нительный поворот щеток потен­циометров П_ос и П_вых на величину поправки обеспечивается регули­ровкой профиля лекала коррек­тора.

Для улучшения работы следя­щей системы в динамическом ре­жиме в схеме использовано напря­жение отрицательной обратной свя­зи, выдаваемое генераторной об­ моткой двигателя-генератора ДГ.

Блок БКМЭ. Он выдает сигнал, пропорциональный ∆М, в виде на­пряжений постоянного и переменного тока.

_{Рис. 2.10. Принципиальная схема указателя УВО}

На вход блока БКМЭ (рис. 2.9, б) поступает сигнал, пропорцио­нальный числу М, в виде напряжения переменного тока частотой 400 Гц. В режиме слежения сигнал сравнивается с сигналом, снимаемым с индукционного преобразователя угла ИП. Сигнал рассогласования ∆U через усилитель У подается на обмотку управления двигателя-генератора ДГ, выходной вал которого через редуктор Р' вращает подвижной элемент ИП и щетки выходных потенциометров П. Враще­ние продолжается, пока сигнал рассогласования не станет равным ну­лю. Каждому значению числа М в режиме слежения соответствует оп­ределенное значение выходного сопротивления R потенциометров П. Назначение генераторной обмотки Г такое же, как и в блоке БПнП.

Режим коррекции включается при подаче сигнала «коррекции» (+27 В) на обмотку реле K1. При этом к выходу усилителя У подклю­чается фазочувствительный усилитель ФЧУ , двигатель-генератор от­ключается. В результате при изменении сигнала на входе блока БКМЭ на выходе ФЧУ появятся сигналы, пропорциональные ∆М. При сня­тии сигнала «коррекции» блок БКМЭ продолжает работать в режиме слежения.

Указатель УВО. Он состоит (рис. 2.10) из канала отработки и ин­дикации величины Н_отн и канала выдачи относительного сопротивле­ния, пропорционального величине Н₃ как функции давления р_з.

Канал Н_отн построен по принципу самобалансирующейся мосто­вой схемы. Поступающий с выхода вычислителя электрический сигнал U_вх пропорциональный величине Н_отн, с помощью двигателя М от­работки и редуктора Р1 преобразуется в угловое перемещение стрелок и барабанов счетчика Сч. Одновременно двигатель перемещает щетку потенциометра В1 обратной связи и меняет напряжение U_вг в диаго­нали ВГ моста.

Управляющий сигнал на обмотку ОУ двигателя М следящей систе­мы подается с усилителя блока БПУ, на вход которого поступают раз­ность напряжений U_вх и U_вг, а также сигнал скоростной обратной связи с обмотки ОС генератора G. Малая стрелка на лицевой части указателя служит для отсчета километров, а большая — десятков и сотен метров. Счетчик показывает высоту в километрах.

В равновесном положении схемы U_вх = — U_вг и напряжение на входе блока БПУ равно нулю. Каждому значению H_отн соответствует определенное положение щетки потенциометра В1 и угол поворота стрелок указателя и барабанов счетчика.

Канал H₃ состоит из потенциометра В2, редуктора Р2 и счетчика Сч. Давление р₃ вводится кремальерой, с которой связаны счетчик и щетка функционального потенциометра В2, выдающего в вычислитель ВСМВ сигнал H₃ = f(р₃). Обмотки OB1, OB2 являются обмотками возбуждения двигателя и генератора, резисторы R3, R4,R6 — юстировочные.

Указатели УСВПк и УМ. Эти указатели также построены по прин­ципу самобалансирующейся мостовой схемы, их работа аналогична ра­боте указателя УВО с блоком БПУ.

В указателе УСВПк в зависимости от положения переключателя «Возд.— пут.» на фланце указателя следящая система указателя под­ключается к вычислителю системы СВС или ДИСС

Блоки БПУ. Они обеспечивают усиление сигналов рассогласования в каналах Н_отн, V, числа М и питание обмоток возбуждения двигате­ля и генератора в следящей системе. Блок БПУ состоит из полупровод­никового усилителя, трансформатора и конденсатора, обеспечивающе­го сдвиг фаз на 90° напряжений обмоток возбуждения и управления двигателя. Полупроводниковый усилитель имеет два каскада предвари­тельного усиления, фазовый фильтр, предконечный каскад усиления и выходной усилитель мощности.

Блок питания БП. Он предотвращает амплитудные выбросы значе­ний борт сети постоянного тока. Принцип стабилизации напряжения в блоке основан на сравнении выходного напряжения с опорным напря­жением. Разность этих напряжений служит для управления регули­рующим элементом через усилитель обратной связи. Блок питания со­стоит из выпрямителей и стабилизатора напряжения на полупроводни­ковых элементах.

Фильтр Ф. Он уменьшает нелинейные искажения напряжения бор­тового источника питания 115 В 400 Гц. Фильтр состоит из последова­тельного и параллельного колебательных контуров LC, настроенных на резонанс с частотой 400 Гц. Последовательный контур для частоты 400 Гц имеет минимальное сопротивление, параллельный — макси­мальное. Коэффициент передачи фильтра на частоте 400 Гц близок к единице. На частотах выше 400 Гц резко уменьшается.