Теория (часть 2) / PNO_PRO_V3

1.9. Приборы для измерения вертикальной скорости

Для измерения вертикальной скорости самолета наиболее широкое применение получили вариометры. Внешний вид прибора приведён на рисунке 1.19(а,б,в,г,д,е,ж). Принцип действия вариометра основан на пневмомеханическом дифференцировании статического давления, изменяющегося в зависимости от высоты полета самолета. Принципиальная схема вариометра представлена на рис.1.19з.

Рис1.19 Вариометры:

а– ВР-10М;б– ВАР-30М;в– ВАР-75М;г– ВАР-300;д– ВАР-500;е– ВРФ-2;ж– ВРФ-6

В качестве чувствительного элемента используется манометрическая коробка 7, внутренняя полость которой. Сообщается непосредственно с магистралью статического давления. Внутренняя полость герметичного корпуса прибора сообщается с магистралью статистического давления через капилляр 5.

Если самолет летит горизонтально, то статическое атмосферное явление р внутри манометрической коробки 7 и давление р1 внутри корпуса прибора будут одинаковы и, следовательно, разность между ними равна нулю.

В зависимости от высоты полета изменяется статическое давление р. Внутри манометрической коробки это давление устанавливается практически мгновенно, а в корпусе прибора, вследствие сопротивления капилляра, давление р₁ отличается от статического. Чем больше вертикальная скорость полета самолета, тем больше разность давлений Δр = р—р₁. Под действием этой разности давлений манометрическая коробка деформируется. Деформация коробки через тягу 6, зубчатый сектор 4 и трибку 3 передается на стрелку 2, которая отклоняется от среднего положения вверх при наборе высоты, вниз — при снижении. По шкале 1 определяют величину вертикальной скорости.

Градуировочная формула, в которой перепад давлений Δр выражен через вертикальную скорость V_y, имеет вид:

(1.23)

где l, d — длина и диаметр капилляра; Q — объем корпуса прибора; μ— коэффициент вязкости воздуха; R — газовая постоянная; Т₀ — температура в корпусе прибора.

Формула (1.23) показывает связь между разностью давлений Δр и вертикальной скоростью в установившемся режиме. Из этой формулы видно, что установившаяся разность давлений, а, следовательно, и показания вариометра пропорциональны вертикальной скорости самолета.

Вариометры выпускаются с различными пределами измерения. Они имеют обозначения ВР-10, ВАР-30, ВАР-75, ВАР-150 и ВАР-300, где числа 10, 30, 75 и т. д. указывают пределы измерения.

Кинематическая схема вариометра представлена на рис. 1.20. Внутренняя полость корпуса прибора соединена с магистралью статического давления через капилляр 10, а внутренняя полость манометрической коробки 11— непосредственно через трубопровод 12. При подъеме самолета давление в корпусе прибора будет выше, чем в манометрической коробке, вследствие чего коробка будет сжиматься. Эта деформация коробки через тягу 9 и криво шип 8 передается на ось 6. Поворот этой оси через рычаг 5 и по водок 15 передается на зубчатое колесо 4, а от него через трибку 3 — на стрелку 1.

Вариометр как пилотажный прибор должен иметь высокую чувствительность при измерении малых вертикальных скоростей; при измерении больших скоростей чувствительность может быть уменьшена. Поэтому вариометры имеют затухающую шкалу. Для получения затухающей шкалы в передаточно-множительный механизм введено кривошипно-кулисное звено, которое изменяет передаточное отношение, а, следовательно, и угол поворота стрелки.

При горизонтальном полете поводок 15 занимает относительно оси зубчатого колеса 4 наименьшее расстояние. При подъеме или снижении самолета поводок 15 скользит вдоль прорези колеса 4. При этом увеличивается расстояние между осью зубчатого колеса 4 и поводком 15. Благодаря этому непрерывно уменьшается передаточное отношение механизма и соответственно этому сужаются деления шкалы. С помощью кремальеры 16 через кулачок 14 и рычаг 13 можно опускать или приподнимать манометрическую коробку 11 и тем самым устанавливать стрелку прибора в нулевое положение.

Применяют и другие способы получения затухающей шкалы. Например, у вариометров с большим пределом измерения затухание шкалы достигается тем, что деформации манометрической коробки при измерении скоростей до ±20 м/с непосредственно преобразуется в перемещение стрелки, а при измерении больших скоростей коробки преодолевают противодействующее усилие пружины.

Погрешности манометрического вариометра следующие:

- инструментальные;

- методические.

Причины возникновения инструментальных погрешностей манометрических вариометров такие же, как и у других манометрических приборов, в том числе как у указателя индикаторной скорости.

Перечислим методические погрешности манометрического вариометра:

- динамическая погрешность;

- температурная погрешность от непостоянства температуры Т₁ внутри корпуса;

- температурная погрешность из-за неодинаковости температур. Динамическая погрешность обуславливается запаздыванием изменения давления внутри корпуса прибора. Передаточная функция механизма вариометра в этом случае имеет вид

где q = Р_ст - Р₁; – чувствительность прибора;τ – постоянная времени анероидного звена, равная (в секундах)

где Р_к – среднее давление в капилляре.

При постоянном вертикальном ускорении, например, , динамическая погрешность достигает величины. Приτ = 1 с и а = 1 м/с² погрешность м/с.

Вторая составляющая методической погрешности вариометра возникает из-за нагрева или охлаждения воздуха внутри прибора, когда изменяется температура материала корпуса. С целью уменьшения этой погрешности корпус прибора изготавливают из термоизоляционного материала (пластмассы).

Третья составляющая методической погрешности вариометра появляется, когда температура Т_к, Т₁ и Т отличается от температуры тарировки Т_к = Т₁ = Т = Т_о. Эта погрешность может достигать 30 % на предельных значениях измеряемой вертикальной скорости. Однако на малых значениях скорости погрешность меньше, а при околонулевых значениях отсутствует. Поэтому функция прибора – точность контроля горизонтального полета – не зависит от этого вида методической температурной погрешности.

Данная погрешность может быть приближенно подсчитана по формуле:

Содержание