Расчетка. Отчет по лабораторной работе 4 Исследования приборов для измерения высоты, скорости и числа М

• Название: Отчет по лабораторной работе 4 Исследования приборов для измерения высоты, скорости и числа М
• Анкор: Расчетка
• Дата: 02.11.2022
• Размер: 1.24 Mb.
• Имя файла: lr_4_PiIVK_Akhunov.docx
• Тип: Отчет; #767037

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
Уфимский государственный авиационный технический университет
Кафедра информационно-измерительной техники


Отчет по лабораторной работе № 4

«Исследования приборов для измерения высоты, скорости и числа М»

Выполнил: студент группы

СУЛА- 405 Ахунов А.Р.

Проверил: Токарев В.П.

Уфа 2020

Цель работы
Цель настоящей работы - изучение принципа действия и конструкции аэродинамических указателей высоты, скорости и числа М.

Краткая теоретическая часть
Барометрический метод измерения высоты
Высотой полета называется измеренное по вертикали расстояние между ЛА и некоторой поверхностью, принятой за начало отсчета. При полетах различают абсолютную, истинную, относительную и барометрическую высоты.

Абсолютная высота - это высота над уровнем моря, она не зависит от рельефа местности.

Истинная высота - это высота ЛА над пролетаемой местностью.

Относительная высота - это высота относительно места взлета или посадки.

Барометрическая высота - это высота относительно места с заданным атмосферным давлением.

Кинематическая схема барометрического высотомера имеет следующий вид:


Кинематическая схема барометрического высотомера

В качестве чувствительного элемента – анероидная коробка. В герметичный корпус прибора подводится статическое давление, под действием которого деформируется анероидная коробка.

Деформация анероидной коробки с помощью кривошипно-шатунного механизма преобразуется в угол поворота кривошипа φ.

Отсчет показаний прибора производится по шкале.
Кинематическая схема двухстрелочного высотомера показана на рисунке



Кинематическая схема двухстрелочного высотомера:

1— барометрическая шкала; 2 — плоская пружина; 3, 12 — биметаллические компенсаторы; 4 — тяга; 5 — противовес; 6 — блок анероидных коробок; 7 — волосок; 8 — большое зубчатое колесо; 9 — кремальера; 10 — полая ось; 11 — трубка; 13 — малое зубчатое колесо; 14 — сектор; 15 — валик; 16 — основание
Механизм прибора смонтирован в герметичном корпусе диаметром 80 мм. Анероидные коробки, являющиеся чувствительным элементом высотомера, реагируют на статическое давление на высоте полета, подаваемое в корпус прибора. При изменении высоты полета, коробка деформируется, деформация коробок через укрепленный в верхнем жестком центре биметаллический компенсатор первого рода, тягу, биметаллический компенсатор второго рода передается на валик. При повороте валика поворачивается зубчатый сектор, который вращает трубку и большое зубчатое колесо, тепленное с малым зубчатым колесом. На оси колеса укреплена большая стрелка прибора.

Параметры анероидной коробки и передаточного механизма выбираются так, что при подъеме на высоту 1000 м большая стрелка делает один, оборот. При этом внешняя шкала прибора проградуирована в сотнях и десятках метров. Для отсчета единиц и десятков километров в высотомере имеется внутренняя шкала, возле которой движется малая стрелка. Если прибор измеряет высоту до 30 км, то при повороте малой стрелки на один оборот большая делает 30 оборотов. Для получения замедленного движения малой стрелки применен зубчатый перебор, выходное колесо вращает полую ось с укрепленной на ней малой стрелкой. Передаточное число перебора равно 1:30.

Методические погрешности обусловлены следующими факторами:

1. 
   Изменение рельефа местности,
   

,

где Н_М - высота пролетаемого места над уровнем моря;

Н₀ - высота относительно уровня моря участки поверхности

ΔН₁ - погрешность между истинной и относительной высотой;

Эти погрешности могут быть учтены путем нанесения поправок на географические карты.

2. 
   Изменение начального давления у земли после вздета
   

Если в момент вылета давление было p₀, , а после оно стало р, то прибор будет показывать



хотя правильное показание должно быть



Отсюда погрешность измерения будет



Если , то



Устранение этой погрешности осуществляется путем введения поправки на изменение Δр₀.

3. 
   Изменение средней температуры столба воздуха.
   

Если фактическая температура столба воздуха отлична от , то

и

Отсюда



где .

Эта погрешность носит мультипликативный характер, т.к.пропорциональна Н. Для компенсации этой погрешности необходимо измерить фактическую температуру воздуха на высоте полета, а сведения о температуре у земли Т₀получать по радио;

4. 
   Случайные вариации давления на высоте по отношению к давлению, задаваемому стандартной атмосферой (СА).
   

Инструментальные погрешности высотомеров складывается из погрешностей, вызванных гистерезисом, неуравновешенностью подвижных частей, трением, и температурных погрешностей. Первые два вида погрешностей сводятся до допустимых пределов конструктивными мерами.
Аэрометрический метод измерения скорости и числа М
Принцип действия указателя скорости основан на измерении динамического (скоростного) напора полностью заторможенного потока воздуха.

Функциональная зависимость p=f(V), (рис. 4.7) между скоростями и давлением определяется с помощью уравнения Бернулли. Это уравнение рассматривается применительно к элементарной струйке, которая выделяется в набегающем потоке воздуха и тормозится в критической точке приемника давления (рис. 4.8).




Рассмотрим кинематическую схему манометрического указателя скорости.



1 - приемник статического давления; 2 - приемник полного давления; 3 – трубопроводы; 4 - корпус; 5 - манометрическая коробка.



Рис.4.10. Кинематическая схема комбинированного указателя скорости:

1— шкала циферблата; 2 — стрелка приборной скорости; 3, 27 — зубчатые секторы; 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 22, 23, 24 — поводки; 11, 15, 20 — тяги; 12; 25 — оси; 13; 14 — вилки-. 16 — анероидная коробка; 17 — верхний центр анероидной коробки; 18 — манометрическая коробка; 19— верхний центр манометрической коробки; 21 — кривошип; 26, 28 — трибки; 29 — стрелка истинной скорости
В герметичном корпусе прибора размещены манометрический блок 1 и анероидный блок 30.

Рассмотрим работу указателя приборной скорости. При подаче полного давления в манометрический блок он демпфируется под действием разности полного и статического давлений (скоростного напора). Деформация блока посредством жесткого центра, тяги, поводка и зажима поворачивает ось. Далее движение передается через поводки и на ось. Сектор на оси через трибку передает вращение на стрелку 10 приборной скорости. Отсчет показаний производится по шкале 9.

Для получения истинной воздушной скорости прибор дополняется анероидным блоком 30 с соответствующим передаточным механизмом. При деформации анероидного блока движение передается через жесткий центр, тягу, поводок, зажим на ось. Далее через поводки движение передается на ось. При вращении оси через поводки и вращается ось сектора. Последний через трубку вращает стрелку истинной воздушной скорости.

Необходимый для получения истинной воздушной скорости сигнал скоростного напора передается с оси 20 через поеодки 19 и 18. Регулировка передаточного отношения от анероидного блока к оси 20 производится с учетом изменения температуры с высотой по МСА.

Указатель числа М по своему устройству аналогичен указателю воздушной скорости.

Работа прибора состоит в следующем.

Под действием разности давлений Δр манометрический блок деформируется и посредством жесткого центра, тяги , поводка и зажима поворачивает ось. Последняя через поводки поворачивает ось. Затем движение передается через поводки на ось с закрепленным на ней сектором. Сектор вращает трибку и стрелку.

Высотная компенсация прибора (т.е. измерение статического р_ст) осуществляется анероидным блоком, который при изменении деформируется. Его деформация через жесткий центр, тягу, вилку и зажим передается на ось высотной компенсации. Движение этой оси через поводок передается на ось.

Указатель числа М имеет равномерную шкалу с делениями от М = 0,4 до М = 2,5 с ценой деления 0,02 А. Погрешность прибора при нормальных условиях не превышает 0,07 М.

В указателе числа М не применяются биметаллические компенсаторы. Частичная компенсация инструментальных температурных погрешностей происходит из-за того, что в механизме прибора производится деление ходов манометрического и анероидного блоков.

Многие характеристики самолета зависят от числа М полета, особенно начиная с М>0,6, когда явление сжимаемости нельзя не учитывать. На сверхзвуковых скоростях полета сильно возрастает сопротивление воздухозаборника двигателя. Это приводит к изменению характеристик управляемости самолета. Для того чтобы летчик справился с управлением самолета при изменившихся характеристиках, он должен знать те значения числа М, при которых такое изменение происходит. Для этой цели служит указатель числа М. Конструктивно указатель числа М отличается от указателя истинной воздушной скорости отсчетным устройством и отсутствием коррекции в передаточном механизме по температуре, которая берется по МСА.

1. 
   Описание лабораторной установки
   

Лабораторная установка состоит из панели, на которой укреплены указатель скорости, указатель числа М, высотомер и образцовый манометр, краны I, II, III (рис. 4.11). Установка позволяет выдавать раздельно давление на статические и динамические входы приборов.

Задание
1 Изучить принципы работы высотомера.

2 Изучить принцип работы указателя скорости и числа М.

3 Снять характеристики изучаемых приборов.

4 Дать анализ погрешностей изучаемых приборов


Порядок выполнения работы

1. По препарированным образцам и рисункам изучите конструкцию барометрического высотомера. Обратите внимание на механизмы преобразования линейного перемещения коробки в угол поворота и ввода поправки; по давлению р₁ на земле, а также на компенсаторы температурной погрешности.


Рис. 4.11. Схема лабораторной установки

1 – комбинированный указатель скорости; 2 – указатель числа М; 3 – высотомер; 4 – образцовый манометр.
2. Определите экспериментально функцию преобразования высотомера по высоте и давлению. Задавая разрежение с помощью КПУ, снимите зависимость . Для контроля разрежения используйте образцовый манометр, для измерения угла – стрелку и шкалу высотомера. По таблице Н-р (дана в приложении к работе) постройте зависимость и по экспериментальным данным – зависимость .Объясните их характер.

Примечание. После каждого эксперимента вернуть систему в исходное состояние – открыть все краны, соединить систему с атмосферой.

3. Постройте структурную модель преобразования высоты в показания высотомера. Выделите основные источники погрешности и объясните порядок приведения их ко входу. Приведите погрешность от трения в механизме ко входу и проследите за ее изменениями по высоте.

4. По препарированным образцам и рисункам изучите конструкции комбинированного указателя скорости и указателя числа М.

5. Снимите зависимость , на нулевой высоте в диапазоне 400-1500 км/ч. Постройте эту зависимость и объясните ее характер.

Задайте давление, соответствующее скорости 800 км/ч по КУС, закройте кран III и снимите показания по истинной воздушной V_Hи приборной V_пр скорости, числа М на высотах 0,1,2,3,4 км. Постройте зависимости , , и объясните их характер.

6. 
   Постройте структурную модель преобразования скорости б показания указателя. Выделите основные источники методи­ческих и инструментальных-погрешностей, объясните порядок их расчета и приведения их ко входу.
   

Ход работы.
Таблица 1.

Р	775,2	687,48	535,5	471,24	360,06	271,32	234,6	201,96	146,88	91,8
е	1,02	0,867	0,714	0,612	0,4896	0,408	0,306	0,255	0,204	0,1224
Н	0	1020	3060	4080	6120	8160	9180	10200	12240	15300

P = f(H); H = f(P)

Р	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9
Vист	408	663	765	897,6	1009,8	1030,2	1071	1173	1224
Vпр	408	663	765	897,6	1009,8	1030,2	1071	1173	1224
M	0	0	0,612	0,714	0,765	0,816	0,867	0,9486	1,02

Таблица 2

Vист = f(P); Vпр = f(P); M = f(P)

Таблица 3

Vист = f(Н); Vпр = f(Н); M = f(Н)

Высота Н	0	1	2	3	4
Vист	816	969	1020	1173	1224
Vпр	816	918	969	1020	1071
M	0,663	0,765	0,816	0,9486	0,9996

Вывод: в ходе лабораторной работы изучили принцип действия и конструкцию аэродинамических указателей высоты, скорости и числа М. По полученным экспериментальным путем данным построили графики зависимостей P = f(H); H = f(P),Vист = f(P); Vпр = f(P); M = f(P), Vист = f(Н); Vпр = f(Н); M = f(Н).