УДК 629.735.45:551.53
СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВЕКТОРА ВЕТРА И ВЕКТОРА ИСТИННОЙ ВОЗДУШНОЙ СКОРОСТИ НА БОРТУ ВЕРТОЛЕТА
SYSTEM OF MEASUREMENT PARAMETERS OF WIND VECTOR AND TRUE AIR SPEED VECTOR ON BOARD OF HELICOPTER
Никитин Александр Владимирович
ассистент
E-mail: nikitin.rf@mail.ru
Солдаткин Владимир Михайлович
д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой ® (843) 236-51-21
Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева, г. Казань
Аннотация: Рассмотрена конструктивная схема неподвижного датчика воздушных сигналов и алгоритмы обработки информации бортовой системы измерения скорости и угла направления ветра относительно продольной оси вертолета на стоянке, взлетно-посадочных режимах и составляющих вектора истинной воздушной скорости при полетах. Ключевые слова: вертолет, скорость и направление ветра, составляющие вектора истинной воздушной скорости, измерение, бортовая система, неподвижный датчик, алгоритмы обработки информации.
ВВЕДЕНИЕ
Для предотвращения авиационных происшествий на стартовых и взлетно-посадочных режимах вертолета, при решении полетных и специальных задач необходима информация о величине и положении вектора ветра относительно продольной оси вертолета [1—3]. При этом важной задачей является измерение параметров вектора истинной воздушной скорости вертолета, особенно при малых скоростях полета.
Измерение параметров вектора ветра и вектора истинной воздушной скорости на стоянке, при рулении и маневрировании по земной поверхности, при взлете и посадке, на режиме висения и в полете известными средствами [4, 5] ограничивается значительными аэродинамическими возмущениями, вносимыми вихревой колонной несущего винта, что определяет необходимость создания бортовых систем, максимально учитывающих специфику аэродинамики и динамики движения вертолета на всех этапах полета.
Nikitin Alexandr V.
Lecturer
E-mail: nikitin.rf@mail.ru SoldatkinVladimir M.
D. Sc. (Tech.), Professor, Head of Department ® (843) 236-51-21
Kazan National Research Technical University, n. a. A. N. Tupolev, Kazan sity
Abstract: Constructive scheme of stationary air signals sensor's and algorithms of information processing measurements of velocity and angle direction the wind onboard system's relative to the longitudinal axis of the helicopter in the parking lot, take-off and landing and components of the vector of the true air speed on the flight modes are considered.
Keywords: helicopter, speed and direction of wind, components of the vector of the true air speed, measurement, onboard system, stationary sensor, algorithms of information processing.
ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ БОРТОВОЙ СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВЕКТОРА ВЕТРА И ВЕКТОРА ИСТИННОЙ ВОЗДУШНОЙ СКОРОСТИ
Учитывая специфику аэродинамики вертолета на стоянке и взлетно-посадочных режимах, при полете на малых скоростях, предложено для определения параметров вектора ветра и вектора истинной воздушной скорости использовать информацию аэродинамического поля вихревой колонны несущего винта, а ее восприятие осуществлять с помощью неподвижного комбинированного аэрометрического приемника — датчика воздушных сигналов (рис. 1) [6].
Датчик воздушных сигналов содержит неподвижный многоканальный аэрометрический приемник 1, выполненный в виде двух разнесенных по высоте экранирующих дисков 2 и 3, между внутренними профилированными поверхностями которых в азимутальной плоскости под одинаковыми углами расположены трубки полного давле-
Рис. 1. Конструктивная схема датчика воздушных сигналов на основе неподвижного комбинированного аэрометрического приемника
ния 4 для забора давлений рг-, определяющих величину № и горизонтальный угол направления у вектора ветра W на стояночном режиме до запуска силовой установки несущего винта. На внутренних поверхностях экранирующих дисков 2 и 3 расположены кольцевые каналы 6 для забора дросселированного статического давления рстд при наличии ветра. На внутренних профилированных поверхностях экранирующих дисков 2 и 3 расположены отверстия для забора давлений раг- и раIопределяющих угол ветра в вертикальной плоскости.
Для восприятия аэрометрической информации в режиме маневрирования по земле и на взлетно-посадочных (полетных) режимах при вращении несущего винта вертолета, когда неподвижный датчик воздушных сигналов находится в створе вихревой колонны несущего винта, на наружной поверхности экранирующего диска 3 установлен дополнительный аэрометрический приемник 7 в виде полусферы с диаметром, равным диаметру верхнего экранирующего диска. На поверхности полусферы на оси симметрии расположено отверстие, являющееся приемником полного давления рт результирующего воздушного потока вихревой колонны, определяемой вектором скорости у2.
В плоскости, параллельной плоскости симметрии вертолета, под углом ф01 к оси симметрии симметрично расположены отверстия, являющи-
еся приемниками давлений и р2. В плоскости, перпендикулярной плоскости симметрии вертолета, под углом ф02 к оси симметрии, расположены отверстия, являющиеся приемниками давлений рз и Р4. Перпендикулярно оси симметрии сферического приемника на его поверхности по окружности расположены отверстия, являющиеся приемниками статического давления рст£ результирующего набегающего воздушного потока колонны.
При рулении и маневрировании по земле и на взлетно-посадочных (полетных) режимах за меру величин составляющих вектора скорости ветра W и вектора истинной воздушной скорости ув вертолета принимается угловое положение воздушного потока вихревой колонны, определяемое углами скоса авк = 90° — Ф1 и ввк = 90° — Ф2, которые регистрируются ортогонально расположенными приемниками давлений р1, р2 и рз, р4.
Давления р1, р2 и рз, р4, а также рп^ и рст& воспринимаемые дополнительным аэрометрическим приемником, соединены со входами пнев-моэлектрических преобразователей ПП (рис. 2), выходы которых через последовательно соединенные мультиплексор МП и аналого-цифровой преобразователь АЦП подключены к микропроцессору МК. На вход мультиплексора через электроизмерительную схему ЭИС также подключены выходы приемника температуры торможения ТТ^ результирующего набегающего воздушного потока вихревой колонны несущего винта и выходы пневмоэлектрических преобразователей ПП, на входы которых подаются давления рг-, ра, ра1 -1, рстд, воспринимаемые неподвижным многоканальным проточным аэрометрическим приемником 1. На вход мультиплексора МП также поступают выходные сигналы доплеровского измерителя скорости и угла сноса ДИСС и спутниковой навигационной системы СНС.
Выход микропроцессора является выходом аэрометрического канала по величине № и направлению у (или продольной Жх и боковой Ж составляющим вектора скорости ветра W); истинной воздушной скорости ув, углам атаки а и скольжения в, составляющим vx, у у, вектора ув истинной воздушной скорости в осях связанной системы координат.
АЛГОРИТМЫ ОБРАБОТКИ ПЕРВИЧНОЙ ИНФОРМАЦИИ
На стоянке величина № и угол направления у, а следовательно, продольная Жх и боковая Ж со-
¥
Wx Wz
Рис. 2. Функциональная схема системы измерения параметров вектора ветра и истинной воздушной скорости
ставляющие вектора скорости ветра W, а также статическое давление рщ определяются по давлениям pi и рстд, воспринимаемым посредством трубок полного давления 4 и кольцевого приемника 6 дросселированного статического давления неподвижного многоканального проточного аэрометрического приемника 1 (см. рис. 1).
Как показано в работе [7], угловые характеристики трубок полного давления (рис. 3) симметричны относительно оси трубок. При этом угловые характеристики трубок полного давления с номерами / — 1 и / + 1 имеют точку пересечения, угловая координата которой совпадает с координатой максимума угловой характеристики /-трубки полного давления. Пересекающиеся ветви угловых характеристик / — 1 и / + 1 трубок полного давления имеют участки с достаточно большой угловой протяженностью, в пределах которой воспринимаемые давления рг- -1, рг- и рг- +2 зависят от угла у направления ветра, набегающего на неподвижный многоканальный проточный аэрометрический приемник.
Указанные особенности угловых характеристик неподвижного многоканального проточного
аэрометрического приемника позволяют использовать следующий алгоритм обработки первичных информативных сигналов рг- для определения параметров вектора ветра W на стоянке вертолета [7].
На первом этапе обработки массива давлений рг- определяется номер /-й трубки полного давления, в пределах которой локализовано направление вектора скорости ветра W. За такую /-ю трубку полного давления, как следует из рис. 3, принимается трубка, в которой значение измеренного давления рг- является наибольшим из всех трубок полного давления (номера трубок полного давления обозначаются / = 0, 1, 2, 3, ..., п). При этом принимается, что ось трубки полного давления под номером / = 0 совпадает с началом исходной системы координат отсчета угла направления у вектора скорости ветра W.
По определенному номеру /-й трубки полного давления, в которой давление рг- наибольшее, определяется первое приближение угловой координаты направления вектора скорости ветра №
360
в соответствии с соотношением ут,- =-/, где п —
п
V
в
Рис. 3. Угловые характеристики неподвижного многоканального проточного аэрометрического приемника
количество расположенных под одинаковым углом трубок полного давления (как правило п = 6 или 8).
На втором этапе обработки массива давлений рг- проводится предварительная оценка положения угла у вектора скорости ветра W. С этой целью сравниваются между собой давления рг- — и рг +1 и проверяется, какое из неравенств выполняется
р -1 > р + 1 или р -1 < р +1,
где р/ -1 и Р/ + 1 — давления, измеренные в трубках полного давления, смежных с 1-ой трубкой.
В случае выполнения первого неравенства вектор скорости ветра W находится слева от 1-й трубки полного давления, при выполнении второго условия — справа от 1-ой трубки. Указанным положениям соответствуют знаки "плюс" или "минус" отклонения Лу действительного положения угла у вектора скорости ветра от его п
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.