Физические основы получения информации.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
«УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра «Измерительно-вычислительные комплексы»
Физические основы получения информации.
Информационно – методический материал.
«Измерители высоты полета»
Составитель: Степнова Е.И.
Руководитель проекта: доцент кафедры ИВК.
Горбоконенко В.Д..
Ульяновск 2012 г.
1
.
Содержание:
стр
1. Понятие о высоте полета………….………………………….………………………….…………..3
2. Методы измерения высоты полета………………………….……………………………………....4
2.1 Барометрические измерители высоты полета………….…………………………………...7
1.1.1 Устройство барометрического высотомера…………….……………….............8
2.2 Механические высотомеры…………………………...…………………………………....10
2.2.1 Погрешности……………..…………………………………………………...…14
2.3 Электромеханический высотомер……………………...…………………………………..17
2.3.1 Электромеханические преобразователи высоты……....……….......................17
2.3.2 Электромеханические измерители высоты………………......………………..17
2.3.3 Погрешности……………….………......…………...…………………………...21
2.4 Электронный барометрический высотомер……………...………………………………..21
2.5 Датчики и корректоры высоты………………………..…………………………………....25
3. Расчет датчика высоты полета…….…………….………………………………………….........27
4. Указатель высоты и перепада давления в герметической кабине…………..……………........27
5. Цифровая система воздушных сигналов………..…………………………….………………....29
6. Современные датчики измерения высоты полета…………………….………………………...29
7. Заключение…...…....……………………………………………………….……………………...34
8. Список литературы……….……………………………………………….……………………....35
2
1. Понятие о высоте полёта.
Высотой называется расстояние по вертикали от уровня, принятого за начало отсчёта, до ВС[1]. В
зависимости от уровня, принятого за начало отсчёта, различают следующие высоты (рис. 1.1):
1. Нэш— барометрическая высота, измеряемая относительно условного стандартного уровня
давления.
2. Набс — абсолютная высота, измеряемая по уровню давления, приведенного к уровню моря.
3. Нотн— относительная высота, измеряемая по уровню давления аэродрома.
4. Нист — истинная высота, измеряемая от уровня (рельефа) пролетаемой местности до самолета.
Истинная высота закладывается в расчёт безопасной высоты полёта и зависит от условий полёта,
определяемых в НПП ГА-85.
Рис. 1.1. Уровень отсчета и обозначения высоты полета.
Существует несколько методов измерения и расчёта высоты полета ВС: барометрический,
радиотехнический, инерциальный и т.д.
В авиации контроль за высотой полета самолета на этапах взлета, полета по маршруту, захода на
посадку осуществляется экипажем по показаниям барометрических высотомеров. В практике
самолетовождения для контроля высоты полета с помощью барометрических высотомеров
используют следующие условные уровни изобарических поверхностей (рис. 1.1):
- QNE - уровень стандартного давления - 1013,3 гПа (mвs), или 29,92 дюйма рт. ст. (inches of
mercury ), или 760 мм рт. ст. Давление QNE используется для контроля за высотой при полете по
маршруту. Высота полета задается эшелоном - FL- Flight Level – Нэш. По давлению QNE
контролируется высота полёта в режиме набора заданного эшелона после высоты перехода, а также
при снижении до эшелона перехода;
- QNH - средний уровень моря. Высоту относительно этого уровня называют Altitude, это
абсолютная высота над средним уровнем моря по давлению местной метеостанции. Давление QNH
используется для контроля высоты в режиме набора высоты после взлета до высоты перехода, а
также в районе аэродрома при снижении ниже эшелона перехода и заходе на посадку. Уровень QNH
используется и при полете по маршруту на высотах ниже нижнего эшелона полета;
- QFE - уровень давления аэродрома или порога ВПП. Высоту относительно этого уровня
называют Height, это относительная высота над превышением аэродрома или порога ВПП по
давлению местной метеостанции. По давлению QFE контролируется высота полета после взлета до
высоты перехода, при снижении ниже эшелона перехода и при заходе на посадку.
Вместе с понятием уровня давлений QNE, QNH, QFE используются понятия высота перехода,
эшелон перехода и переходный слой.
Высота перехода – Transintion Altitude - абсолютная по уровню давления QNH и Transintion Height
- относительная по уровню давления QFE, на которой и ниже которой высота полёта контролируется
3
в величинах абсолютной или относительной высоты полета. На абсолютной или относительной
высоте перехода переставляется давление с QNH или QFE на QNE, после взлета в режиме набора
заданного эшелона.
Эшелон перехода - Transintion Level - самый нижний эшелон полёта, который может быть
использован для полётов выше абсолютной (относительной) высоты перехода. При снижении ВС на
эшелоне перехода переставляется давление с QNE на QNH или QNE.
Переходный слой - Transintion Layer - воздушное пространство между высотой перехода и
эшелоном перехода. В этом слое экипажем выполняется перестановка давления, горизонтальные
полёты ВС в нём запрещаются.
2. Методы измерения высоты полета.
Известны следующие методы измерения высоты полета[3]: барометрический,
радиотехнический, инерциальный, ионизационный и т.д.
Барометрический метод основан на зависимости между абсолютным давлением в атмосфере и
высотой. В этом методе измерение высоты сводится к измерению абсолютного давления.
Радиотехнический метод определения высоты основан на измерении промежутка времени
прохождения радиосигналом пути от самолета до земли и обратно до самолета. На этом же принципе
измерения времени прохождения отраженным лучом основаны оптические методы измерения
высоты.
Инерциальный метод измерения высоты полета основан на измерении вертикальных ускорений
самолета и двойном интегрировании этих сигналов.
Ионизационный метод измерения высоты полета основан на зависимости ионосферной
ионизации атмосферы от расстояния до Земли.
На высотах 20 – 80 км степень ионизации воздуха возрастает с увеличением высоты.
Наибольшее распространение получили барометрический и радиотехнический методы.
Перспективными являются приборы, основанные на комплексировании барометрического,
радиотехнического и инерционного методов измерения высоты.
Барометрический метод измерения высоты полета базируется на зависимости абсолютного
давления р от высоты Н, т. е. p = f1(H).
При увеличении высоты атмосферное давление уменьшается. До высоты Н=11000 м оно
изменяется по следующему закону, подтверждаемому многолетними наблюдениями:
P=P0(1-(/T0))1/R

где Ро, То – средние значения давления и температуры, применяемые равными:
Ро = 760 мм. рт. ст.;
То = 15о С (288о К);
τ = 6,5 10-3 град/м – температурный градиент;
R = 29,27 м/град – газовая постоянная.
Эта формула называется стандартной барометрической, т.к. устанавливает зависимость p = f(H)
для стандартной атмосферы, характеризуемой постоянными значениями Ро, То, τ и R. Если эту
зависимость решить относительно Н, то получается формула, называемая гипсометрической:
H=0/[1-(P/P0)R].
2.2
Эти две зависимости справедливы до высоты 11 км. Для высот более 11 км при выводе
барометрической и гипсометрической формул температура воздуха считается постоянной и равной Т
= 216,66о К (– 56,6о С), т.е. τ = 0. Стандартные барометрическая и гипсометрическая формулы для Н
> 11 км принимают вид
P=P11e -(H-H11)/RT11;
H=H11+RT11ln(P11/P).
2.3
2.4
На высотах от 11 до 33 км средняя температура остается неизменной, а на Н > 33 км, начинает
резко возрастать, и указанные формулы становятся неточными.
Радиотехнический метод измерения высоты полета (называют также радиоволновым или
радиолокационным) основан на отражении радиоволн от земной поверхности. Устройства,
4
построенные по этому принципу, измеряют истинную высоту полета и называются
радиовысотомерами.
Различают радиовысотомеры непрерывного и импульсного действия (рис. 2.1 ,а и б).
Блок-схема радиовысотомера непрерывного действия приведена на рис. 2.1, а. Антенна А1
радиопередатчика, установленного на самолете, непрерывно излучает электромагнитные волны,
которые, отражаясь от земной поверхности, возвращаются к самолету. Антенна А2 радиоприемника,
также находящегося на самолете, принимает как излучаемые антенной А1, так и отраженные от
Земли радиоволны.
Особенностью радиовысотомеров непрерывного излучения является частотная модуляция
излучаемых колебаний.
На рис. 2.3. приведен график изменения во времени частоты f1 излучаемых колебаний (сплошная
линия) и частоты f2 отраженных колебаний (пунктирная линия).
Линия частот f2 сдвинута в сторону отставания относительно линии частот f1 на величину τ
вследствие того, что в каждый момент времени частота отраженного сигнала отличается от частоты
прямого сигнала на величину, равную изменению частоты прямого излучения за время т
прохождения радиоволн от самолета до Земли и обратно.
Рис. 2.1. Блок-схема радиовысотомеров:
а) – непрерывного действия; б) – импульсного действия
Следовательно,

=t2-t1,
2.5
где t1 – время прохождения радиоволн прямого излучения от антенны передатчика до приемной
антенны; t2 – время прохождения радиоволн от передатчика до Земли и обратно до приемной
антенны.
В соответствии с рис. 2.2.
2.6
где – расстояние между передающей и приемной антенной;
Н – истинная высота полета;
с = 3·108 м/сек – скорость распространения радиоволн.
Отсюда, получаем:
5

=(2H- )/c.
2.7
Разность частот F = f1 – f2, выделяемая в детекторе низкой частоты и измеряемая частотомером,
служит мерой истинной высоты полета.
Рис. 2.2. Схема прохождения прямых
и отраженных радиоволн
Рис. 2.3. График изменения частоты колебаний в
радиовысотомере непрерывного излучения
а – зависимость частот f1 и f2 от времени; б – зависимость
разности частот от времени
Для определения зависимости F от Н запишем уравнение отрезков ломаных линий,
характеризующих закон измерения частот f1 и f2 (рис. 2.3.)
f1=f0(1±αt);
2.8
f2=f0(1±α(t-)),
2.9
где f1 и f2- частоты; f0- среднее значение частоты; α- коэффициент; t- время; ᴊ- температурный градиент.
Разность частот
F=f1-f2=f0α=f0α((2H- )/c).
2.10
Поскольку Н >> , то можно пренебречь в числителе , по сравнению с 2Н, и тогда
F≈ (2f0α/c)=SH,
2.11
Чувствительность тем больше, чем больше среднее значение частоты fо и чем больше
коэффициент α, характеризующий глубину модуляции частоты.
Величина среднего значения частоты равна fо = 400 ÷ 600 МГц, а амплитуда изменения частоты
равна ±0,5% от среднего значения при диапазоне измеряемых высот от 0 до 1500 м.
При посадке самолета прибор переключается на малый диапазон (от 0 до 150 м), при этом амплитуда
модуляции частоты увеличивается в 10 раз – до ±5% от среднего значения частоты.
К основным погрешностям радиовысотомера непрерывного действия относятся:
а) погрешности от помех приемопередающего радиотракта, искажающие принимаемый сигнал;
б) погрешности от нестабильности параметров f 0 и α, вызывающие изменение чувствительности S, а
следовательно, и масштаб измерения.
С увеличением высоты полета мощность отраженного сигнала резко падает, и он становится
трудноразличимым на фоне радиопомех
Интенсивность полезного сигнала можно увеличить за счет повышения мощности
радиопередатчика, однако его потребная мощность увеличивается пропорционально 4-й степени
увеличения высоты. Например, для увеличения диапазона радиовысотомера непрерывного изучения
с 1500 до 15000 м, мощность радиопередатчика пришлось бы увеличить в 10000 раз.
Измерение больших высот полета осуществляется радиовысотомером импульсного действия,
работающего как радиолокатор. Радиовысотомер (рис. 2.1,б) содержит приемник и передатчик,
причем излучение радиоволн производится не непрерывно, а дискретно (импульсами), в течение
очень коротких интервалов времени, разделенных значительно более длительными паузами.
Соотношение между мгновенной мощностью РИМП, излучаемой в пространстве в импульсе и
средней мощностью РСР передатчика равно
Pимп/Pср=T/0,
2.12
где Т – период между импульсами;
6
τО – длительность импульса.
Если, например, Т=1 м/сек, а τО = 1 мксек, то Т/ τО = 1000 и, следовательно, мгновенная мощность
в импульсе будет в 1000 раз превышать среднюю мощность радиопередатчика.
Процесс измерения высоты радиовысотомером импульсного действия сводится к следующему.
Приемная антенна принимает два последовательных импульса – прямой и отраженный от Земли. Оба
импульса усиливаются и подаются на катодно-лучевую трубку, где воздействуют на электронный
луч с круговой разверткой.
Если движение луча по окружности от нулевой отметки шкалы будет начинаться в момент
времени прихода прямого импульса, а во время прихода отраженного импульса электронный луч
получит радиальный всплеск, то угловое положение β этого всплеска будет пропорциональным
измеряемой высоте:

β==(2- /c) ≈ (2/c)=SH,
2.13
2
где S =
– чувствительность прибора;
ñ
 – угловая скорость развертки электронного луча.
Чувствительность S и соответственно точность отсчета показаний можно увеличить путем
увеличения скорости развертки . Однако при слишком большой скорости луч может совершить
несколько оборотов до момента прихода отраженного импульса и возникнет неопределенность
показаний, связанная с незнанием количества оборотов, сделанных лучом.
Получение однозначных показаний достигается переключением диапазонов: при малой скорости
развертки производится грубый отсчет высоты, а при большой скорости делается точный отсчет.
Погрешности радиовысотомеров импульсного действия складываются из погрешностей от
радиопомех и погрешностей от непостоянства угловой скорости развертки.
Радиовысотомер импульсного изучения непригоден для отсчета очень малых высот (при посадке
самолета), так как он обладает сравнительно большой зоной нечувствительности, обусловленной тем,
что на малых высотах время τ соизмеримо с длительностью импульса τО, из-за чего прямой и
отраженный импульсы сливаются и их не удается различить друг от друга.
2.1. Барометрические измерители высоты полета.
Барометрическая высота полета измеряется прибором - высотомером.[1]
Высотомеры подразделяются на механические, электромеханические, электронные, цифровые.
Принцип действия барометрического высотомера основан на использовании закона изменения
давления воздуха с увеличением высоты над уровнем моря по стандартной атмосфере (рис. 2.4).
Рис.2.4. Зависимость давления и температуры воздуха от высоты (по стандартной атмосфере):
1- давление; 2- температура.
7
В качестве чувствительного элемента высотомера используется анероид, реагирующий на
изменение атмосферного давления. Анероид (А) – это герметичная манометрическая коробка, из
которой откачен воздух. Анероид помещен в герметичный корпус прибора, который сообщается
трубопроводом и приемником статического давления атмосферы. С поднятием на высоту давление
на анероид уменьшается, за счет силы упругости верхний центр анероида перемещается вверх. Его
линейное перемещение преобразуется редуктором во вращение стрелки на шкале прибора, отсчет
барометрической высоты производится по шкале высотомера в единицах высоты (км, м) в
зависимости от установленного уровня давления. Барометрический высотомер тарируется при
стандартных нормальных условиях, когда р3 = 760 мм рт. ст. (1013,25 гПа), Т = 288 К (15 °С), =
0,0065 град/м. В этом случае высота полета зависит от давления воздушного столба:
H= f(pн).
2.14
Уравнение работы любого высотомера имеет вид
2.15
Решая уравнение для диапазона высот 0...11 000 м, то есть принимая закон изменения
температуры воздуха в виде линейной функции (рис. 3.1.1)
T = T0-H,
2.16
где Т — абсолютная температура воздуха на высоте Н, получаем стандартную барометрическую
формулу
P=P0(1-(/T0))1/R

Если решить эту зависимость относительно Н, то получим гипсометрическую формулу,
связывающую высоту полёта ВС до 11 км со статическим давлением воздуха р, воспринимаемым
приёмниками статического давления рс в зоне их размещения на борту самолёта:
H=T0/[1-(P/P0)R]
2.18
где ро - давление, задаваемое членами экипажа с помощью механизма кремальеры.
Из вышеизложенного следует, что барометрические высотомеры предназначены для измерения
высоты полета ВС относительно поверхности, атмосферное давление которой установлено на
барометрической шкале прибора. Барометрические высотомеры измеряют только одну высоту относительную, относительно того давления, которое выставлено на шкале давлений. Это конструктивная особенность барометрических высотомеров. Остальные высоты - это высоты, принятые по
соглашению.
В гражданской авиации принято классифицировать индицируемые барометрическими
высотомерами высоты по отношению к уровню их начала отсчета.
Уровень начала отсчета устанавливается шкалой давлений. Если шкала давления установлена на
значение, соответствующее давлению аэродрома вылета или посадки, такая высота называется
относительной. Если шкала давления установлена на значение соответствующее давлению на уровне
моря, такая высота называется абсолютной, если на давление 760 мм рт. ст. (1013,2 гПа) такая
высоты называется условно барометрической. По ней выдерживаются заданные эшелоны полета.
2.1.1. Устройство барометрического высотомера.
Барометрический высотомер [3] представляет собой манометр абсолютного давления,
принципиальная схема которого представлена на рис. 2.5. Приемник статического давления
расположен вне самолета.
Рис. 2.5. Принципиальная схема барометрического высотомера, где
1- мембранная коробка; 2-герметичный корпус; 3- трубопровод; 4-8
приемник статического давления.
Рис. 2.6. Внешний вид
барометрического
Внешний вид барометрического высотомера показан на рис. 2.6., Особенностью данной конструкции
является спаренный блок чувствительных элементов, состоящий из двух анероидов, каждый из
которых через кривошипно- шатунную передачу и зубчатый сектор связан с общей трибкой.
Полезные вращающие моменты секторов, обусловленные изменением давления, суммируются, а
вредные моменты, вызванные влиянием неуравновешенных масс анероидов, взаимно
компенсируются. Анероиды укреплены на плоских пружинящих пластинах, опирающиеся на
биметаллические стержни, выполняющие роль температурных компенсаторов 1-го рода.
Температурные компенсаторы 2-го рода выполнены в виде биметаллических пластин, которые при
изгибе изменяют плечо кривошипно-шатунной передачи.
Принципиально любой электромеханический пружинный датчик абсолютного давления с
диапазоном измерения до 800 мм рт. ст. может служить в качестве датчика высоты, однако к
датчикам высоты предъявляется ряд специальных требований, из-за чего их конструкция несколько
отличается от обычных датчиков
пружинного типа.
Во-первых, обычно требуется, чтобы
электрический сигнал изменялся
пропорционально высоте, а не давлению.
Это обеспечивается применением
чувствительных элементов с
логарифмической характеристикой, у
которых ход приблизительно
пропорционален высоте, что достигается
выбором соответствующего профиля
гофрировки мембран.
Во-вторых, датчик высоты должен
Рис. 2.7. Электрическая схема датчика высоты и
задатчика барометрического давления
иметь приспособление для введения
значения начального барометрического
давления, измеренного в месте, относительно
которого производится отсчет высоты.
Электрическая схема датчика высоты с
задатчиком барометрического давления
представлена на рис. 2.7.
Величина начального давления р0 задается
вручную с помощью ручки, связанной со шкалой,
при повороте которой относительно неподвижного
индекса поворачиваются щетки потенциометра
задатчика высоты.
К некоторым типам датчиков высоты,
используемых в системах автоматического
пилотирования, предъявляется требование работы в
директорном режиме. Это означает, что датчик
Рис. 2.8. Принципиальная электрическая
должен выдавать электрический сигнал,
схема сигнализатора высоты
пропорциональный не текущей высоте полета, а
1 – сигнальная электрическая лампа; 2 – пружина; 3 –
разности ΔН между фактической высотой Н и
пластинка; 4, 5 – контакты; 6 – токопровод; 7 –
верхний центр; 8 – анероидная короба; 9 – лимб; 10
заданной Нзад., которая вводится не вручную, а
– искрогаситель.
автоматически. При этом диапазон изменения
фактических высот может быть достаточно большим, например 20 или 30 км, а диапазон, при
котором электрический сигнал достигает максимального значения, обычно невелик, например ±200
или ±300 м. Подобные датчики иногда называют корректорами высоты.
Разновидностью датчиков высоты являются сигнализаторы высоты, выдающие электрический
сигнал при достижении заданной высоты полета.
На рис. 2.8. приведена электрическая схема сигнализатора, выдающего сигнал путем замыкания
контактов 4 и 5.
9
Для установки сигнализатора на заданную высоту (в пределах от 1000 до 12000 м) лимб 9
поворачивают так, чтобы нужное деление на шкале лимба установилось против риски указателя,
после чего лимб контрится с помощью специального винта – фиксатора.
2.2. Механические высотомеры.
Основными элементами барометрических высотомеров механического типа [2] являются УЧЭ в
виде анерондных коробок и ПММ. Герметичный корпус высотомера соединяется с приемником
статического давления. При изменении статического давления перемещение подвижного жесткого
центра УЧЭ передается через ПММ стрелке прибора. Для получения линейной зависимости угла поворота стрелки в функции от высоты применяют анероидные коробки с логарифмическими
характеристиками по давлению, что достигается соответствующей профилировкой гофр мембран.
На рис. 2.9., а показана кинематическая схема высотомера типа ВД. Перемещение жесткого
центра 15 блока анероидных коробок 14 через биметаллический термокомпенсатор первого рода 13,
тягу 10 и вилку 7, биметаллический термокомненсатор второго рода 6 передается на ось 8 с сектором
4. Поворот сектора 4 через зубчатые колеса 17, 16, 5 передается многооборотной стрелке 23,
показывающей высоту на шкале 24 в метрах. Стрелка 22 индицирует высоту по внутренней шкале в
километрах. Она укреплена на полой оси зубчатого колеса 2, связанного с трибкой 5 через понижающий зубчатый перебор, состоящий из зубчатых колес 2, 19, 18, 3.
В зависимости от диапазона измеряемых высот передаточное отношение зубчатого перебора
может быть разным. Так, для диапазона высот до 10000 м (высотомер ВД-10) передаточное отношение равно 1 : 10, а для высот до 20000 м—1 :20 (высотомер ВД-20), Подвижный балансир 11с
тягой 12 и противовес на секторе 4 предназначены для балансировки подвижных частей при
появлении ускорений в полете. Люфты в зубчатых передачах выбираются с помощью волосковпружинок (на рисунке не показаны). Упорный винт 9 необходим для регулировки эффективной
длины термокомпенсатора 6.
Для возвращения стрелок прибора в нулевое положение при изменении атмосферного давления
механизм высотомера выполнен поворотным. Механизм поворачивается кремальерой 20. При этом
поворачиваются шкала 21 барометрического давления н индексы 1 и 25, указывающие высоту
относительно уровня с давлением 760 мм рт. ст. Индекс 1 указывает высоту в метрах, индекс 25 — в
километрах.
Перед взлетом кремальерой 20 устанавливают стрелки высотомера в нулевое положение. При
этом на барометрической шкале 21 указывается давление на аэродроме в данный момент времени.
При измерении высоты относительно места посадки кремальерой 20 устанавливают барометрическое
давление места посадки по шкале 21.
На рис. 2.10. приведена кинематическая схема высотомера типа ВМ. В отличие от схемы
высотомера типа ВД здесь применяется встречное соединение двух одинаковых анерондных коробок
10 через двойную кривошипно-шатунную передачу 9. При этом
10
Рис. 2.9. Кинематическая схема (а) и внешний вид (б) высотомера типа ВД.
Рис. 2.10. Кинематическая схема высотомера типа ВМ (а) и его внешний вид (б).
вредные моменты инерционных сил взаимно уравновешиваются, а полезные моменты сил давления
суммируются.
Каждая анероидная коробка через пластинчатую пружину // крепится на биметаллических
стрежнях 8, служащих термокомпенсаторами первого рода. Термокомпенсаторами второго рода
являются биметаллические пластины 7. Деформация анероидных коробок через двойную
кривошипно-шатунную передачу и секторы 6 передается трибке. 5. Между трибкой 5 и стрелками 20,
21, 22 расположен поворотный мультипликатор 2, предназначенный для передачи вращения трибки 5
на стрелки. Стрелка 20 показывает высоту в метрах, стрелка 21 — в километрах, стрелка 22 — в
десятках километров. Мультипликатором является зубчатая планетарная передача. Для устранения
люфтов предназначен волосок 4. Основание 3 мультипликатора может поворачиваться при вращении
кремальеры 17 через редуктор 12. Это используется при введении поправки на барометрическую
высоту местности и юстировке высотомера. При неподвижном основании 3 мультипликатора его
передаточное отношение обеспечивает максимальный поворот стрелки 20 при максимальном
повороте секторов 6. На вторую стрелку 21 вращение передается через понижающий зубчатый
перебор 13. Третья стрелка 22, выполненная в форме индекса, вращается благодаря понижающему
зубчатому перебору /. При повороте кремальеры 17 через зубчатую передачу 14 поворачивается
также барометрическая шкала 18, наблюдаемая в окошко на шкале 19. Поворотом ручки 16,
находящейся на одной оси с кремальерой, через зубчатое колесо 15 в необходимое положение
устанавливается индекс заданной высоты.
Известны различные модификации барометрических высотомеров.
Высотомер механический ВМ-15ПБ (рис. 2.11, а) предназначен для измерения и индикации
барометрической высоты в диапазоне 0...15 000 м при установке начального давления p3 600 …800
мм. рт. ст.
Шкала высотомера с диапазоном 0...1000 м, цена деления для большой стрелки 10м, для малой 100 м. Шторка плавно и одновременно со стрелками открывает белый сектор, начиная с цифры «0».
Высотомер ВМ-15ПБ имеет индекс и рукоятку для установки заданной высоты.
Высотомер механический ВМФ-50ПБ (рис. 2.11, б) измеряет и индицирует барометрическую
высоту от 0 до 50 000 футов при установке давления p3 590... 1050 мбар. Высотомер ВМФ-50ПБ
имеет три стрелки. Один оборот узкой стрелки - соответствует 1000 футам, цена деления 20 футов,
один оборот широкой стрелки - 10 000 футов, фигурной стрелки - 100 000 футов. Одновременно с
фигурной стрелкой вращается диск, который на высоте полета менее 10 000 футов открывает
полосатый предупредительный сектор.
Высотомер ВМФ-50П5 имеет индекс для установки заданной высоты. ВМФ-50ПБ
устанавливается на самолетах выполняющих полеты на международных авиалиниях.
Высотомер барометрический механический ВБМ-ШБ (рис. 2.11, в) обеспечивает измерение и
индикацию барометрической высоты в метрах в диапазоне 0... 10 000 м при установке
барометрического давления в диапазоне 700... 1080 гПА. Индикация высоты осуществляется двумя
стрелками. Узкая стрелка индицирует высоту в метрах (цена деления 10 м), широкая - в километрах
(цена деления 100 м).
Принцип действия основан на восприятии анероидом атмосферного давления, меняющегося с
11
высотой полета. При изменении давления деформация анероидной коробки преобразуется при
помощи кривошипно-шатунного механизма и зубчатых колес во вращательное движение, которое
передается на стрелки индикатора высоты.
Точность измерения и индикации высоты при стандартных условиях: на высотах 0...4500 м ± 10 м, на высотах 4500... 10 000 м - ± 30 м.
Значение заданной высоты эшелона устанавливается вращением кремальеры с помощью
механического индекса - треугольника.
Барометрический механический ВБМ-2ПБ (рис. 2.11, г) предназначен для измерения и
индикации барометрической высоты полета в метрах, в диапазоне 0...15 000 м. Индикация высоты
осуществляется с помощью двух стрелок и одноразрядного счетчика. Большая стрелка индицирует
метры, маленькая — километры.
На высоте полета более 10 км на счетчике появляется цифра 10.
Ввод давления производится кремальерой Р3, индикация давления осуществляется с помощью
четырехразрядного счетчика.
Диапазон вводимых давлений- 700...1080 гПа.
Высотомеры ВБМ-ШБ и ВБМ-2ПБ имеют встроенный вибратор, который обеспечивает снятие
момента трения покоя. Электропитание вибратора осуществляется постоянным током напряжением
27 В.
Высотомер барометрический ВБ-10ПБ измеряет и индицирует относительную высоту в
диапазоне —500... 10 000 м, При установке атмосферного давления кремальерой Р3 в диапазоне
560...806 мм рт. ст. (746,6... 1074,5 гПа).
Электропитание высотомера осуществляется постоянным током напряжением 27 В, переменным
током напряжением ≈115 В частотой 400 Гц.
Принцип действия основан на измерении статического давления блоком анероидов. Движение
анероидов и вращение кремальеры давления суммируется на редукторе и передается на указатель со
шкалой от 0 до 1000 м, ценой деления 10 м. Индикация относительной высоты осуществляется с
помощью двух стрелок.
Подсвет прибора осуществляется переменным напряжением ≈ 6 В.
Сигнал Hотн в виде переменного тока с СКТ (синусно-косинусный трансформатор) высотомера
ВБ-10ПБ выдается самолетным потребителям, а также в систему контроля канала измерения высоты.
12
Рис. 2.11. Лицевые панели высотомеров: а- Высотомер ВМ-15; б- высотомер ВМФ-50; в- высотомер
ВБМ-1ПБ; г- высотомер ВБМ-2ПБ; д- высотомер КЕА-130А.
За последние годы наметалась тенденция на российских воздушных судах устанавливать
барометрические высотомеры американского производства фирмы «BENDIX KING».
Кодирующий высотомер КЕА-130А (рис. 2.11,д) обеспечивает измерение и индикацию
барометрической высоты в футах в зависимости от установленного уровня давления и выдачу
электрического сигнала высоты в коде ICAO потребителям.
Статическое давление воздуха поступает в герметичный корпус и воспринимается анероидом.
Поступательное перемещение верхнего центра анероида механически преобразуется во вращение
стрелок указателя высоты и смещение подвижного контакта потенциометра. Электрический сигнал
потенциометра с помощью модуля преобразователя «аналог-код» преобразуется в цифровой код
высоты ICAO. Код высоты соответствует сигналу высоты по уровню стандартного давления Hабс и не
зависит от уровня установленного давления на приборе. Код высоты выдаётся в метеолокатор, в
навигационную систему, бортовой ответчик КТ-76С (самолет М-101Т).
Индикация текущей высоты полёта осуществляется двумя стрелками в диапазоне 0...35 000 футов.
Один оборот узкой стрелки соответствует 1000 футам, цена деления 20 футов, один оборот широкой
стрелки - 10 000 футов. Полосатый сектор на шкале индикатора появляется на высотах меньше 10
000 футов. Ввод атмосферного барометрического давления осуществляется вручную, вращением
кремальеры. Значения давления индицируются одновременно по двум шкалам в диапазоне 28,1...31
дюйма и 946... 1050 мбар соответственно.
Кодирующий высотомер АК-350 [1] выполняет функции датчика высоты, выдает сигнал
барометрической высоты в коде ICAO в самолетный ответчик Garzmin GTX -327 (самолет Як-18Т сер.
36).
Индикация высоты и давления отсутствует.
13
2.2.1. Погрешности.
Приведенные выше расчетные формулы основаны на том, что между высотой и параметрами
атмосферы существуют свойственные стандартной атмосфере зависимости, на основе которых
градуируются высотомеры. Поскольку параметры атмосферы (давление, температура) нередко
отличаются от данных стандартной атмосферы, то возникают методические погрешности.[2]
Методические погрешности делятся на погрешности из-за отклонения параметров атмосферы от
нормальных и погрешности вследствие изменения рельефа местности (из-за различия высоты
пролетаемого места над уровнем моря и высоты над уровнем моря места, относительно которого
прибор дает показания). Погрешности из-за отклонения параметров атмосферы от нормальных
подразделяют на погрешности, обусловленные изменением давления у Земли, и на погрешности изза изменения закона распределения температуры Т воздуха по высотам.
Для компенсации методических погрешностей из-за изменения рельефа местности при измерении
истинной высоты могут использоваться специальные географические карты, с помощью которых
вводятся поправки в показания высотомера, или сведения, передаваемые по радио. Оценить
погрешности, связанные с изменением давления у Земли Р0 на величину АР, можно, использовав
упрощенную формулу (2.19).
H=(Rуд/g0)Тср ln P0/P для Н≤11000 м.
2.19
Пусть величина Tср соответствует расчетному значению и не меняется. В этом случае поправка к
показаниям высотомера
ΔHp=H-Hпр =(RудТср)/g0ln(1+ΔP/P0)
2.20
где Н и Hпр — фактическая высота и высота, показываемая прибором.
Из формулы (2.20) видно, что поправка ΔHp не зависит от давления Р на высоте полета и
одинакова для всего диапазона высот. Она вносится в показания прибора поворотом стрелок относительно шкалы с помощью кремальеры.
Методическую температурную погрешность ΔHт при изменении закона распределения
температуры Т воздуха по высотам можно оценить также с помощью упрощенной формулы (2.19).
При этом предполагается, что Р0=const, а величина температуры меняется от расчетного значения Тср
до фактического Гср.ф.
Прибор показывает высоту
Hпр=(Rуд/g0)Тср ln(ΔP/P0)
2.21
Фактическая высота
H= (Rуд/g0)Тср.ф. ln(ΔP/P0)
2.22
Погрешность
ΔHт= (Rуд/g0) Тср ln (ΔP/P0) (Тср-Тср.ф.)
Поделив значения Hпр и H, можно получить выражение
H= Hпр(Тср.ф./Тср)
2.23
2.24
Таким образом, для определения высоты H необходимо показание прибора Hпр умножить на
отношение Тср.ф /Тср. При этом температуру на высоте H можно измерить в полете, а данные о температуре у Земли получить по радио.
Методические погрешности обусловлены методикой, положенной в основу измерения
барометрической высоты и приборной скорости. Расчет и тарировка шкалы прибора
предусматривают стандартный уровень давления атмосферы pстд - 760 мм рт. ст. (1013,25 гПА, 29,92
дюйма рт. ст.), температуру окружающей среды ТН.В= 15 °С. Высотомер измеряет барометрическую
высоту как разницу давлений между начальным уровнем раэр, р760, p1013 и тем давлением, которое
окружает высотомер. Эта разница давлений переводится в значение высоты. По высотомерам
принята барометрическая ступень измерения высоты и давления, то есть на каждые 11м высоты
атмосферное давление изменяется на 1 мм рт. ст.
Фактические условия атмосферы отличаются от стандартных, поэтому при эксплуатации
высотомеров необходимо учитывать в методических погрешностях высотомеров:
14
- разницу начальных давлений, что учитывается перед вылетом установкой давления аэродрома
вылета, перед посадкой - давления аэродрома посадки;
- температурную погрешность, учитываемую при навигационных расчетах.
При температурах воздуха у земли ниже 15 °С, плотность воздуха увеличивается,
барометрическая ступень уменьшается. Так, при изменении давления на 100 мм рт. ст. прибор
индицирует барометрическую высоту 1100 м вместо ~1000 м. Следовательно, высотомер завышает
барометрическую высоту. Поэтому особенно опасны полеты в холодное время года на малых
высотах и в горных районах.
При температурах воздуха у поверхности земли выше 15 °С высотомер занижает показания. Для
выдерживания самолета на барометрической высоте полёта необходимо учитывать:
— температурную поправку ΔHt;
— погрешность, возникающую за счёт изменения рельефа пролетаемой местности.
При полёте нал земной поверхностью барометрический высотомер не учитывает рельеф,
индицирует высоту относительно той изобарической поверхности, уровень давления которой
установлен по барометрическому счетчику.
Инструментальные погрешности механических высотомеров имеют то же происхождение и
компенсируются так же, как у деформационных манометров. Наибольшее влияние имеют температурные погрешности. Они возникают ввиду того, что возможным температурный диапазон работы
высотомеров лежит от —60 до +60 0С, тогда как градуируются они при нормальной температуре.
Максимальное влияние на показания прибора оказывает изменение модуля упругости материала
анерондной коробки. При изменении температуры на величину ΔT температурная погрешность
ΔPт=-βPΔT,
2.25
где β — температурный коэффициент модуля упругости.
Если выразить погрешность ΔPт через температурную погрешность ΔHβ в единицах высоты,
можно получить:
ΔPт= ΔHβζн
где ζн= dP/dH — барометрический градиент.
Для высот 0≤Н≤11000 м

н=-(P0g0)/(RудT0)(1-(вH/T0)g0/(вRуд)-1.
Решая уравнения (2.25), (2.26) - (2.27) совместно, можно получить

где
2.26
2.27
=AT-BHT,
2.28
A= (RудT0/g0); B=(Rуд/g0).
2.29
P=P0[1-(ᴊв/T0)H]
g / Rуд
0 в
2.30
Выражение (2.28) показывает, что инструментальная температурная погрешность состоит из двух
слагаемых, одно из которых не зависит от высоты (одинаково по всей шкале); второе —
пропорционально высоте и противоположно по знаку первому слагаемому. Инструментальная
температурная погрешность компенсируется термокомпенсаторами первого и второго рода.
Термокомпенсатор первого рода компенсирует первое слагаемое погрешности ЛАГ, а
термокомпенсатор второго рода — второе слагаемое BHΔT.
К инструментальным погрешностям механических высотомеров относят также погрешности
неточного измерения статического давления приемником вследствие искажения статического
давления перед приемником (из-за влияния аэродинамики самолета, скорости и высоты полета, а
также аэродинамических качеств приемника и места его расположения). Эти погрешности находятся
экспериментально при испытаниях самолетов и учитываются при определении суммарных поправок
высотомера.
15
Механические высотомеры [1] ценятся за простоту и высокую надежность, на самолетах ГА
используются в качестве основных или резервных приборов. Для удобства пользования шкалы
высотомеров снабжены электрическим подсветом, поэтому в обозначении высотомеров
добавляются буквы «ПБ» - подсвет белый. Ниже приводится краткое описание механических
высотомеров воздушных судов гражданской авиации.
Аэродинамические погрешности связаны с особенностями обтекания воздушным потоком мест
установки приёмного отверстия статического давления. Искажения возникают за счёт завихрения и
уплотнения перед приёмником статического давления. Величина аэродинамической поправки Δ Hа,
определяется при летных испытаниях самолета, зависит от типа и места установки приёмников,
приводится в РЛЭ для этого самолёта. В лабораторных условиях составляются бортовые таблицы
эшелонирования с учётом суммарных поправок на каждый высотомер, Δ HΣ = Δ Hи + Δ Hа (табл. 2.1).
Заданная высота эшелона должна выдерживаться с точностью не хуже ±30 м. если суммарная
поправка меньше 30 м, то она не учитывается.
Таблица 2.1
Для высотомера ВБЭ-СВС таблицы не предусмотрены, так как инструментальные и
аэродинамические поправки незначительны. При пилотировании высоту эшелона следует
выдерживать по высотомеру ВБЭ-СВС, то есть по его значению без учёта поправок.
Для всех других высотомеров сумма инструментальной и аэродинамической поправок сведены в
общую таблицу эшелонирования, расположенную рядом с прибором (рис. 2.12). Согласно
существующим правилам полетов при пилотировании по высотомеру ВБМ-1ПБ производится
осреднение показании двух высотомеров, например ВБЭ-СВС и ВБМ-1ПБ, в одних единицах
измерения (м), следует выдерживать высоту эшелона с учётом расчетной величины осреднённой
поправки.
Рис. 2.12 Трафарет для высотомера ВБМ-1ПБ
16
2.3. Электромеханические высотомеры.
Получение электрического сигнала, пропорционального высоте, возможно, если в механическом
высотомере на выходной оси ПММ вместо стрелки установить подвижный элемент электрического
преобразователя. Электромеханические высотомеры[2] могут иметь визуальный (измеритель) и
электрический (преобразователь) выходы.
2.3.1. Электромеханические преобразователи высоты.
Простейшим представителем преобразователей [2] является потенциометрический
преобразователь ДВбП (рис. 2.13, а), выходной сигнал которого выдается в виде относительного
сопротивления.
Под относительным сопротивлением понимают отношение сопротивления между выходными
клеммами потенциометра к его полному сопротивлению.
В качестве УЧЭ используются встречно действующие анероидные коробки 1, расположенные
внутри герметичного корпуса 5. Встречное соединение анероидных коробок используется для компенсации влияния на преобразователь линейных и вибрационных
Рис. 2.13. Примеры принципиальных электрических схем преобразователей высоты: а- типа
ДВбП; б- с задатчиком барометрического давления типа ДВ.
перегрузок. При изменении высоты перемещение жестких центров анероидных коробок 1 через
кривошипно-шатунную передачу 2 преобразуется в угловое перемещение щетки 3 по потенциометру
4. Схема прибора не имеет задатчика барометрического давления Земли.
На рис. 2.13, б представлена принципиальная электрическая схема преобразователя высоты типа
ДВ с задатчиком барометрического давления. Давление Р воспринимается анероидом б и передается
через ПММ 7 на щетку потенциометра 8. Значение барометрического давления Земли вводится
дистанционно от задатчика давления поворотом рукоятки в центре шкалы или непосредственно
поворотом кремальеры.
Сопротивления 3, 5 на реостатах обеспечивают сдвиг потенциалов точек А и Б на равную
величину без изменения падения напряжения U0 на сопротивлении шунта 4. Этим достигается ввод
поправки в измеряемое значение высоты полета в соответствии с изменением давления Р0 у Земли.
Выходной сигнал датчика, пропорциональный высоте полета, снимается с клемм 1, 3. Сопротивления
1, 2 на реостатах служат для регулировочных целей.
Разновидностью преобразователей высоты являются сигнализаторы высоты, выдающие
электрический сигнал при достижении заданной высоты полета (например, путем замыкания
контактов).
2.3.2. Электромеханические измерители высоты.
Примером таких измерителей является высотомер УВИД [2], имеющий визуальный и электрический выходы. Для компенсации аэродинамических погрешностей в комплект высотомера
17
может входить вычислитель аэродинамических поправок ВАП. Аэродинамические погрешности ΔPА
зависят от угла атаки самолета, скорости V воздушного потока и давления Р воздуха на высоте
полета. В первом приближении можно считать, что между этими погрешностями и параметрами V и
Р
Рис. 2.14. Схема вычислителя аэродинамических поправок (а) и его применения в высотомере типа
УВИД (б).
существует функциональная зависимость. Вычислитель ВАП воспринимает динамическое Pдин = Pп
—Р и статическое Р давления и решает (рис. 2.14, а) указанную зависимость в соответствии с математическим выражением ΔPА = f1 (P) f2 (Pдин). Вид функции f1 (P) и f2 (Pдин) определяется для
каждого самолета экспериментально. Формируются функции (рис. 12. 4,6) анероидными (УЧЭ 1),
манометрическими (УЧЭ2) коробками и профилированными потенциометрами В1 и В2.
Перемножение функций f1 (P) и f2 (Pдин) обеспечивается схемой соединения потенциометров. Выход
вычислителя осуществляется с помощью трансформатора Т (рис. 2.12.,а). Вычислитель компенсирует
ошибки приемника при скорости полета М<1. В случае превышения числа М вычислитель
отключается (рис. 2.14, б) с помощью М-реле, обозначенного на схеме как М—Р.
Значение давления Р0 у Земли вводится в функциональное устройство Кр0, вручную кремальерой
на лицевой части указателя и контролируется по счетчику Счр0„ связанному с кремальерой через
редуктор Р2. При изменении высоты статическое давление Р воспринимается блоком анероидных
коробок УЧЭ3 перемещение ω3 жесткого центра которого передастся на подвижный якорь индукционного преобразователя ИП. Сигнал U3 с выхода ИП суммируется с выходным сигналом ΔUВАП
вычислителя и подается через усилитель У на управляющие обмотки двигателя М. Двигатель через
редуктор Р1 и функциональное устройство Кн перемещает сердечник преобразователя ИП до
равновесного положения, когда U3 = 0. Одновременно двигатель М через редуктор Р1 приводит в
движение стрелку Ст указателя, счетчик Счн„ и щетку выходного потенциометра В.
Кинематическая схема указателя высотомера УВИД приведена на рис. 2.15. Роль УЧЭ3 (по схеме
на рис. 2.14,6) выполняет блок БА (рис. 2.15.) анероидных коробок. Перемещение жесткого центра Б
А через скобу БМ и тяги Т1 и Т2 передается якорю Я индукционного преобразователя ИП, выходное
напряжение которого через усилитель У (рис. 2.14,6) подается на управляющие обмотки двигателя
М. Двигатель через редуктор, червячную пару Ч, ЧК. (рис. 2.15.) и кулачок Кн поворачивает качалку
К вместе с сердечником С до равновесного положения ИП. Ось вращения 02 якоря Я и сердечник С
неподвижно укреплены на качалке К, имеющей возможность поворачиваться вокруг оси Оз. Контакт
качалки К с кулачком Кн, жестко соединенным с червячным колесом ЧК, обеспечивается пружиной
ПрЗ. Углы поворота стрелки Ст, счетчика Счн и щетки потенциометра В пропорциональны
18
измеряемой высоте. Роль функционального устройства Кр, выполняет кулачок, который
поступательно перемещается вдоль оси вала А — А, воздействует через рычаг Р и толкатель Тк на
червяк Ч, сообщая ему поступательное движение. В результате колесо ЧК с кулачком /<„ повернут
сердечник С на угол, пропорциональный вводимому значению Р0.
Рис2.15. Кинематическая схема указателя высотомера УВИД.
При этом стрелка Ст, счетчик Счн и щетка потенциометра В также повернутся. Вал Роф
используется в качестве регулировочного элемента канала ввода давления Р0. Вал Е—Е ограничивает
ввод значения Р0 (до 810 мм рт. ст.). Направляющая Нп препятствует повороту гайки СГ вокруг оси
вала А—А.
Температурные погрешности УЧЭ компенсируются скобой БМ, представляющей собой
биметаллический термокомпенсатор первого и второго родов. Термокомпенсация первого рода при
изменении температуры осуществляется за счет перемещения точки крепления скобы БМ с тягой Т1
вдоль оси X—X при деформации скобы. При изменении высоты жесткий центр УЧЭ, перемещаясь по
оси Х—X, повернет скобу БМ вокруг точки О1 крепления скобы к жесткому центру благодаря планке
Пл. Планка Пл одним концом жестко крепится к скобе БМ, а другим концом прижимается пружиной
Пр5 к регулировочным винтам В2—В4. В результате изменится смещение от температурного прогиба
точки крепления тяги 77 со скобой БМ вдоль оси X—X и осуществится температурная компенсация
второго рода.
Известны различные модификации электромеханических измерителей высоты.
Высотомер УВИД-30-15ПБ [1] предназначен для измерения и индикации относительной
барометрической высоты полета, выдает сигналы относительной высоты (Hотн) и «+27 В» установки
давления р0 = 760 мм рт. ст. в самолетный ответчик СОМ-64М, МСРП-64М-6.
Работает в комплекте с блоком усиления и питания БУ. Электропитание осуществляется
постоянным током напряжением 27 В и переменным током напряжением ≈ 115 В частотой 400 Гц.
Диапазон измерения высоты 500... 15 000 м, давления - 590... 806 мм рт. ст.
Принцип действия. Статическое давление поступает в герметичный корпус прибора и
воспринимается блоком анероидных коробок. При изменении атмосферного давления деформация
коробок преобразуется индуктивным датчиком в электрический сигнал, который усиливается и
отрабатывается следящим приводом. Шкала указателя от 0 до 1000 м, цена деления 10 м. Счетчик
высоты индицирует десятки тысяч, тысячи, сотни и десятки метров.
Индикация высоты осуществляется по четырехразрядному счетчику, сотни и десятки метров
дублируются стрелкой.
На лицевой панели индикатора установлен красный сигнализатор, который включается в начале и
в конце диапазона ввода атмосферного давления у земли и в случае отсутствия электропитания ≈115
19
В 400 Гц.
Примечание: Запрещается вращать кремальеру давления, а также пользоваться показаниями
прибора при включенном светосигнализаторе.
Электромеханический высотомер УВИД-15ФПБ [1] измеряет и индицирует относительную
высоту от 0 до 50 000 футов при установке начального давления р0 от 787 до 1075 мбар.
Электропитание УВИД-Г5ФПБ осуществляется постоянным током напряжением 27 В,
переменным током 115В частотой 400 Гц.
Шкала указателя от 0 до 1000 футов, цена деления 10 футов. Счётчик высоты индицирует десятки
тысяч, тысячи, сотни и десятки футов.
При отсутствии электропитания ≈115 В частотой 400 Гц на указателе включается красный
светосигнализатор.
Запрещается вращать кремальеру давления при горящем светосигнализаторе, а также при
выключенном электропитании прибора.
Электромеханический высотомер ВЭМ-72ПБ [1](рис. 2.16.) измеряет и индицирует
относительную высоту в диапазоне -500...15 000 м при установке атмосферного давления земли p3, от
590 до 806 мм рт. ст.
Рис. 2.16. Функциональная схема высотомера ВЭМ-72ПБ.
Электропитание ВЭМ-72ПБ осуществляется постоянным током напряжением 27 В, переменным
током 115 В частотой 400 Гц.
Шкала указателя от 0 до 1000 м, цена деления 10 м. Счетчик высоты индицирует тысячи, сотни и
десятки метров.
При установке стандартного давления р0 = 760±1 мм рт. ст. с указателя выдается сигнал (+27 В) в
самолетный ответчик и в МСРП-64М-6. Кроме того, в самолётный ответчик выдается сигнал высоты
H760 независимо от установленного давления.
При отсутствии электропитания 115 В 400 Гц на указателе включается красный
светосигнализатор.
Высотомер ВЭМ-72ПБ имеет встроенный контроль работоспособности. При включенном питании
установите стрелки на нуль высоты, нажмите кнопку «АК» (автоконтроль), расположенную на указателе. При
этом показания высоты увеличиваются на 150±40 м и включается светосигнализатор. При отпускании кнопки
показания должны вернуться в исходное положение с вариацией ±10 м, а светосигнализатор погаснуть.
20
2.3.3. Погрешности.
Погрешности [2] электромеханических высотомеров складываются из погрешностей
механических высотомеров и погрешностей, вносимых электрическими элементами. Происхождение
и методы компенсации погрешностей имеют те же особенности, что и у электромеханических
манометров.
При эксплуатации электромеханических высотомеров с потенциометрическими
преобразователями важно следить за исправностью их элементов. Так, обрыв провода в
электрической цепи или плохой контакт в штепсельном разъеме, отказ электродвигателя в следящей
системе, загрязнение обмоток потенциометров приводят к неработоспособности высотомера. При
нарушении механической связи УЧЭ с якорем индукционного преобразователя стрелка высотомера
типа УВИД может зашкаливать, а при загрязнении редуктора и затирании в осях стрелка будет
двигаться скачкообразно. Если стрелка провернется на своей оси, то ее показания не будут
соответствовать показаниям счетчика.
При рассогласовании показаний счетчика давления Р0 с атмосферным давлением в условиях
лаборатории рекомендуется канал Р0 юстировать в соответствии с инструкцией по эксплуатации.
Данные проверки после юстировки заносят в паспорт и учитывают в дальнейших полетах.
2.4. Электронный барометрический высотомер.
ВБЭ-СВС [1] - прецизионный высотомер барометрический электронный, нового поколения, совмещает
функции измерении высоты и системы сигнализации отклонения от высоты эшелонирования. Разработан в
соответствии с требованиями EURO CONTROL - но вопросу RVSM предприятием авиаприборостроения
«Восход».
ВБЭ-СВС предназначен для:
- измерения и индикации барометрической высоты в метрах или футах с учетом аэродинамических
поправок по высоте и скорости полета;
- световой и звуковой сигнализации об отклонении от заданной высоты эшелона в диапазоне 60. . 150 м
(200 - 500 футов);
- выдачи электрических сигналов барометрической высоты Hабс,Hотн,Hэш, сигнала установки
стандартного давления pстд = 1013,2 гПа потребителям: самолетный ответчик, устройство регистрации,
спутниковые навигационные системы.
Основные технические данные высотомера ВБЭ-СВС:
Диапазон статического давления, подаваемого в высотомер, соответствует измеряемой высоте - от -550 до
15 000 м (-1800... 50 000 футов).
Диапазон измерения и индикации атмосферного давления у земли – 700 … 1080 гПа.
Диапазон измерения и индикации высоты эшелона – 300 … 12 100 м (1000 … 41 000 футов).
Диапазон полного давления, подаваемого в высотомер, соответствует приборной скорости до 700
км/ч для ввода аэродинамических поправок.
Погрешность измерения и индикации относительной барометрической высоты при выставленном
давления у земли 1013,2 гПа не превышает 10 - 15 м в диапазоне высот 0...4500 м, 20-25 м -4500... 12
100 м.
Высотомер нормально работает при температурах окружающей среды от -20 до 55 0С.
Погрешность выдачи сигналов об отклонении от заданной высоты эшелона не превышает ± 10 м
(±30 футов) в диапазоне рабочих температур.
Электропитание осуществляется от электросети постоянного тока напряжением 27 В.
Время готовности после включении электропитания не превышает 1 мин и 3 мин при
отрицательных температурах.
Принцип действия высотомера основан на использовании зависимости изменения атмосферного
давления от изменения высоты, т.е. измеряя уровень давления, можно определить барометрическую
высоту, на которой производилось измерение атмосферного давления. Для ввода аэродинамических
поправок по скорости на различных высотах дополнительно измеряется полное давление. Ввод
21
программы компенсации поправок осуществляется доработкой бортовых цепей самолета. Измерения
полного и статического давлений производятся датчиками давлений генераторными ДДГ, которые
преобразуют измеряемые давления в частотные сигналы (рис. 2.17.).
Рис. 2.17. Структурная схема высотомера ВБЭ-СВС: ДДГ- датчик статического и полного
давления; ЦП- центральный процессор; ОУ- органы управления (кнопки фотодатчик); УИустройство индикации; УФТИ- устройство формирования тактовых импульсов; ИП- источник
питания; УС- устройство связи с самолетными системам; УФБПК- устройство формирования
биполярного кода; УЗС- устройство звуковой сигнализации.
Принцип действия датчиков основан на использовании колебаний механического резонатора с
перестраиваемой собственной частотой под действием измеряемых давлений. Чувствительный
элемент представляет собой тонкостенный резонатор цилиндрической формы, заваренный в корпус.
Между внутренней полостью корпуса и наружной стенкой резонатора создается вакуум для измерения абсолютного давления. При подаче давления во внутреннюю полость резонатора изменяется
его жесткость и, следовательно, собственная частота колебаний. Колебания резонатора
возбуждаются, поддерживаются при помощи двух электромагнитных обмоток возбуждения и
обратной связи, включенных в схему автогенератора (усилитель-ограничитель). Схема работает в
режиме автоколебаний на частоте собственного резонанса. Измерение температуры резонатора, от
которой зависит его частота, выполняется приемником температуры.
Сигналы с датчиков давления в виде частоты (периода) следования электрических импульсов
напряжения (f), пропорциональных давлению, и сигнал в виде напряжения постоянного тока,
функционально связанный с температурой резонатора, поступают на вычислитель - центральный
процессор. Вычислитель управляет работой всех устройств высотомера, преобразует и обрабатывает
входную информацию от датчиков давления и органов управления ОУ. реализует алгоритмы
вычисления текущей высоты Набс, Нотн, Нэш. Электрические сигналы Набс и Нотн автоматически
корректируются с учетом аэродинамических поправок. Выходные сигналы вычислителя
преобразуются в цифровой код и подаются для отображения на экране устройства индикации
высотомера, звуковой сигнализации УЗС и в самолетные системы.
В состав органов управления в холят три кнопки и фотодатчик Кнопка «ВЫБОР» (слева) на
индикаторе с фиксированной функцией; последовательным нажатием кнопки осуществляется
переключение режимов высотомера в соответствии с алгоритмами (рис. 2.18.).
Рис. 2.18. Алгоритм выбора работы высотомера ВБЭ-СВС.
22
Две кнопки (справа) управляют высотомером в выбранном режиме. Около кнопок появляются
сопровождающие надписи - подсказки и пиктограммы.
В высотомере предусмотрена ручная установка уровня яркости с автоматической
подрегулировкой в диапазоне 0... 100 % в зависимости от уровня внешнего освещения,
воспринимаемого фотодатчиком. Желаемая яркость шкалы устанавливается и поддерживается
автоматически при изменении внешнего освещения.
Индикация параметров в высотомере производится на жидкокристаллическом цветном матричном
индикаторе в виде цифровых счетчиков. Индикация параметров Нотн , Нэш, р3, шкала и стрелка
выполнены белыми на черном фоне, а при измерении в футах - на зеленом. Шкала высоты
оцифрована от 0 до 1000 м с ценой деления 10 м (30 футов). По шкале перемещается стрелка с
дискретностью 5 м, дублирует значение трех младших разрядов счетчика Hотн и определяет
тенденцию изменения высоты. При значениях относительной барометрической высоты менее 1000 м
(менее 3000 футов) на счетчике Hотн, на месте старшего разряда, появляется визуальный сигнал в
виде «Зебры» (прямоугольника, заполненного диагональными черно-белыми полосами). При
отрицательном значении барометрической высоты на счетчике Hотн появляется знак «минус», изображение стрелки пропадает.
Счетчик заданной высоты эшелона от -300 до 12 000 м (-1000...41 000 футов) с дискретностью 100
м (500 футов).
Счетчик атмосферного давления у земли от 700 до 1080 гПа имеет дискретность 1 гПа.
Выработанные в вычислителе сигналы Hа6с, Hотн, Hэш преобразуются в цифровой код и через
устройство связи выдаются в самолетные системы.
В процессе работы вычислитель формирует разовые сигналы выставки стандартного давления pстд
= 1013,2 гПа и отклонения от заданной высоты эшелона ΔHэш. Сигналы ΔHэш обеспечивают
визуальную сигнализацию на индикаторе отображением световой рамки вокруг счетчика Hэш.
При отклонении от заданной высоты эшелона менее 60 м (200 футов) счетчик Hэш находится в
обрамлении рамкой серого цвета. При отклонении от заданной высоты эшелона в пределах 60...150 м
(200...500 футов) цвет рамки изменяется на желтый и рамка переходит в режим мигания с частотой
2,6 Гц. При отклонении более чем на 150 м (500 футов) - желтая рамка горит постоянно.
При входе в зону отклонения и при выходе из нее высотомер выдает электрический сигнал для
звуковой, сигнализации в самолетное переговорное устройство: при выходе из зоны отклонения от
заданной высоты 60 м (200 футов) звуковой сигнал длительностью 1,5 с частотой 800 ± 80 Гц, при
входе в зону 150 м (500 футов) в виде двух коротких сигналов длительностью 120 мс каждый с
интервалом 60 мс.
Полная логика работы сигнализации об отклонении от заданной высоты эшелона приведена на
рис. 2.19.
Рис. 2.19. Последовательность выдачи сигналов об отклонении ΔНэш .
Сигнал в виде желтой рамки вокруг заданного значения Нэш;
-------- Сигнал в виде мигающей желтой рамки вокруг заданного значения Нэш;
- - Сигнал в виде серой рамки вокруг заданного значения Нэш;
23
~
≈
Звуковой сигнал длительностью 1,5 с;
Двойной звуковой сигнал длительностью 120мс с интервалом 60 мс.
Управление режимами работы высотомера осуществляется кнопками на лицевой панели, функция
кнопки высвечивается текстом и пиктограммами в угловых полях экрана для конкретного режима.
Нажатием и отпусканием кнопки «ВЫБОР» высотомер переводится по кольцу выбора режимов в
следующем порядке: основной (полетный) режим, ввод значения p3, ввод значения Hэш,
переключение индикации шкал «Ft/M» в метровом или футовом измерении (м, ft), регулировки
яркости, тест – контроля, основной (полетный) режим и т.д. Переход в основной (полетный) режим
осуществляется по кольцу выбора режимов или автоматически при невыполнении оператором
действий в течение последних 20 с. Индикация выбранного режима осуществляется подсветкой на
голубом фоне счетчика или функций кнопок, с которыми предполагается манипулировать.
При вводе давления р3 активируются две кнопки справа па индикаторе, сопровождающиеся
индексами-подсказками «+Р3 ▲» и «-Р3 ▼». Манипуляцией кнопок выставляется требуемое значение
р3. Для перегона счетчика р3, на большую величину кнопку следует удерживать в нажатом
состоянии. Для быстрой установки значения р3= 1013,2 гПа необходимо нажать на обе кнопки.
При вводе высоты эшелона Hэш ,активизируются те же кнопки, сопровождаемые индексамиподсказками «+Hэш ▲» и «-Hэш ▼». После ввода высоты Hэш только в полетном режиме
автоматически активизируется кнопка, сопровождаемая индексом-подсказкой «СБРОС Hэш»,
нажатием на эту кнопку происходит отключение режима сигнализации об отклонении от эшелона, на
счетчике Hэш устанавливается значение «00».
При вводе нового значения Hэш режим индикации заданного значения, сигнализация ΔHэш и
выдача сигналов потребителям восстанавливаются. В режиме переключения ft/м активизируется
кнопка, сопровождаемая индексом-подсказкой «Ft/М», высотомер переводится из метрового режима
в футовый. Цвет шкалы высотомера изменяется на зеленый, надпись «ВЫСОТА» на «ALT»,
размерность м на ft. Переход футового режима в метровый осуществляется аналогично.
В режиме регулировки яркости экрана активизируются кнопки, сопровождаемые индексамиподсказками «+☼, ▲», «-☼, ▼». Текущая величина яркости экрана в процентах отображается в
левом верхнем углу экрана.
В режиме запуска «ТЕСТ - КОНТРОЛЬ» активизируется кнопка, сопровождаемая индексомподсказкой «ТЕСТ». Нажатием этой кнопки высотомер переводится в режим «ТЕСТ - КОНТРОЛЬ».
Режим «ТЕСТ - КОНТРОЛЬ» может быть выполнен при нахождении самолета на земле, т.е. наличии
сигнала «ОБЖАТИЕ ШАССИ». В полете включение режима «ТЕСТ - КОНТРОЛЬ» блокируется и
исключается из меню выбора режимов.
После запуска режима «ТЕСТ - КОНТРОЛЬ» выполняется визуальный тест экрана и формируется
звуковой сигнал частотой 800 Гц длительностью 1,5с, после этого на экране высотомера
отображается картинка «ТЕСТ - КОНТРОЛЯ» с вертикальной надписью «ТЕСТ», отображаются
контрольные значения параметров. В левом верхнем углу экрана индицируется номер программы
компенсации, на счетчике Hэш - значение «00», на счетчике Hотн - значение «12100», на счетчике p3 значение «1013», в правом нижнем углу экрана надпись-подсказка «ВЫХОД» для перевода
высотомера в рабочий режим (рис. 2.20.).
24
Рис. 2.20. Индикация высотомера ВБЭ-СВС на различных этапах полета.
При включении электропитания выполняется полный автоматический контроль исправности узлов
и электронных схем высотомера.
При их исправности выполняется визуальный тест экрана, который позволяет проверить качество
и нормальную работу жидкокристаллического индикатора. При визуальном тесте по черному полю
экрана «движется» слева направо вертикальная белая полоса, после ее прохождения черный цвет
экрана заменяется синим. При этом на поле цветов не должно быть сплошных полос, границы
раздела между цветовыми полями должны иметь вид равных вертикальных линий. После завершения
визуального теста высотомер выдает звуковой сигнал частотой 800 Гц длительностью 1,5 с, затем
отображается текстовая информация об исправности высотомера «программа компенсации» (для
каждого типа самолета индивидуально).
2.5. Датчики и корректоры высоты.
Датчики высоты [1] предназначены для формирования и выдачи сигналов текущей высоты Hабс и
ΔH- отклонения текущей барометрической высоты от заданной в системы автоматического
управления.
Корректор высоты КВ-11 представляет собой электрическую следящую систему (рис. 2.21).
25
Рис. 2.21. Функциональная схема корректора высоты КВ-11.
Изменение атмосферного давления воспринимается блоком анероидных коробок. Их
деформация передается на рамку индукционного датчика, сигнал рассогласования усиливается и
отрабатывается двигателем. Он перемешает основания с обмотками индукционного датчика до
согласованного положения с рамкой и одновременно щетки потенциометров. С одного снимается
сигнал текущей высоты Набс, с другого при включенной электромагнитной муфте ЭММ, то есть
режима «Стаб. Н», - сигнал отклонения текущей высоты от заданной ΔH = H3 — Hтек. Сигнал ΔH
выдается в вычислители автоматических систем, которые рассчитывают управляющий сигнал по
тангажу на управление рулем высоты (автопилот АП-40, АП-28, БСУ-ЗП).
Корректор высоты КВ-16-1 по выполняемым функциям аналогичен корректору высоты КВ-11.
При изменении высоты атмосферного давления блок анероидов через электромагнитную муфту
перемещает рамку относительно обмоток возбуждения индукционного датчика, жестко
закрепленного на корпусе. Сигнал рассогласования, пропорциональный ΔH усиливается,
преобразуется и выдается в вычислители на управление рулем высоты.
При обесточивании электромагнитной муфты деформация анероидов не передается на рамку
индукционного датчика, при этом рамка застопорена в нейтральном положении относительно
обмоток возбуждения электромагнитным фиксатором. Для включения режима стабилизации высоты
необходимо при работающем автопилоте нажать на пульте управления кнопку-лампу «Стаб. Н». С
этого момента напряжение 27 В подается на электромагнитную муфту фиксатора, рамка
индукционного датчика связывается с анероидом и отслеживает изменение барометрической высоты
полета.
В приборе предусмотрен зуммер - двигатель с редуктором и кулачковым эксцентриком. Вибрация
анероидных коробок с редуктором значительно уменьшает трение покоя и увеличивает
чувствительность измерительной схемы. Погрешность прибора составляет на высотах 1000 м —±5 м,
на 10 000 м - ±10 м.
Корректор высоты КВ-16-1 входит в комплект системы автоматического управления САУ-42,
АБСУ-134А.
Корректор заданной высоты КЗВ-0-15 является датчиком сигналов ДЯ в системы автоматического
управления САУ-1Т-2-62, САУ-1Т-2Б-76, САУ-1Т-2-86, АБСУ-154-2.САУ-3-4 (Ан-124-100).
ДВБП-13 - потенциометрический первичный измерительный преобразователь барометрической
высоты, измеряет и выдает электрический сигнал, пропорциональный измеряемой высоте полета.
Принцип работы основан на преобразовании деформации анероидной коробки в электрический
сигнал путем перемещения щеткодержателя со щеткой по обмотке потенциометра.
ДВБП-13 является датчиком сигналов высоты в бортовые системы регистрации параметров
полета: МСРП-12-96, МСРП-64М-6, «Тестер-М», «Барс-БМ».
Диапазон измерения высоты -250... 15 000 м, с погрешностью измерения не более ± 3% в
диапазоне температур до +60 °С.
Электропитание осуществляется постоянным током напряжением 6,3 ± 0,03 В от преобразующего
устройства регистратора.
26
3. Расчет датчика измерения высоты полета.
Исходными данными для расчета являются заданные диапазон измерения, погрешности и
диапазон изменения температуры ИУ.[3] В результате расчета определяются параметры анероидных
коробок, передаточного механизма и биметаллических компенсаторов. Расчет проводится в
следующем порядке:
1)
рассчитывается характеристика анероидного блока, т. е. зависимость прогиба от высоты.
Эта характеристика должна быть близкой к линейной по давлению или по высоте. Линейная по
давлению характеристика облегчает производство анероидных коробок, имеющих идентичные
характеристики, а линейная по высоте – упрощает передаточный механизм, делая его близким к
линейному. Максимальный прогиб должен быть не менее 3 ÷ 5 мм.
2)
по кривой p = f1(H), построенной по гипсометрической таблице, и характеристике
анероидной коробки wo = f2(p) строится зависимость прогиба wo = f3(Н) от высоты (рис. 3.1);
3)
определяется линейная часть передаточного коэффициента по формуле
iлин=φmax/αmax,
3.1
где φmax и αmax – максимальные углы поворота соответственно большой стрелки высотомера и
ведомого звена (плеча) нелинейной части передаточного механизма. По величине iлин. определяют
параметры шестеренчатой передачи;
Рис. 3.1. Графическое определение прогиба
анероидной коробки в зависимости от
высоты
Рис. 3.2. Графическое определение характеристик
передаточного механизма
определяется характеристика α = f4(Н) путем деления ординат характеристики φ = f4(Н) на
iлин;
5) по характеристикам wo = f3(Н) и α = f4(Н) определяется
6) характеристика нелинейной части передаточного механизма α = f(wo) рис. 9.12. Параметры
передаточного механизма определяются по формулам, приведенным в [5]. В качестве
нелинейной передачи используется кривошипно-шатунная передача;
7) при выборе параметров биметаллических компенсаторов используется формула Δp = –βpυ,
где β – температурный коэффициент модуля упругости, и расчетные формулы [5].
4)
4. Указатель высоты и перепада давления в герметической кабине.
Поскольку давление в ГК выше, чем в окружающей среде, то “высота” в кабине будет ниже
фактической высоты полета [3]. Знание высоты в ГК необходимо для того, чтобы своевременно
перейти на пользование кислородным прибором. Измеритель перепада давления служит для
контроля исправности работы системы регулирования давления воздуха в кабине.
27
Рис. 4.1.. График изменения давления:
1 – стандартная атмосфера; 2 – давление в ГК одноместных самолетов; 3 – давление в ГК
многоместных самолетов
Рис. 4.2. Кинематическая схема прибора:
1 – шкала; 2 – сектор; 3 – ось; 4 – компенсатор второго рода; 5 – тяга; 6 – серьга; 7 – компенсатор
первого рода; 8 – подвижный центр; 9 – анероидная коробка; 10 – штуцер; 11 – трубопровод; 12 –
тяга; 13 – подвижный центр; 14 – манометрическая коробка; 15 – серьга; 16 – компенсатор второго
рода; 17 – ось; 18 – волосок; 19 – полая трибка; 20 – циферблат; 21 – стрелка; 22 – трибка; 23 –
сектор; 24 – волосок; 25, 26 – винты.
На рис. 4.2. изображена кинематическая схема указателя высоты и перепада давления' УВПД-20.
Этот прибор состоит из барометрического высотомера и манометра, размещенных в одном корпусе и
работающих независимо друг от друга. Абсолютное давление в кабине воспринимается анероидом 9,
деформация которого с помощью передаточного механизма (поз. 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2 и 19) передается на
шкалу 1 указателя высоты в кабине.
Перепад давления воспринимается манометрической коробкой 14, которая имеет ступенчатую
характеристику по жесткости. Если давление в кабине больше, чем в окружающей среде, то
манометрический блок имеет наибольшую жесткость, поскольку прогибаются четыре мембраны.
Когда давление в кабине меньше, чем в окружающей среде (отрицательный перепад), то
манометрический блок имеет наименьшую жесткость из-за прогиба только двух мембран. Такая
конструкция блока обеспечивает большую цену деления при отрицательных перепадах.
28
Прибор УВПД-20 имеет следующие характеристики: диапазон измерения высоты в кабине от 0 до
20 км и диапазон перепада давления от 0,04 до 0,6 кГ/см; погрешности высотомера не более ±300 м;
погрешности измерителя перепада для положительных перепадов ±0,02 кГ/см, для отрицательных
перепадов ±0,01 кГ/см.
5. Цифровая система воздушных сигналов.
В настоящее время на всех современных ЛА в качестве основных бортовых средств измерения
высотно-скоростных параметров используются цифровые системы воздушных сигналов [4] трёх
поколений:
- СВС-2Ц-1 и её модификации;
- СВС-85 (СВС-2Ц-У) и их модификации;
- ВБЭ-СВС, СВС-2Ц-2 сер. 2.
При этом следует отметить, что система воздушных сигналов ВБЭ-СВС (высотомер
барометрический электронный -система воздушных сигналов) интегрирует функции нескольких
приборов, а именно:
- Цифровой системы воздушных сигналов;
- Пульта-задатчика высоты эшелона;
- Пульта-задатчика давления воздуха на уровне аэродрома;
- Системы сигнализации отклонений от заданного эшелона и средства визуального представления
информации об относительной барометрической высоте, высоте эшелона, давлении воздуха на
уровне аэродрома, о приближении или отклонении от заданного эшелона на 60 и 150 метров и
соответственно в режиме выхода на эшелон и в режиме полета по эшелону.
Индикация текущего значения относительной барометрической высоты и высоты заданного
эшелона может выполняться по желанию пилота в метрах или футах. Индикатор системыжидкокристаллический мнемонического типа. Конструктивно ВБЭ-СВС выполнена в стандартном
типоразмере корпуса высотомера и предназначена для установки на приборную доску. Данная
система в настоящее время применяется на самолётах типа Ил-62 и Ту-154 для обеспечения
возможности их эксплуатации при полётах по авиатрассам с трёхсотметровым интервалом
вертикального эшелонирования в диапазоне высот от 0 до 12100 м . при необходимости система
дополняется интерфейсным блоком БСК для сопряжения с аналоговыми бортовыми системами.
6. Современные датчики измерения высоты полета.
Для определения тенденций развития и современного уровня рассмотренных выше вопросов
проведен анализ патентов. Результаты анализа представлена в таблице №6.1
Таблица 6.1
Измерители высоты.
Барометрические высотомеры
Индекс
G01L11/00,
G01C5/00,
G01C5/06
№ патента
1559863
Дата
публикации
10.06.2005
Описание
Барометрический высотомер, содержащий частотный датчик
статического давления, формирователь измеряемого
интервала, накапливающий сумматор, первый
суммирующий счетчик, регистр - защелку, генератор
опорной частоты, программируемое постоянное
запоминающее устройство, триггер Шмитта и два элемента
И, причем выход частотного датчика статического давления
подключен через триггер Шмитта к входу формирователя
измеряемого интервала, выход которого подсоединен к
одному входу первого элемента И, другой вход которого
связан с генератором опорной частоты, вход сброса
накапливающего сумматора подключен к выходу
формирователя измеряемого интервала, а тактовый вход - к
29
выходу первого элемента И, информационные входы
предварительной установки первого суммирующего
счетчика объединены в две группы, соединенные
соответственно с положительным полюсом источника
питания и общей шиной, управляющий вход
предварительной записи этого счетчика подключен к выходу
формирователя измеряемого интервала, а его тактовый вход
соединен с выходом второго элемента И, входы которого
подключены соответственно к выходу первого элемента И и
к выходу переполнения накапливающего сумматора,
адресные входы программируемого постоянного
запоминающего устройства подсоединены к группе выходов
первого суммирующего счетчика, управляющий вход
регистра - защелки соединен с выходом формирователя
измеряемого интервала, часть информационных входов
первого суммирующего счетчика, остальные его
информационные входы - к выходам старших разрядов
накапливающего сумматора, а выход регистра - защелки
подключен к выходу всего устройства, отличающийся тем,
что, с целью упрощения за счет сокращения объема памяти
программируемого постоянного запоминающего устройства,
необходимого для хранения функции преобразования кода
давления в код высоты, он снабжен вторым суммирующим
счетчиком, вычитающим счетчиком, мультиплексором,
демультиплексором и четырьмя элементами ИЛИ, причем
мультиплексор соединен информационными входами с
выходами программируемого постоянного запоминающего
устройства, управляющими входами - с выходами первого
суммирующего счетчика, а выходом подключен к
информационному входу демультиплексора, управляющие
входы которого соединены с выходами первого
суммирующего счетчика, информационные входы
предварительной установки вычитающего счетчика
подключены к выходам демультиплексора, вход сброса
этого счетчика соединен со старшим разрядом выхода
первого суммирующего счетчика, управляющий вход
предварительной установки вычитающего счетчика
соединен с одним из выходов первого суммирующего
счетчика, а выход опустошения вычитающего счетчика
подключен к одному входу первого элемента ИЛИ, второй
вход которого соединен с управляющим входом
предварительной установки вычитающего счетчика,
информационные входы предварительной установки второго
суммирующего счетчика связаны с выходами
программируемого постоянного запоминающего устройства,
управляющий вход предварительной установки второго
суммирующего счетчика подключен к выходу переполнения
первого суммирующего счетчика, вход сброса второго
суммирующего счетчика подсоединены к выходу
формирователя измеряемого интервала, входы второго
элемента ИЛИ подключены соответственно к выходам
первого и третьего элементов ИЛИ, информационные
выходы второго суммирующего счетчика соединены с
информационными входами накапливающего сумматора,
30
G01L11/00
1503476
10.06.2005
причем выход младшего разряда второго суммирующего
счетчика соединен с входом младшего разряда
накапливающего сумматора через первый вход четвертого
элемента ИЛИ, второй вход которого связан с выходом
старшего разряда первого суммирующего счетчика, входы
третьего элемента ИЛИ подключены соответственно к
выходам первого элемента И и старшего разряда первого
суммирующего счетчика, а выход второго элемента ИЛИ
подключен к тактовым входам вычитающего и второго
суммирующего счетчиков.
Барометрический высотомер, содержащий частотный датчик
статического давления, триггер Шмитта, формирователь
измеряемого интервала, генератор опорных импульсов,
первую схему И, сумматор, счетчик, постоянное
запоминающее устройство, регистр - защелку и источник
питания, при этом датчик давления своим выходом через
триггер Шмитта и формирователь измеряемого интервала
подключен к первому входу первой схемы И, а второй вход
схемы И соединен с выходом генератора опорной частоты,
выход формирователя измеряемого интервала подключен
также к входу сброса сумматора, управляющему входу
предварительной установки счетчика и управляющему входу
регистра - защелки, выход схемы И соединен с тактовым
входом сумматора, информационные входы сумматора
соединены с информационными выходами постоянного
запоминающего устройства, адресные входы которого
соединены с выходами группы старших разрядов счетчика,
информационные входы предварительной установки
счетчика объединены в две группы, соединенные
соответственно с положительным и общим полюсами
источника питания, выходы счетчика подключены также к
информационным входам регистра - защелки, выходы
которого являются выходом высотомера, отличающийся
тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения
малых высот за счет изменения веса разрядов сумматора в
зависимости от измеряемой высоты, в него дополнительно
введены двоичный делитель с перестраиваемым
коэффициентом деления, счетчик Джонсона, цифровой
компаратор и вторая схема И, причем тактовый вход
двоичного делителя подключен к выходу переполнения
сумматора, вход сброса - к выходу формирователя
измеряемого интервала, а выход - к тактовому входу
счетчика, информационные выходы счетчика Джонсона
подключены к входам установки коэффициента деления
двоичного делителя, а тактовый вход счетчика Джонсона
соединен с соседним выходом группы старших разрядов
счетчика, одна группа входов цифрового компаратора
подключена к информационным входам постоянного
запоминающего устройства, другая группа входов
компаратора разделена на две части и подключена
соответственно к положительному и нулевому полюсам
источника питания, а вход соединен с входом разрешения
счета счетчика Джонсона, первый вход второй схемы И
соединен с выходом формирователя измеряемого интервала,
31
G01C5/00,
G01C5/06
1426187
10.06.2005
G01P3/489
1292447
10.06.2005
второй - с выходом переполнения счетчика, а выход второй
схемы И подключен к входу сброса счетчика Джонсона.
Барометрический высотомер, содержащий
последовательно соединенные преобразователь давления в
частоту, формирователь интервала счета, двоичный
многоразрядный счетчик с входами предварительной
установки и выходной регистр, управляющий вход которого
соединен с выходом формирователя интервала счета,
генератор опорной частоты и схему. И, первый и второй
входы которой соединены соответственно с выходами
генератора опорной частоты и формирователя интервала
счета, отличающийся тем, что, с целью повышения
производительности, в него введены накапливающий
сумматор и программируемое запоминающее устройство,
адресные входы которого соединены со старшими разрядами
двоичного многоразрядного счетчика, а выходы соединены с
информационными входами накапливающего сумматора,
вход сброса и счетный вход которого соединены
соответственно с выходом формирователя измеряемого
интервала и с выходом схемы И.
Устройство для измерения барометрических вертикальных
скорости и высоты полета самолета, содержащее
барометрический высотомер, подключенный выходом к
первому входу первого вычитателя непосредственно и к
второму входу первого вычитателя через последовательно
соединенные первый, второй и третий элементы задержки,
второй вычитатель, подсоединенный первым входом к
выходу первого элемента задержки, вторым входом к
выходу второго элемента задержки и выходом к первому
входу первого сумматора, соединенного вторым входом с
выходом первого вычитателя, и выходные шины,
отличающееся тем, что, с целью повышения точности
измерения за счет уменьшения динамической и
флуктуационной погрешностей, в него введены четвертый,
пятый и шестой элементы задержки, третий и четвертый
вычитатели и второй и третий сумматоры, причем третий
вычитатель подключен первым входом через четвертый
элемент задержки к выходу первого сумматора, вторым
входом к первому входу второго сумматора
непосредственно и к соединенным между собой одной из
выходных шин и выходу второго сумматора через пятый
элемент задержки, и четвертый вычитатель подсоединен
первым входом к выходу первого элемента задержки и
вторым входом к первому входу третьего сумматора
непосредственно и через шестой элемент задержки к
соединенным между собой другой из выходных шин и
выходу третьего сумматора, соединенного вторым входом с
соединенными между собой выходом четвертого вычитателя
и вторым входом второго сумматора, подключенного
третьим входом к соединенным между собой выходу
третьего вычитателя и третьему входу третьего сумматора.
32
Частотно- модулированный высотомер
G01S13/34
2234718
20.08.2004
Изобретение относится к радиолокации. Сущность
изобретения: в частотно-модулированный радиовысотомер,
содержащий источник опорного аналогового сигнала, блок
цифрового управления скоростью перестройки частоты
передатчика, модулятор, передатчик с частотной
модуляцией, передающую антенну, приемную антенну,
первый смеситель, усилитель разностной частоты, счетчиквычислитель, генератор тактовых импульсов, переключатель
направления перестройки частоты передатчика, введены
компаратор, pin-переключатель, второй смеситель, генератор
опорных частот, полосовой усилитель, детектор, блок
логических элементов. Достигаемый технический результат
– уменьшение приборной составляющей погрешности
измерения высоты, вызываемой нестабильностью крутизны
электронной перестройки частоты передатчика. 1 з.п. ф-лы,
6 ил.
33
7. Заключение.
В работе изложены различные методы и способы измерения высоты полета, а также устройства,
реализующие их. Измерение высоты полёта воздушного судна— чрезвычайно важная и
ответственная задача, связанная с обеспечением безопасности полётов. При этом подход к
исполнению данной задачи должен быть комплексным, применяющим все известные способы
определения истинного положения воздушного судна в пространстве. Теоретически показана и
доказана целесообразность использования того или иного способа измерения высоты.
Детально рассмотрены конструкции механических, электромеханических, электронных и
цифровых измерителей, датчиков, корректоров высоты; приведены основные характеристики этих
устройств, позволяющих сделать выводы о целесообразности принятия конструкторских и
технологических решений для выполнения поставленных требований. Приведенный в конце работы
отчет о патентных исследованиях позволяет проанализировать тенденцию дальнейшего
совершенствования авиационных приборов, в частности, высотомеров.
34
8. Список литературы:
1) Авиационные приборы и пилотажно-навигационные комплексы: учеб. Пособие. В 2 ч. \ сост.
Е.В. Антонец, В.И. Смирнов, Г.А. Федосеев. – Ч.1.- Ульяновск: УВАУ ГА, 2007.- 119с. (5881с.).
2) Авиационные приборы и измерительные системы : Учебник для вузов гражданской авиации. \
В. Г. Воробьев, В. В. Глухов, А. Л. Грохольский и др. Под ред. В. Г. Воробьева. – М.:
Транспорт, 1981. – 391с. (150- 158).
3) http://www.studfiles.ru/dir/cat34/subj1118/file8168/view78320/page2.html
4) http://otherreferats.allbest.ru/manufacture/00116466_0.html
5) гл.ІІІ. Боднер В.А., “Авиационные приборы”.
35